新能源技术_2015

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1、新能源技术袁芳能源与动力工程学院工程热物理系RenewableEnergyTechnology2021/7/312能源科学能源技术：研究各种能源的开发、生产、转换、储存和综合利用。研究目的：1.提高现有能源的利用效率2.寻找新的能源及其利用方式研究再生能源技术的目标：寻找实现能量的高效率低成本的转换技术2021/7/313本课程主要内容风能利用技术核能利用技术氢能利用技术太阳能利用技术海洋能利用技术地热能利用技术生物质能利用技术2021/7/314补充基础知识：传热学、流体力学、热力学、半导体物理、电化学反应基础相关专业：能源、电气、材料、交通、物理、化学、建筑、光电、……202

2、1/7/315§1.太阳能基础知识§2.太阳能的热利用§3.太阳能的热发电§4.太阳能光伏发电§5.太阳能热气流发电太阳能利用技术TechnologyofSolarEnergyUtilization2021/7/316§1.太阳能基础知识§1-1.热辐射的基本概念§1-2.太阳能的基本概念2021/7/317太阳基本参数日地距离约：1.5×108km。从地球上望：太阳的张角0.0093弧度。太阳直径：1.4×106km(地球的109倍)太阳体积：地球体积的1302500倍太阳质量：1.99×1030kg(地球的33万倍)平均密度：1.4×103kg/m3(地球的0.25倍)太阳温

3、度:5770℃(表面)1560万℃(核心)总辐射功率:3.83×1026J/s太阳年龄:约50亿年§1-2.太阳能的基本概念2021/7/318太阳能太阳能是一种清洁的可再生能源。从广义上讲：太阳能不仅包括直接投射到地球表面的辐射能，还包括像生物质能、水能、风能、海浪能等同样起源于太阳辐射的间接的太阳能量；而且像现在广泛使用的石油、天然气和煤炭等化石能源，也都是古代太阳能资源的产物。从狭义上讲：太阳能指的是直接投射到地球表面的太阳辐射能。可再生能源技术领域讲述的太阳能指的是狭义的太阳能。太阳能两个主要缺点：一是能流密度低；二是能流波动大。2021/7/319太阳构造内部大气内核中

4、介层对流层光球层色球层日冕层0~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，=1×105kg/m3，物质处于等离子体状态，热核反应，产生能量占太阳产生能量的90%。0.23R~0.7R，辐射输能区，T=1.3×105K，=79kg/m3。0.7R~1R，T=6000K，=1kg/m3。肉眼所见太阳表面，T=6000K，=10-3kg/m3，厚度500km，由强烈电离的气体组成，能吸收和发射连续的辐射光谱，太阳能的绝大部分能量由此辐射到天空。厚度约1×104~1.5×104km，大部分由氢和氦组成。温度为5000K，=10-5kg/m3。有时出现极猛烈的日焰，此时

5、太阳辐射量最大，有些太阳上的电子流到太空，形成太阳风，打击到地球大气层上缘，产生磁暴和极光。伸入太空的银白色日冕，温度1×106K，高度达几十个太阳半径2021/7/3110太阳辐射能太阳物质组成：氢占78.4%，氦占19.8%，金属和其他元素占1.8%。两种热核反应：质子-质子循环，碳-氦循环。太阳辐射功率：3.74×1026W，相当于每秒钟燃烧1.28×1015吨标煤放出的能量。太阳辐射波长范围：自0.1nm以下的宇宙射线~无线电波。太阳辐射具有波动性和粒子性。2021/7/3111太阳常数太阳本身的活动会引起太阳辐射强度发生波动。观测表明，太阳活动峰值年比太阳活动宁静年的辐

6、射量大2.5%。在一般的太阳辐射计算中，可近似认为太阳辐射稳定，在地球大气层外的太阳辐射强度为一个常数。太阳常数：指在平均日地距离，垂直于太阳辐射的大气外层平面上，单位时间、单位面积上所接受的太阳辐射能，单位为W/m2。太阳常数取值：1357W/m2。具有平均值意义2021/7/3112大气层外太阳辐射强度计算大气层外，单位时间、单位垂直面积上所接受到的太阳辐射能I随地球与太阳的距离而变化。计算方法：D为日地距离；D0为日地平均距离；Ic为太阳常数；n为从元旦算起的天数。2021/7/3113大气质量设A为地球表面海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳垂直入射，太阳辐射穿过大

7、气层到达A点的路径OA。当太阳位于任一位置S’时，其穿过大气层到达A点的路径为OA’。大气质量定义为两者之比：设定在1atm和0℃，海平面上太阳垂直入射，此时大气质量AM=1，简称AM1。2021/7/3114太阳高度角太阳高度角：定义为太阳辐射到达海平面A点的入射线和海平面A点切线方向的夹角h，则有：当h=90°时，AM=1；当h=30°时，AM=2。2021/7/3115太阳辐射强度太阳辐射强度I：定义为单位时间地球表面上单位面积上所入射的太阳辐射功率，单位为W/m2。I0为