【正文】 收器 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 1－接收器 2－定日鏡 圖 7－ 8 塔式集熱器 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7－ 9 盤(pán)（或碟）式拋物面集熱器 1－接收器 2－拋物形陣列 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 插圖 7— 2 槽式太陽(yáng)能聚光器 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 插圖 7— 3 塔式太陽(yáng)能集熱器整體裝置 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 插圖 7— 4 定日鏡 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 插圖 75 單蝶式 太陽(yáng)能聚光器 插圖 76 多蝶式 太陽(yáng)能聚光器 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 太陽(yáng)電池 借助于光電效應(yīng)使太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其轉(zhuǎn)換器件稱為太陽(yáng)電池。盤(pán)式系統(tǒng)屬“點(diǎn)”聚焦。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 分散式 —— 如，槽式系統(tǒng)（集熱器如圖 7－ 7）和盤(pán)式系統(tǒng)（集熱器如圖 7— 9）。)/( ?? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 （二）太陽(yáng)能熱發(fā)電分類及系統(tǒng)組成 1） 按集熱溫度分 低溫?zé)岚l(fā)電 —— 大多用平板集熱器或平板 圓柱拋物面集熱器，集熱溫度 100150℃ ； 中高溫?zé)岚l(fā)電 —— 用聚焦型集熱器。 39。 T2 — 冷卻器的最低放熱溫度 T2 。 解 1） (TiTa)/E＝ (50 l0)／ 800℃ ?m2/W＝ ℃ ?m2／ W 由圖 74中曲線 C得 ηc ＝ ，于是 集熱速率 Φ＝ E Aηc ＝ 800 2 ＝ 800W 2) Φ= qm Cp (t0 ti) 出口溫度 t0＝ (50+800／ ／ ) ℃ =℃ 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 太陽(yáng)能熱發(fā)電 （一）太陽(yáng)能熱發(fā)電的基本原理 太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、熱機(jī)和冷卻器 組成，如圖 7－ 5所示。如果冷卻劑流量 qm為 kg／ s，入口溫度為 50℃ ，太陽(yáng)輻照度為 800W／ m2。 使用有選擇性的吸熱板表面，再加上雙層蓋板、可以大大提高集熱器的效能，如圖 7— 4中集熱器 D的曲線所示。在 TiTa較小時(shí)，因?yàn)閷?duì)流損失小，沒(méi)有或只有單層蓋板的集熱器的效率較高；在較大時(shí)，則以雙層蓋板集熱器的效率為高。 圖 7— 4中的直線截距表示集熱器可能得到的最大的瞬時(shí)效率；直線的斜率表示集熱器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的熱損程度。試求集熱器的效率。 K值可由試驗(yàn)確定，工程上估算：對(duì)于無(wú)蓋板的，最大約 15 W／ (m2?K)；單層蓋板， 6～ 7 W／ (m2?K) ；雙層蓋板， 3～ 4 W／ (m2?K) 。 bEbEbEAEs in h )/e x p (/ BEE Ab ? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 4．平板集熱器效率計(jì)算 平板集熱器中工作流體的溫度范圍為 30～ 90℃ ，隨集熱器的形式和用途而異。 s??EEiEE db ??? c o s 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7— 3 太陽(yáng)入射角等示意圖 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 由此 ， 任意取向的表面的太陽(yáng)射線入射角 i 的普遍式 為 )c o s (c o s hs i ns i n hc o sc o s ???? ??? si 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 （ 2）太陽(yáng)的直射輻照度 的計(jì)算公式為： 式中， 為表觀太陽(yáng)輻照度（ W／ m2)； B為大氣衰減系數(shù)，無(wú)因次。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 插圖 7— 1 平板集熱器與連接水箱 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 2．平板集熱器的基本能量平衡方程 對(duì)于采光面積為 的平板集熱器，其能量平衡方程為： 集熱器效率 是衡量集熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，其定義為在任何一段時(shí)間內(nèi)，有用能量與投射在集熱器面積上的太陽(yáng)輻射能之比，即： sLucEA ????? ???)()/( cuc EA?? ?c? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 3．平板集熱器太陽(yáng)輻照度的工程計(jì)算 進(jìn)行該項(xiàng)計(jì)算的方程為 （ 1）入射角的計(jì)算 太陽(yáng)入射角 i 是指被太陽(yáng)照射的表面的法線和太陽(yáng)射線間的夾角。吸熱板應(yīng)是對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率高、對(duì)紅外線輻射發(fā)射率低的選擇性表面。用低鐵玻璃作為蓋板，可以很好地完成這一功能。在任意高度角 θ時(shí)相應(yīng)的大氣質(zhì)量 m可近似用下列公式計(jì)算 ?s in/1?m 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7－ 1 大氣質(zhì)量示意圖 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 （ 二）太陽(yáng)能集熱器原理 典型的集熱器的型式有：平板型、聚焦型和真空管型。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 所謂大氣質(zhì)量就是太陽(yáng)光線穿過(guò)地球大氣的路程與垂直方向上經(jīng)歷的大氣路程之比，常用符號(hào) m表示。 太陽(yáng)光線穿過(guò)大氣層的路程直接影響到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射。不同緯度地區(qū)的日照時(shí)間不同。 3． 太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間 太陽(yáng)高度角的定義為：太陽(yáng)光線與地平面之間的夾角，也簡(jiǎn)稱為太陽(yáng)高度。太陽(yáng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值是1353 W/m2，用 Esc表示。 太陽(yáng)與地球間的距離，在一年中隨著季節(jié)的變化而變化。地球自轉(zhuǎn)軸與其公轉(zhuǎn)軌道平面法線成 23176。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 第七章 新能源與可再生能源利用 太陽(yáng)能 風(fēng)能 生物質(zhì)能 地?zé)崮? 氫能與燃料電池 水能 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 太陽(yáng)能 概述 從廣義上說(shuō)，地球上除了地?zé)崮?、核能和潮汐能以外的所有能源都?lái)源于太陽(yáng)能。 （一）太陽(yáng)能的特點(diǎn) 1．?dāng)?shù)量巨大但卻非常分散 2．時(shí)間長(zhǎng)久但卻不連續(xù)不穩(wěn)定 3．清潔安全、免費(fèi)使用但初投資高 （二）太陽(yáng)能利用的方式 1．太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能 2．太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能 3．太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 太陽(yáng)輻射能的基本特性與集熱器原理 （一）太陽(yáng)輻射能的基本特性 1．太陽(yáng)常數(shù) 地球除自轉(zhuǎn)以外 ,還在一橢圓形軌道上繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。 27ˊ的夾角。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 所謂太陽(yáng)常數(shù)，是指在日地平均距離時(shí)，地球大氣層外，垂直于太陽(yáng)光線的單位面積上，在單位時(shí)間內(nèi)所接受到的太陽(yáng)輻照度。 大氣層外太陽(yáng)輻照度隨季節(jié)變化按下式計(jì)算： )]3 6 5/3 6 0c o s (0 3 [ nEE scon ?? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 2．太陽(yáng)輻射光譜 太陽(yáng)輻射，約有 43％的太陽(yáng)輻射因反射和散射而折回宇宙空間；僅有 57％左右進(jìn)入地表和大氣，而這 57％中又有 14％為大氣層所吸收；在剩下的 43％中，以直射輻射占 27％和漫射輻射占 16％的比例到達(dá)地面，而且它主要是波長(zhǎng) ～ μm的太陽(yáng)輻射能。 日照時(shí)間就是從日出到日落的時(shí)間。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 4．地球表面的太陽(yáng)輻射與大氣質(zhì)量 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射實(shí)際上由兩部分組成：一部分是由太陽(yáng)直接輻射而來(lái)的，叫做直射輻射；另一部分由分子、灰塵、水滴等散射而來(lái)的叫做漫射輻射。太陽(yáng)輻射經(jīng)歷大氣的路程常用大氣質(zhì)量來(lái)表示。并設(shè)在海平面上空垂直方向的 m為 1，如圖 7－ 1中OP所示。 1．平板集熱器的基本結(jié)構(gòu) 如圖 7－ 2所示，平板集熱器通常由三部分組成： 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7－ 2 平板集熱器 1透明蓋板 2吸熱蓋板 3絕熱框體 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 （ 1）透明蓋板 作用是讓太陽(yáng)輻射透過(guò)而防止吸熱板熱能輻射的透過(guò)及對(duì)流損失。 （ 2）吸熱板 作用是吸收透過(guò)蓋板的太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，傳給其中流過(guò)的工質(zhì)如水、空氣等。 （ 3）絕熱框體 它的作用是支撐固定蓋板、吸熱板，并防止側(cè)面、底部散熱 。為了計(jì)算入射角，必須知道太陽(yáng)高度角（ h，即地平面與太陽(yáng)射線的夾角 )、太陽(yáng)方位角 ( ，即太陽(yáng)射線和正南方之間的夾角 )、傾斜面的方位角（ Φ，即傾斜面的法向平面與正南方之間的夾角）以及傾斜面的傾角（ α ），如圖 7— 3所示。 和 B的值與月份有關(guān)。 對(duì)于具有雙層蓋板的平板集熱器，其集熱器效率按定義可以表達(dá)為 使用液體作載熱劑的集熱器，其 FR值約為 。 ]/)([ 21 EttKF aiRc ??? ???? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 例 71 太陽(yáng)能供熱用的 1m 2m雙層蓋板平板式集熱器，每層蓋板的透射率是 ，鋁吸熱板的 α ＝, E ＝ 800W／ m2， t2 ＝ 10℃ ， t1 ＝ 50℃ 。 解 取 K值為 W／ (m2?K) ，取 ＝ ，由效率計(jì)算式得 RF)1050([ ????????c? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常使用如圖 7— 4所示的集熱器效率圖來(lái)選擇集熱器。 從圖 7— 4可以看出蓋板的作用。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7— 4 典型平板式集熱器的效率 A— 無(wú)蓋板 B— 單層蓋板， 無(wú)選擇性涂層 C— 雙層蓋板， 無(wú)選擇性涂層 D— 雙層蓋板， 選擇性涂層 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7— 4中的直線截距表示集熱器可能得到的最大的瞬時(shí)效率；直線的斜率表示集熱器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的熱損程度。 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 例 7— 2 1m 2m的雙層平板式集熱器，其吸熱板無(wú)選擇性、用水作冷卻劑，水的比定壓熱容 Cp為 J／ (kg?℃ )。試求 1）集熱速率； 2）當(dāng)環(huán)境溫度為10℃ 時(shí)，水的出口溫度。 太陽(yáng)能熱電站的最高效率是卡諾熱機(jī)效率，即卡諾效率 ηE T1 — 集熱器輸出的最高流體溫度 。 1211 /)(/ TTTQWE ???? 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 圖 7－ 5 太陽(yáng)能熱電站熱力學(xué)原理 1－集熱器 2－熱機(jī) 3－冷卻器 總目錄 返回本章 下一頁(yè) 上一頁(yè) 結(jié)束 設(shè)集熱器中工作流體吸熱量為 ,則電站的最高效率為 因此，定義一個(gè)太陽(yáng)能熱電站的總效率 ηS是必要的，即 以發(fā)電站的總效率最高為目標(biāo)函數(shù)，可以求得最佳的集熱溫度。 //E u uW Q P????CECs EAP ???39。 2）對(duì)于高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，按照接收太陽(yáng)能的形式分 集中式 —— 如，塔式系統(tǒng)（集熱器如圖 7－ 8），屬“點(diǎn)”聚焦，聚光倍數(shù)高達(dá) 500以上，可實(shí)現(xiàn)高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電。槽式電站屬“線”聚焦，聚光倍數(shù)僅為幾十，可實(shí)現(xiàn)中溫太陽(yáng)能熱發(fā)電。 典型的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)一般由