新能源技術(shù)_2015

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1、新能源技術(shù)袁芳能源與動(dòng)力工程學(xué)院工程熱物理系RenewableEnergyTechnology2021/7/312能源科學(xué)能源技術(shù)：研究各種能源的開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和綜合利用。研究目的：1.提高現(xiàn)有能源的利用效率2.尋找新的能源及其利用方式研究再生能源技術(shù)的目標(biāo)：尋找實(shí)現(xiàn)能量的高效率低成本的轉(zhuǎn)換技術(shù)2021/7/313本課程主要內(nèi)容風(fēng)能利用技術(shù)核能利用技術(shù)氫能利用技術(shù)太陽能利用技術(shù)海洋能利用技術(shù)地?zé)崮芾眉夹g(shù)生物質(zhì)能利用技術(shù)2021/7/314補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)：傳熱學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、半導(dǎo)體物理、電化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)相關(guān)專業(yè)：能源、電氣、材料、交通、物理、化學(xué)、建筑、光電、……202

2、1/7/315§1.太陽能基礎(chǔ)知識(shí)§2.太陽能的熱利用§3.太陽能的熱發(fā)電§4.太陽能光伏發(fā)電§5.太陽能熱氣流發(fā)電太陽能利用技術(shù)TechnologyofSolarEnergyUtilization2021/7/316§1.太陽能基礎(chǔ)知識(shí)§1-1.熱輻射的基本概念§1-2.太陽能的基本概念2021/7/317太陽基本參數(shù)日地距離約：1.5×108km。從地球上望：太陽的張角0.0093弧度。太陽直徑：1.4×106km(地球的109倍)太陽體積：地球體積的1302500倍太陽質(zhì)量：1.99×1030kg(地球的33萬倍)平均密度：1.4×103kg/m3(地球的0.25倍)太陽溫

3、度:5770℃(表面)1560萬℃(核心)總輻射功率:3.83×1026J/s太陽年齡:約50億年§1-2.太陽能的基本概念2021/7/318太陽能太陽能是一種清潔的可再生能源。從廣義上講：太陽能不僅包括直接投射到地球表面的輻射能，還包括像生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海浪能等同樣起源于太陽輻射的間接的太陽能量；而且像現(xiàn)在廣泛使用的石油、天然氣和煤炭等化石能源，也都是古代太陽能資源的產(chǎn)物。從狹義上講：太陽能指的是直接投射到地球表面的太陽輻射能。可再生能源技術(shù)領(lǐng)域講述的太陽能指的是狹義的太陽能。太陽能兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是能流密度低；二是能流波動(dòng)大。2021/7/319太陽構(gòu)造內(nèi)部大氣內(nèi)核中

4、介層對(duì)流層光球?qū)由驅(qū)尤彰釋?~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，?=1×105kg/m3，物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)，熱核反應(yīng)，產(chǎn)生能量占太陽產(chǎn)生能量的90%。0.23R~0.7R，輻射輸能區(qū)，T=1.3×105K，?=79kg/m3。0.7R~1R，T=6000K，?=1kg/m3。肉眼所見太陽表面，T=6000K，?=10-3kg/m3，厚度500km，由強(qiáng)烈電離的氣體組成，能吸收和發(fā)射連續(xù)的輻射光譜，太陽能的絕大部分能量由此輻射到天空。厚度約1×104~1.5×104km，大部分由氫和氦組成。溫度為5000K，?=10-5kg/m3。有時(shí)出現(xiàn)極猛烈的日焰，此時(shí)

5、太陽輻射量最大，有些太陽上的電子流到太空，形成太陽風(fēng)，打擊到地球大氣層上緣，產(chǎn)生磁暴和極光。伸入太空的銀白色日冕，溫度1×106K，高度達(dá)幾十個(gè)太陽半徑2021/7/3110太陽輻射能太陽物質(zhì)組成：氫占78.4%，氦占19.8%，金屬和其他元素占1.8%。兩種熱核反應(yīng)：質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)，碳-氦循環(huán)。太陽輻射功率：3.74×1026W，相當(dāng)于每秒鐘燃燒1.28×1015噸標(biāo)煤放出的能量。太陽輻射波長范圍：自0.1nm以下的宇宙射線~無線電波。太陽輻射具有波動(dòng)性和粒子性。2021/7/3111太陽常數(shù)太陽本身的活動(dòng)會(huì)引起太陽輻射強(qiáng)度發(fā)生波動(dòng)。觀測(cè)表明，太陽活動(dòng)峰值年比太陽活動(dòng)寧靜年的輻

6、射量大2.5%。在一般的太陽輻射計(jì)算中，可近似認(rèn)為太陽輻射穩(wěn)定，在地球大氣層外的太陽輻射強(qiáng)度為一個(gè)常數(shù)。太陽常數(shù)：指在平均日地距離，垂直于太陽輻射的大氣外層平面上，單位時(shí)間、單位面積上所接受的太陽輻射能，單位為W/m2。太陽常數(shù)取值：1357W/m2。具有平均值意義2021/7/3112大氣層外太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算大氣層外，單位時(shí)間、單位垂直面積上所接受到的太陽輻射能I隨地球與太陽的距離而變化。計(jì)算方法：D為日地距離；D0為日地平均距離；Ic為太陽常數(shù)；n為從元旦算起的天數(shù)。2021/7/3113大氣質(zhì)量設(shè)A為地球表面海平面上的一點(diǎn)，當(dāng)太陽在天頂位置S時(shí)，太陽垂直入射，太陽輻射穿過大

7、氣層到達(dá)A點(diǎn)的路徑OA。當(dāng)太陽位于任一位置S’時(shí)，其穿過大氣層到達(dá)A點(diǎn)的路徑為OA’。大氣質(zhì)量定義為兩者之比：設(shè)定在1atm和0℃，海平面上太陽垂直入射，此時(shí)大氣質(zhì)量AM=1，簡稱AM1。2021/7/3114太陽高度角太陽高度角：定義為太陽輻射到達(dá)海平面A點(diǎn)的入射線和海平面A點(diǎn)切線方向的夾角h，則有：當(dāng)h=90°時(shí)，AM=1；當(dāng)h=30°時(shí)，AM=2。2021/7/3115太陽輻射強(qiáng)度太陽輻射強(qiáng)度I：定義為單位時(shí)間地球表面上單位面積上所入射的太陽輻射功率，單位為W/m2。I0為