能源与分布式发电技术02太阳能及其利用

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1、§2太阳能及其利用关注的问题太阳的能量是怎样形成的？有多少赐予了地球上的人类？什么时候人类开始了太阳能的利用？太阳能利用的方式有哪些？太阳能热发电和光伏发电的原理是怎样的？经历了怎样的发展历程，发展状况如何？教学目标了解太阳能资源及分布情况，掌握太阳能利用的多种方式及各自原理和主要设备，理解太阳能发电的重要意义。2§2.1太阳能利用的历史古人对太阳非常崇拜，有很多关于太阳的传说。世界上最早利用太阳能的国家可能就是中国。《周礼》有用“夫燧”向太阳取明火的记载。说明至少在3000多年前的周代，我们的祖先就已经开始利用太阳能了。早期的应用主要是在白天接受太阳的烘晒和取暖。从世

2、界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利用，不到400年的历史。31615年，法国工程师发明了第一台利用太阳能抽水的机器。这可能是世界上第一个以太阳能为动力的设备。§2.1太阳能利用的历史此后到十九世纪末，世界上又研制出多台太阳能装置。其中，比较成熟的产品是太阳灶。进入二十世纪以后，太阳能科技获得了比较快的发展，但其发展道路比较曲折。1901年以后，美国、埃及先后建成了太阳能抽水装置。4§2.1太阳能利用的历史二战后，开始出现太阳能学术组织。对太阳能真正意义上的大规模开发利用渐渐开始。1952年法国建成一座功率为50kW的太阳炉。1954年美国研制成实用型硅太阳电池，

3、为光伏发电大规模应用奠定了基础。后来由于太阳能利用技术尚不成熟，投资大、效果不佳，发展再度停滞。51973年中东战争爆发，引发了“能源危机”。许多工业发达国家，重新加强了对太阳能等可再生能源技术发展的支持。1973年美国制定了政府的阳光发电计划。1974年日本政府制定了“阳光计划”。我国也于1975年在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”。20世纪80年代以后，石油价格大幅度回落，使尚未取得重大进展的太阳能利用技术再度受到冷落。直到全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，才又得到人们的重视。§2.1太阳能利用的历史6§2.1太阳能利用的历

4、史1992年在巴西召开的联合国“世界环境与发展大会”，通过了一系列重要文件。1996年“世界太阳能高峰会议”，发表了《太阳能与持续发展宣言》,并讨论了《世界太阳能10年行动计划》，《国际太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件。我国也提出10年对策和措施，明确要因地制宜的开发和推广太阳能等清洁能源，并制定了《中国21世纪议程》，进一步明确了太阳能重点发展目标。太阳能利用的主要形式，包括太阳能供热、太阳能热发电、太阳能光伏发电。其中以太阳能供热技术最为成熟。7§2.2太阳能资源及其分布§2.2.1太阳能概述太阳是一个发光发热的巨型气态星体。太阳内部不停地发生着由氢聚

5、变成氦的热核反应，并向宇宙释放出巨大的能量。射到地球的阳光，向地球输送了大量的光和热，成为地球上万物生长的源泉。8§2.2太阳能资源及其分布§2.2.1太阳能概述风能、水能、生物质能、海洋能等可再生能源，都来自太阳能的转化。就连煤、石油等化石燃料，也是远古贮存下来的太阳能。广义的太阳能，包括上述各种能源。当把太阳能作为可再生能源的一种进行讨论时，太阳能指的是直接照射到地球表面的太阳辐射能（包括光和热）；通常所说的太阳能利用，是指太阳辐射能的直接转化和利用。太阳的能量，来自其内部的热核反应。以光辐射的形式，每秒钟向太空发射约3.74×1026J的能量。9§2.2太阳能资源

6、及其分布§2.2.1太阳能概述因距离遥远，太阳释放的能量只有22亿分之一投射到地球。到达大气层上界的太阳辐射功率，经过大气层的反射和吸收，能够投射到地面的只有47%左右。尽管如此，每年到达地球表面的太阳能仍高达……kWh，相当于1300万亿吨标准煤，是全球能耗的上万倍。陆地面积只占地球表面的21％，再除去沙漠、森林、山地及江河湖泊，实际到达人类居住区域的太阳辐射功率，约占到达地球大气层的太阳总辐射功率的5％～6％。10§2.2太阳能资源及其分布§2.2.1太阳能概述太阳大约还可以持续100亿年。相对于人类发展历史而言，可以说是“无穷无尽”了。太阳能是各种可再生能源中最重

7、要的基本能源，其分布最广，也最容易获取。如果能有效地利用太阳提供的能量，那么人类未来就不会为能源的枯竭问题担忧了。11§2.2太阳能资源及其分布§2.2.2世界太阳能资源分布太阳能资源的丰富程度一般以单位面积的全年总辐射量和全年日照总时数来表示。分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候状况有关。世界太阳能资源的分布规律见教材上的图2.3。12§2.2太阳能资源及其分布§2.2.2世界太阳能资源分布就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。美国NASA建有一个包