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1、新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术制作人：制作人：朱永强朱永强,丁泽俊丁泽俊,许许 郁郁华北电力大学华北电力大学新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2 2 太阳能及其利用太阳能及其利用关注的问题关注的问题太阳的能量是怎样形成的？太阳的能量是怎样形成的？有多少赐予了地球上的人类？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？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？太阳能利用的方式有哪些？太阳能热发电和光伏
2、发电的原理是怎样的？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？经历了怎样的发展历程，发展状况如何？教学目标教学目标了解太阳能资源及分布情况，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，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。理解太阳能发电的重要意义。2新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.1 太阳能利用的历史太阳能利用的历史古人对太阳非常崇拜，有很
3、多关于太阳的传说。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世界上最早利用太阳能的国家可能就是中国中国。周礼周礼有用有用“夫燧夫燧”向太阳取明火的记载。说明至少在向太阳取明火的记载。说明至少在3000 3000 多年前的多年前的周代周代，我们的祖先就已经开始利用太阳能了。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早期的应用主要是在白天接受太阳的烘晒和取暖烘晒和取暖。从世界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利用，不到从世界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利用，不到400 400 年的历史。年的历史。3新能源与分布式发电技术新能源
4、与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1615 1615 年，法国工程师发明了第一台利用太阳能抽水的机器。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。这可能是世界上第一个以太阳能为动力的设备。2.1 太阳能利用的历史太阳能利用的历史此后到十九世纪末此后到十九世纪末，世界上又研制出多台太阳能装置。其中，世界上又研制出多台太阳能装置。其中，比较成熟的产品是比较成熟的产品是太阳灶太阳灶。进入二十世纪以后，太阳能科技获得了比较快的发
5、展，但其发进入二十世纪以后，太阳能科技获得了比较快的发展，但其发展道路比较曲折。展道路比较曲折。1901 1901 年以后，美国、埃及年以后，美国、埃及先后建成了太阳能抽水装置。先后建成了太阳能抽水装置。4新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.1 太阳能利用的历史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。规模开发利用渐渐开始。1952
6、1952 年法国年法国建成一座功率为建成一座功率为50kW 50kW 的太阳炉。的太阳炉。1954 1954 年美国年美国研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础。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。再度停滞。5新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1973 1973 年年中东战争爆发，引发了
7、中东战争爆发，引发了“能源危机能源危机”。许多工业发达。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。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 1973 年美国年美国制定了政府的阳光发电计划。制定了政府的阳光发电计划。1974 1974 年日本政府年日本政府制定了制定了“阳光计划阳光计划”。我国也于。我国也于1975 1975 年在河南安阳召开年在河南安阳召开“全全国第一次太阳能利用工作经验交流大会国第一次太阳能利用工作经验交流大会”。20 20 世纪世纪80 80 年代以后年代以后，石油价格大幅度回落，使尚未取得重，石油价格大幅度回落，使尚未取得重大进展
8、的太阳能利用技术再度受到冷落。直到全球性的环境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。人们的重视。2.1 太阳能利用的历史太阳能利用的历史6新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.1 太阳能利用的历史太阳能利用的历史1992 1992 年年在巴西召开的联合国在巴西召开的联合国“世界环境与发展大会世界环境与发展大会”
9、，通过，通过了一系列重要文件。了一系列重要文件。1996 1996 年年“世界太阳能高峰会议世界太阳能高峰会议”，发表了，发表了太阳能与持续发太阳能与持续发展宣言展宣言,并讨论了并讨论了世界太阳能世界太阳能1010年行动计划年行动计划，国际太国际太阳能公约阳能公约,世界太阳能战略规划世界太阳能战略规划等重要文件。等重要文件。我国也提出我国也提出10 10 年对策和措施年对策和措施，明确要因地制宜的开发和推广，明确要因地制宜的开发和推广太阳能等清洁能源，并制定了太阳能等清洁能源，并制定了中国中国2121世纪议程世纪议程，进一步，进一步明确了太阳能重点发展目标。明确了太阳能重点发展目标。太阳能利用
10、的主要形式太阳能利用的主要形式，包括太阳能供热、太阳能热发电、，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。太阳能光伏发电。其中以太阳能供热技术最为成熟。7新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.1 太阳能概述太阳能概述太阳是一个发光发热的巨型气态星体。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太阳内部不停地发生着由氢聚变成氦的由氢聚变成氦的热核反应
11、热核反应，并向宇宙释放出巨大的能量。，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射到地球的阳光，向地球输送了大量的光和热，光和热，成为地球上万物生长的源泉成为地球上万物生长的源泉。8新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.1 太阳能概述太阳能概述风能、水能、生物质能、海洋能等可再生能源风能、水能、生物质能、海洋能等可再生能源，都来自太阳，都来自太阳能的转化。就连能的转化。就连
12、煤、石油等化石燃料煤、石油等化石燃料，也是远古贮存下来的，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。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，太阳能指的是是直接照射到地球表面的太阳辐射能（包括光和热）直接照射到地球表面的太阳辐射能（包括光和热）；通常；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。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，来自其内部的太阳的能量，来自其内部的热核反应热核反应。以光辐射的形式，每。以光辐射的形式，每秒钟向太空发射约秒钟向太空发射约
13、3.74103.74102626J J 的能量。的能量。9新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.1 太阳能概述太阳能概述因距离遥远，太阳释放的能量只有因距离遥远，太阳释放的能量只有22 22 亿分之一亿分之一投射到地球。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，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能够投射到地面的只有47%47%左
14、右。左右。尽管如此，每年到达地球表面的太阳能仍高达尽管如此，每年到达地球表面的太阳能仍高达 kWh，相，相当于当于1300 1300 万亿吨标准煤，是全球能耗的上万倍。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陆地面积只占地球表面的2121，再除去沙漠、森林、山地及，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达地球大气层的太阳总辐射功率的5 56 6。10新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是
15、让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.1 太阳能概述太阳能概述太阳大约还可以太阳大约还可以持续持续100 100 亿年亿年。相对于人类发展历史而言，。相对于人类发展历史而言，可以说是可以说是“无穷无尽无穷无尽”了。了。太阳能是各种可再生能源中太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源最重要的基本能源，其分布最广，其分布最广，也最容易获取。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。能源的枯竭问题担忧了。11新
16、能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.2 世界太阳能资源分布世界太阳能资源分布太阳能资源的丰富程度一般以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单位面积的全年总辐射量和全年日照总时数年日照总时数来表示。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。分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候状况有关。世界世界太阳能资源的分布规律太阳能资源的分布规律见教材上的见教材上的图
17、图2.32.3。12新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.2 世界太阳能资源分布世界太阳能资源分布就全球而言，就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区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。最丰富地区。美国美国NASANASA建有一个包含各地日照数据的数据库
18、。建有一个包含各地日照数据的数据库。其中给出其中给出部分城市的日照时间部分城市的日照时间，详见教材中的，详见教材中的表表2-12-1。13新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.3 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布我国陆地大部分处于北温带，太阳能资源十分丰富，每年陆地我国陆地大部分处于北温带，太阳能资源十分丰富，每年陆地接收的太阳辐射总量，大约是接收的太阳辐射总量，大约是1.91016 k
19、Wh。全国各地太阳年辐射总量基本都在全国各地太阳年辐射总量基本都在30008500 MJ/m2 之间，之间，平均值超过平均值超过5000MJ/m2。而且大部分国土面积年日照时间都。而且大部分国土面积年日照时间都超过超过22002200小时。小时。14新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.3 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布据来自中国气象局太阳能风能资源评估中心的资料，我国的据来自中国气象
20、局太阳能风能资源评估中心的资料，我国的太阳能资源全年总辐射量分布如图所示。各地的日照时间参太阳能资源全年总辐射量分布如图所示。各地的日照时间参见教材的图见教材的图2.52.5。我国的太阳能全年总辐射量分布图我国的太阳能全年总辐射量分布图15新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.3 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布太阳能资源分布，太阳能资源分布，西部高于东部西部高于东部，而且基本上是，而且
21、基本上是南部低于北部南部低于北部（除西藏、新疆以外）（除西藏、新疆以外）,与通常随纬度变化的规律变化的规律与通常随纬度变化的规律变化的规律并不一致。并不一致。这主要是由大气云量以及山脉分布的影响造成的。这主要是由大气云量以及山脉分布的影响造成的。16新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.3 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布根据根据2020世纪末期的太阳能分布数据，我国划分为世纪末期的太阳
22、能分布数据，我国划分为4 4个太阳能资个太阳能资源带源带，如，如图图2.62.6所示。所示。各太阳能资源带的全年太阳能总辐射量如表所示。各太阳能资源带的全年太阳能总辐射量如表所示。前前3 3 类地区覆盖大面积国土，有利用太阳能的良好条件。类地区覆盖大面积国土，有利用太阳能的良好条件。IV IV 类地区太阳能资源较差，有的地方也有太阳能可开发利用。类地区太阳能资源较差，有的地方也有太阳能可开发利用。17新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.
23、2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.4 太阳能资源的特点太阳能资源的特点与常规能源相比，太阳能具有如下优点：与常规能源相比，太阳能具有如下优点：（1 1）储量丰富。）储量丰富。（2 2）维持长久。）维持长久。（3 3）分布广泛。）分布广泛。（4 4）维护方便，运行成本低。）维护方便，运行成本低。（5 5）清洁，无污染。）清洁，无污染。18新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.2 太阳能资源及其分布太阳能资源及其分布2.2.4
24、太阳能资源的特点太阳能资源的特点太阳的主要缺点：太阳的主要缺点：（1 1）能量的分散性（能量密度低）。）能量的分散性（能量密度低）。（2 2）能量的不稳定性。）能量的不稳定性。（3 3）能量的间歇性，不连续。）能量的间歇性，不连续。19新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.3 太阳能的利用方式太阳能的利用方式2.3.1 太阳能热利用太阳能热利用直接把太阳能转换为热能供人类使用（例如：加热和取暖），直接把太阳能转换为热能供人类使用（例如：加
25、热和取暖），称为称为太阳能的热利用太阳能的热利用，或者叫，或者叫光热利用光热利用。直接热利用是直接热利用是最古老最古老的应用方式，也是目前的应用方式，也是目前技术最成熟技术最成熟、成本成本最低最低、应用最广泛应用最广泛的太阳能利用模式。的太阳能利用模式。20新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.3 太阳能的利用方式太阳能的利用方式2.3.2 太阳能发电太阳能发电（1 1）太阳能热发电）太阳能热发电太阳能热发电就是利用太阳能热发电就是利用太
26、阳辐射所产生的热能发电太阳辐射所产生的热能发电，是在太阳，是在太阳能热利用的基础上实现的。能热利用的基础上实现的。一般需要先将太阳辐射能转变为热能，然后再将热能转变为电一般需要先将太阳辐射能转变为热能，然后再将热能转变为电能，实际上是能，实际上是“光热电光热电”的转换过程。的转换过程。太阳能热发电有两种类型：太阳能热发电有两种类型：一类是蒸汽热动力发电，一类是热一类是蒸汽热动力发电，一类是热电直接转换。电直接转换。21新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出
27、的问题也很明确2.3 太阳能的利用方式太阳能的利用方式2.3.2 太阳能发电太阳能发电（1 1）太阳能热发电）太阳能热发电蒸汽热动力发电，先利用蒸汽热动力发电，先利用太阳能提供的热量产生蒸汽太阳能提供的热量产生蒸汽，再利用蒸汽再利用蒸汽驱动发电机驱动发电机。热电直接转换，即利用太阳能提供的热电直接转换，即利用太阳能提供的热量直接发电热量直接发电（多（多是依靠特殊的物理现象或化学反应。这类发电方式的优点是是依靠特殊的物理现象或化学反应。这类发电方式的优点是发电装置本体没有活动部件，但一般发电量都很小，有的方发电装置本体没有活动部件，但一般发电量都很小，有的方法尚处于原理性试验阶段。相对成熟一些的
28、，主要是法尚处于原理性试验阶段。相对成熟一些的，主要是半导体半导体温差发电温差发电。22新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.3 太阳能的利用方式太阳能的利用方式2.3.2 太阳能发电太阳能发电（2 2）太阳能光发电）太阳能光发电太阳能光发电是指不通过热过程而太阳能光发电是指不通过热过程而直接将光能转变为电能直接将光能转变为电能的的发电方式。广义的光发电，包括发电方式。广义的光发电，包括:光化学发电光化学发电和和光生物转换光生物转换，主要
29、通过光化转换过程实现。，主要通过光化转换过程实现。光感应发电光感应发电，是利用某些有机高分子团吸收太阳的光能，是利用某些有机高分子团吸收太阳的光能后变成光极化偶极子的现象。后变成光极化偶极子的现象。光伏发电光伏发电，是利用某些物质的光电效应（光生伏打效应），是利用某些物质的光电效应（光生伏打效应），将太阳光辐射能直接转变成电能的发电方式。，将太阳光辐射能直接转变成电能的发电方式。23新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.3 太阳能的利用方
30、式太阳能的利用方式2.3.3 光化学转换光化学转换光化学转换，是指将太阳的光辐射能转换为化学能存储，或者光化学转换，是指将太阳的光辐射能转换为化学能存储，或者利用太阳光照的作用实现某些特定的化学反应过程。利用太阳光照的作用实现某些特定的化学反应过程。（1 1）光化学电池）光化学电池将太阳的光辐射能将太阳的光辐射能通过某种化学反应过程通过某种化学反应过程转变为电能，称为光转变为电能，称为光化学发电，通常是指浸泡在溶液中的半导体电极受到光照后，化学发电，通常是指浸泡在溶液中的半导体电极受到光照后，电极上有电流输出的现象。电极上有电流输出的现象。光化学发电还可细分为光化学发电还可细分为液结光化电池、
31、光电解电池和光催化电液结光化电池、光电解电池和光催化电池池等。等。24新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.3 太阳能的利用方式太阳能的利用方式2.3.3 光化学转换光化学转换（2 2）光生物发电）光生物发电绿色植物的光合作用也是一种光化学转换过程。通过绿色植物的光合作用也是一种光化学转换过程。通过光合作用光合作用将太阳能转换成为生物质的过程，称为光生物利用。将太阳能转换成为生物质的过程，称为光生物利用。光生物发电光生物发电，通常是指，通
32、常是指叶绿素电池发电叶绿素电池发电，也是一种光化学转换，也是一种光化学转换过程。叶绿素在光照作用下能产生电流，这是最普遍的生物现过程。叶绿素在光照作用下能产生电流，这是最普遍的生物现象之一。要做成稳定的叶绿素电池目前还比较困难象之一。要做成稳定的叶绿素电池目前还比较困难(为什么？为什么？)。25新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用太阳能的热利用，基本原理是利用太阳能的热利用，基本原理是利用集热装置将太
33、阳辐射能收集集热装置将太阳辐射能收集起来，再通过与介质的相互作用转换成起来，再通过与介质的相互作用转换成热能热能，进行直接或间接，进行直接或间接的利用。的利用。根据集热器所能达到的温度和用途，通常可把太阳能热利用分根据集热器所能达到的温度和用途，通常可把太阳能热利用分为为低温利用、中温利用（低温利用、中温利用（200200800800）和高温利用）和高温利用。26新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2
34、.4.1 集热器类型集热器类型集热器就是用于收集太阳的辐射能并将其转换为热能的装置。集热器就是用于收集太阳的辐射能并将其转换为热能的装置。目前广泛使用的太阳能集热器，可以分为三大类。目前广泛使用的太阳能集热器，可以分为三大类。（1 1）平板集热器）平板集热器平板集热器的吸热部分主体是平板集热器的吸热部分主体是涂有黑色吸收涂层的平板涂有黑色吸收涂层的平板。如图。如图所示。所示。27新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太
35、阳能直接热利用2.4.1 集热器类型集热器类型（1 1）平板集热器）平板集热器平板集热器外观平板集热器外观28新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.1 集热器类型集热器类型（2 2）真空管集热器）真空管集热器其其核心部件是真空管核心部件是真空管，按照材料来分，有，按照材料来分，有全玻璃真空管和金属全玻璃真空管和金属真空管真空管两类。比较常见的是黑色镀膜的真空玻璃管。两类。比较常见的是黑色镀膜的真
36、空玻璃管。29新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.1 集热器类型集热器类型（3 3）聚焦型集热器）聚焦型集热器采用采用特定的聚焦结构特定的聚焦结构设计，将太阳辐射聚集到较小的集热面上，设计，将太阳辐射聚集到较小的集热面上，从而获得很高的能流密度和集热温度。从而获得很高的能流密度和集热温度。常见的聚焦结构设计，包括：常见的聚焦结构设计，包括：点聚焦结构点聚焦结构,如复合抛物面反射镜如复合抛物面反
37、射镜,菲菲涅尔透镜涅尔透镜,定日镜等；定日镜等；线聚焦结构线聚焦结构,如槽型抛物面反射镜和如槽型抛物面反射镜和柱状抛物面反射镜。柱状抛物面反射镜。30新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.2 太阳灶和热水器太阳灶和热水器2.4.2.1 太阳能热水器太阳能热水器太阳能热水器就是利用太阳能热水器就是利用太阳辐射的热量太阳辐射的热量进行加热从而提供进行加热从而提供热水热水的设备。的设备。由于可以节省用
38、于加热的电能，太阳能热水器被认为是最重要由于可以节省用于加热的电能，太阳能热水器被认为是最重要的环保节能措施之一。的环保节能措施之一。在太阳能热利用的各种方式中，发展和应用最完善的就是太阳在太阳能热利用的各种方式中，发展和应用最完善的就是太阳能热水器。能热水器。我国的太阳能热水器应用稳居世界第一。（详见教材）我国的太阳能热水器应用稳居世界第一。（详见教材）31新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4
39、.2.1 太阳能热水器太阳能热水器常见的太阳能热水器系统的结构如图所示。常见的太阳能热水器系统的结构如图所示。32新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.2.2 太阳灶太阳灶太阳灶是一种收集太阳能并将吸收的太阳灶是一种收集太阳能并将吸收的热量用于炊事热量用于炊事的装置。的装置。常采用球面的常采用球面的点聚焦型集热器点聚焦型集热器，如图所示。，如图所示。33新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技
40、术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.3 太阳能空调太阳能空调太阳能空调是比较常见的利用太阳能空调是比较常见的利用太阳能制冷太阳能制冷的方式。的方式。太阳能空调的能量需求和太阳能的供应比较一致。太阳能空调的能量需求和太阳能的供应比较一致。这是太阳能这是太阳能空调应用空调应用最有利的客观因素最有利的客观因素。从这方面来看，太阳能空调应该。从这方面来看，太阳能空调应该是最合理的太阳能应用方案之一。是最合理的太阳能应用方案之一。目前的太阳能空
41、调技术，主要采用目前的太阳能空调技术，主要采用太阳能吸收式制冷太阳能吸收式制冷和和光电转光电转化电能驱动制冷化电能驱动制冷。34新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.3.1 太阳能吸收式制冷太阳能吸收式制冷吸收式制冷，是利用热能吸收式制冷，是利用热能直接制冷直接制冷的最常用方式。比较成熟的的最常用方式。比较成熟的是是“溴化锂溴化锂-水溶液水溶液”吸收制冷，已经在一些示范工程中应用，吸收制冷，已经
42、在一些示范工程中应用，效果理想。（效果理想。（具体原理，详见教材具体原理，详见教材）也可以用也可以用氨水溶液氨水溶液，其中氨是制冷剂（沸点，其中氨是制冷剂（沸点33.433.4o oC C），水），水是吸收剂。是吸收剂。图图2.142.14为斯里兰卡为斯里兰卡Power StarPower Star公司设计的太阳能空调。公司设计的太阳能空调。35新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.3.2 光电
43、转化电能驱动制光电转化电能驱动制冷冷光电转换电能驱动制冷，实际是先把光电转换电能驱动制冷，实际是先把太阳能转换为电能太阳能转换为电能（是（是光伏发电方式），再光伏发电方式），再用电力驱动空调用电力驱动空调。图为图为greencoregreencore公司设计的公司设计的1020010200移动式太阳能空调。移动式太阳能空调。36新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.4 太阳能房太阳能房太阳能房是
44、太阳能房是综合利用太阳能光热转换、光电转换等过程综合利用太阳能光热转换、光电转换等过程，实现，实现主动的和被动的太阳能利用的节能建筑。主动的和被动的太阳能利用的节能建筑。安装安装太阳能热水器太阳能热水器，提供生活热水；安装，提供生活热水；安装太阳能空调太阳能空调，调节室，调节室内温度；安装内温度；安装太阳电池板太阳电池板，提供生活用电。设计实现最佳采光、，提供生活用电。设计实现最佳采光、采暖，冬暖夏凉。采暖，冬暖夏凉。还可结合风力、地热等能源及建筑节能材料，实现零耗能建筑还可结合风力、地热等能源及建筑节能材料，实现零耗能建筑37新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太
45、阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确38新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.4 太阳能直接热利用太阳能直接热利用2.4.5 太阳池太阳池太阳池太阳池是一种是一种集中储存太阳能集中储存太阳能的方式，并可作为热源使用。的方式，并可作为热源使用。池水为池水为盐水盐水，一般表层为清水，越往深处盐度越大，底层甚至，一般表层为清水，越往深处盐度越大，底层甚至为
46、饱和状态。为饱和状态。池底深而黑池底深而黑，光辐射被池底吸收转变为热能后，除了池底的有，光辐射被池底吸收转变为热能后，除了池底的有限散热，基本不会向水池表面散热（限散热，基本不会向水池表面散热（想想：为什么？想想：为什么？）。）。太阳不断辐射、底层水不断储热，水温就越来越高。将池底的太阳不断辐射、底层水不断储热，水温就越来越高。将池底的热取出，就可以进行各种应用，而且这种热源还比较稳定。热取出，就可以进行各种应用，而且这种热源还比较稳定。世界上最早的太阳池世界上最早的太阳池（在死海，详见教材）（在死海，详见教材）39新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发
47、电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.5 太阳能热发电太阳能热发电2.5.1 太阳能热发电系统的构成太阳能热发电系统的构成太阳能蒸汽热动力发电的原理和传统火力发电的原理类似，所太阳能蒸汽热动力发电的原理和传统火力发电的原理类似，所采用的发电机组和动力循环都基本相同。采用的发电机组和动力循环都基本相同。太阳能热发电系统，由太阳能热发电系统，由集热部分、热传输部分、蓄热与热交换集热部分、热传输部分、蓄热与热交换部分和汽轮发电部分部分和汽轮发电部分组成。组成。40新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发
48、电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.5 太阳能热发电太阳能热发电2.5.1 太阳能热发电系统的构成太阳能热发电系统的构成（1 1）集热部分）集热部分定日镜定日镜（聚光系统）的作用是提高功率密度。（聚光系统）的作用是提高功率密度。集热器的作用集热器的作用是将聚焦后的太阳能辐射吸收，并转换为热能是将聚焦后的太阳能辐射吸收，并转换为热能提供给工质。提供给工质。（2 2）热能传输部分）热能传输部分把集热器收集起来的热能把集热器收集起来的热能传输传输给蓄热部分。给蓄热部分。（3 3）蓄热与热交换部分）蓄
49、热与热交换部分蓄热装置蓄热装置保证发电系统的热源稳定。热能通过保证发电系统的热源稳定。热能通过热交换装置热交换装置，转化为高温高压蒸汽。转化为高温高压蒸汽。（4 4）汽轮发电部分）汽轮发电部分41新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.5 太阳能热发电太阳能热发电2.5.2 太阳能热发电系统的基本类型太阳能热发电系统的基本类型较大规模的热发电系统，往往需要设计大面积的聚光系统，较大规模的热发电系统，往往需要设计大面积的聚光系统，形成一个庞大
50、的太阳能收集场，来实现聚光功能。形成一个庞大的太阳能收集场，来实现聚光功能。太阳能热发电系统可以分为三个基本类型：太阳能热发电系统可以分为三个基本类型：槽式线聚焦系统、槽式线聚焦系统、塔式定日镜聚焦系统和碟式点聚焦系统塔式定日镜聚焦系统和碟式点聚焦系统。也有一些不用聚焦结构的太阳能发电系统，多采用真空管集也有一些不用聚焦结构的太阳能发电系统，多采用真空管集热器，如教材上的图热器，如教材上的图2.172.17所示。所示。42新能源与分布式发电技术新能源与分布式发电技术太阳能利用与发电技术太阳能利用与发电技术在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所