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太阳能的应用领域
发布时间:2018-4-24 19:45:56      点击次数:388

一、太阳能集热器

太阳能集热器主要是指太阳能热水器,它是太阳能热利用中最常见的一种装置。其基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能供生产和生活利用。太阳能热水器的发展,经历了闷晒式、平板式、玻璃真空管式和热管真空管式四个阶段。第一代:闷晒式,现已基本淘汰。第二代:平板式,因抗冻效果差、热损耗大、易积水垢、热效率低及使用寿命短等问题也已逐渐淘汰。但其制造成本较低,目前在一些工程项目中仍有一定市场。第三代:全玻璃真空管式。集热效率高,保温性能好,可抗直径为25毫米冰雹的袭击,适合于气温为-25℃以上地区使用。成本适中。但由于真空玻璃管内长期通水加热,有出现漏水、结水垢的可能。第四代:热管真空管式。我国采用美国应用于航天、人造卫星上的先进导热科技,将超级导热管与全玻璃真空集热管相结合,研制开发出的新一代热管真空管式太阳能热水器,导热快,热效率高,特别适用于阳光不足或每天日照时间短的地区。真空管不通水,不结垢,抗冻能力强,保温性能好,使用寿命长,乃市场新宠。太阳能热水器以其经济、节能、环保、安全、方便、供水量大等优点,备受世人瞩目。随着太阳能热水器关键技术的不断突破,太阳能热水器已广泛运用于家庭、厂矿、宾馆、学校、部队和医院等供淋浴、洗漱及其它需用热水的场所。

二、太阳能热力发电

太阳能热力发电是当今世界各国在太阳能利用方面研究的主题之一。太阳能热力发电就是通过集热器代替了常规锅炉,用太阳能热力系统带动发电机发电。太阳能热力发电要求集热温度高,需采用聚焦型集热器,以提高光能流密度。目前热发电系统主要有三种类型:槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上,并将管内传热工质加热产生蒸汽,推动常规汽轮机发电。塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜,将阳光聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上,以产生很高的温度。碟式系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜,接收器在抛物面的焦点上,接收器内的传热工质被加热到750℃左右,驱动发动机进行发电。对大功率的太阳能热力发电系统,常需要较大的占地面积,因此,太阳能热力发电特别适合于偏远地区和电力输送困难的地区,尤其适合于我国的西部地区。研究表明,太阳能热发电是最可能引起能源革命,实现大功率发电、替代常规能源的经济手段之一,将完全有可能给紧张的能源问题带来革命性的解决方案,未来的太阳能热发电成本将可以实现5美分/度的目标

三、太阳能光伏发电

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。我国有荒漠面积108万平方公里,主要分布在光照资源丰富的西北地区。1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列,每年可发电1.5亿度;如果开发利用1%的荒漠,就可以发出相当于我国2003年全年的耗电量。在我国电力干线周围有适合于大规模安装光伏发电开发的浩瀚荒漠,开发利用荒漠太阳能资源对于我国有着深远的战略意义。

四、太阳能海水淡化

地球可供人类直接利用的淡水不足地球总水量的0.36%,人类解决水资源短缺的根本出路在于海水淡化。利用太阳能作为淡化海水(或苦咸水)的能源,比利用其它能源更环保,对于用水量小且地处偏僻分散的地方来说也更经济。传统工业化海水淡化技术的运行原理大致可分为两类:一是相变过程,包括多级闪蒸、多效沸腾和蒸汽压缩等过程;二是渗析过程,主要有反渗透膜法和电渗析法等过程。相变过程最显著的优势就是能够重复利用蒸发与冷凝过程的潜热,使之在预热进入装置的海水的同时,冷凝部分蒸汽成为淡水产品。由于现阶段太阳能发电的成本相当高,利用太阳能发电提供渗析过程能量进行海水淡化并不经济,因此,太阳能与传统工业化海水淡化技术相结合仍主要集中在相变过程。目前,我国自主生产的海水淡化百吨级装置淡化纯净水吨水综合成本在6元/吨左右,千吨级装置淡化纯净水吨水综合成本将小于4元/吨,已达到国际先进水平,并可实际运营,这对于满足沿海、海岛及内陆苦咸水地区人民生产、生活用水需求具有重要意义。中国太阳能产业联盟网

五、太阳能空调

太阳能空调是以太阳能作为制冷空调的能源。利用太阳能制冷可以有两条途径,一是利用光伏技术产生电力,以电力推动常规的压缩式制冷机制冷;二是进行光-热转换,即通过集热器收集太阳能,靠消耗太阳能转化来的内能使热量从低温物体向高温物体传递。所使用的工质是两种不同的沸点的物质组成的混合物。其中,沸点低的为制冷剂,沸点高的为吸收剂。通过选用不同的工质,可获得零度以上或零度以下的低温。印度研制成功一种太阳能冰箱,在平底的太阳能收集器里,盛有氨和水的溶液,太阳光把氨从液体中蒸馏出来,并在另一个容器里冷藏下来。晚间把液态氨送到冰箱管道里,氨吸收热量使冰箱内部冷却下来。日本夏普电器公司制造的太阳能空调器,当天气晴朗时,全部动力都由太阳能电池供应;多云或阴天时使用一般电源。由于太阳能的分散性和间断性,太阳能制冷也需要配有辅助系统,来保证制冷的连续性和稳定性。一种很可行的综合系统是将太阳能供暖和太阳能制冷结合起来,一个集热器分季节分别用于供暖和制冷,这可以降低成本,提高集热器的利用率。

六、太阳能电动车

所谓太阳能车就是利用太阳电池将太阳能转换为电能,并利用该电能作为驱动能源行驶的汽车。太阳电池板在阳光照射下产生电流,通过峰值功率跟踪仪以及蓄电池的充电控制器输送至蓄电池存储以备用或者直接输入到电机。当太阳能车在行驶过程中,如果日照条件比较好的话,电能将直接输送至电机驱动太阳能车。大多数情况下,电机不需要使用全部输入的能量,剩余的能量将通过电机控制器和蓄电池充电控制器送入蓄电池存储备用。如日照条件不佳,太阳能车将使用蓄电池中存储的电能和同时由太阳电池产生的电能来驱动太阳能车。当然,在太阳能车停止的时候,太阳电池板产生的电能将全部输送到蓄电池。日本东京电机大学最近设计出一种轻型太阳能轿车,其车顶上安装了两组蓄电池,利用太阳光充电后交替使用。一组蓄电池充电后可行驶110公里,夏季日照最长季节可达150公里。这种车不用燃油,不污染环境,最适宜于日照时间长的地区使用。

七、太阳能建筑

利用太阳能供电、供热、供冷、照明,建成太阳能综合利用建筑物,是太阳能利用一个新的发展方向。太阳能建筑的发展大体可分为三个阶段:第一阶段为被动式大阳房,它是一种完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材料的应用进行集取、储存和分配太阳能的建筑。第二阶段为主动式太阳房,它是一种以太阳能集热器与风机、泵、散热器等组成的太阳能采暖系统或者与吸收式制冷机组成的太阳能空调及供热系统的建筑。第三阶段是加上太阳电池应用,为建筑物提供采暖、空调、照明和用电,完全能满足这些要求的称为“零能房屋”。中国在北京建的首座太阳能综合利用示范楼共安装了100千瓦太阳能光伏发电系统和360千瓦太阳能空调制冷、采暖和热水综合系统。经过一年多的试运行,目前楼内及大院内的能耗包括空调系统、供电系统、供暖系统、热水供应系统等全部由太阳能系统自给。“第一楼”的成功运行,标志着我国在太阳能建筑综合利用方面实现了重大突破。

八、太阳能制氢

氢是一种二次能源,也是未来的新能源,干净无毒,对环境无污染,可用于不同的能量转换器。氢燃烧生成水,水可再经过光解产生氢,以取之不尽的水为原料,以太阳能为初次能源,从而构成一个对环境无污染的能源利用循环。在自然界中,氢已和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电来分解水制氢,那显然是划不来的。现在看来,高效率的制氢的基本途径,是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢,那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源了,其意义十分重大。目前利用太阳能分解水制氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等等。利用太阳能制氢有有大量的理论问题和工程技术问题需要解决,但世界各国都十分重视,已投入不少的人力、财力、物力,并且取得了多方面的进展。可以预见,在不远的将来,以太阳能制得的氢能,将成为人类普遍使用的一种优质、干净的燃料。

九、太阳能照明灯

太阳能照明灯是以白天太阳光作为能源,利用太阳能电池给蓄电池充电,把太阳能转换化学能储存在蓄电池中,晚间使用时以蓄电池作为电源给节能灯提供能量,把蓄电池中的化学能转变成光能,使照明灯工作。一套基本的太阳能照明系统包括太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池和光源,既可直接产生低压直流电,也可通过逆变器转换成220伏交流电,然后供给照明负载。与传统路灯相比,太阳能照明的优点明显。太阳能亮化照明技术具有一次性投资、无长期运行费用、安装方便、免维护、使用寿命长等特点,不会对原有植被、环境造成破坏,同时也降低了各项费用,节约能源,可谓“一举多得”。但太阳能照明还存在一定局限性。如造价高、功率小,电池板对城市景观影响较大等。100W节能灯需要电池板面积2m之多,已很难满足防风和城市景观的要求。现在市场上小功率的太阳能庭院灯、草坪灯非常有特色,很有竞争力,特别配套LED灯泡的草坪灯很别致,电池板面积也小,对景观无负面影响,有很好的市场前景。

十、太阳能灶

太阳能灶是利用太阳能辐射,通过聚光获取热量,进行炊事烹饪食物的一种装置。人类利用太阳能灶已有200多年的历史,特别是近二、三十年来,世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳能灶。尤其是发展中的国家,太阳灶受到了广大用户的好评,并得到了较好的推广和应用。新一代聚光式太阳能灶是利用抛物面较强的聚光特性,功率大,使锅底温度可达500-900度以上(以2平米计),功率相当于900瓦电炉。灶面采用纳米级高分子复合材料、反光膜采用第三代高亮度太阳能灶专用聚光膜、支架拉杆采用接插件承接设计,锅架采用万向平衡设计,整体结构紧凑轻便,安装简单,调试方便,几乎无须维修。只要有阳光,一年四季都可以用。它抗老化,耐腐蚀、不怕风、不怕晒,使用寿命达10年之上,能满足煮、煎、炖、炸等多种炊事活动,适合于农村家庭,城镇居民和学校等企事业单位。长期使用可以为消费者节省大量金钱和精力,为国家节约大量能源,是造福人类,造福子孙的好产品。

十一、太阳能干燥中国

太阳能干燥就是使被干燥物料直接吸收太阳能或通过太阳空气集热器所加热的空气,进行对流传热,间接地吸收太阳能,物料表面获得热能后,再传至物料内部,水分从物料内部以液态或汽态方式扩散,透过物料层而达到表面,然后通过物料表面的气膜而扩散到热汽流中,通过这样的传热传质过程,使物料逐步干燥的过程。按接受太阳能及能量输入方式进行分类,太阳能干燥主要可分为三种类型。一是温室型太阳能干燥系统,它的结构与栽培农作物的温室相似,温室即为干燥室,待干物料置于温室内,直接吸收太阳辐射,温室内的空气被加热升温,物料脱去水分,达到干燥的目的。二是集热器型干燥系统。它是太阳能空气集热器与干燥室组合而成的干燥装置,这种干燥装置利用集热器把空气加热到60-70℃,然后通入干燥室,物料在干燥室内实现对流热质交换过程,达到干燥的目的。三是集热器——温室型太阳能干燥系统。在温室外增加一部分集热器,就组成了集热器-温室型太阳能干燥装置。物料一方面直接吸收透过玻璃盖层的太阳辐射,另一方面又受到来自空气集热器的热风冲刷,以辐射和对流换热两种方式加热物料。此外,还有盔体式太阳能干燥器、聚光型太阳能干燥器、太阳能远红外干燥器和太阳能振动流化床干燥器等多种形式。太阳能干燥已被广泛应用于农副产品加工和橡胶、瓷器,制鞋等工业产品的生产,实践证明,是一种行之有效的干燥方法。

十二、太阳能水泵系统

太阳能水泵系统是近年来迅速发展起来的光机电一体化系统,其基本原理是利用太阳能电池板构成阵列后,把太阳能直接转变为电能,然后驱动各类电动机带动高效节能水泵从深井和江、河、湖、塘等水源提水。因其具有无噪声、全自动(日出而作,日落而停)、高可靠、供水量与蒸发量适配性好(天大旱,它大干)等许多优点,已被世界各地特别是亚、非、拉及中东地区等发展中国家广泛应用。太阳能水泵与柴油机水泵相比具有良好的经济性。柴油机水泵早期投资较为节省,但随着运行年数的增加,其维护费用将不断增加。太阳能水泵寿命可达20多年,具有运行费用低和少维护或免维护等优点,十年以后,柴油机水泵的水成本将是太阳能水泵的水成本的2倍还多,两者的盈亏平衡点大约在3年左右。我国西部地区严重缺水,一些可用地面被逐渐沙漠化。但那些地方的地下水却很丰富,仅新疆的地下水资源就达1000亿立方米之多,相当于两条黄河的蓄量。如果把这些地下水提升到地面,可使大片戈壁和沙漠改变面貌。太阳能水泵系统的推广应用不仅对解决土地沙化、植被减少等生态环境的恶化有较好的改善作用,并且可对边防、哨所、海岛站点、自然保护区等高度分散点人员的用水和生活、工作用电提供有效的保证。


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