太阳能的综合利用_太阳能论文

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一、太阳能简介

太阳是一个巨大的炽热球状体,直径大约为1.39×千米,为地球直径的109倍,质量为2.2×吨,是地球质量的33.2万倍,太阳上具有氢、氦、氧、碳、氮、氖等60多种元素,其中主要元素为12种,氢含量占50%以上。太阳所发生的巨大光和热(能源)是因为其内部氢发生核聚变,释放出巨大的太阳辐射能,其次是氦元素的裂变反应释放出的大量辐射能。太阳每秒钟释放出的能量大约为3.79×瓦,相当于一秒内爆炸几百亿颗百万吨级的氢弹释放出来的能量,或者相当于1.32×吨标准煤释放出的能量。太阳不断地辐射能量,也不断消耗氢,但是太阳中氢含量极为丰富,按目前太阳热核聚变的耗氢速率估算,还足够维持60亿年。

太阳能作为一种新能源,与常规能源相比有三大优点:

第一,是人类可以利用的最丰富的能源。具有在自然界不断生成,并得到有规律补充的特点。据估计,在过去漫长的11亿年中,太阳仅消耗了它本身能量的2%,可以说是取之不尽,用之不竭。

第二,地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用价值。

第三,太阳能是一种清洁安全的能源,在开发和利用时,不会产生废渣、废水、废气,也没有噪音,不会给空气带来污染,更不会影响生态平衡。

二、我国太阳能资源状况

我国的太阳能资源十分丰富,全国各地平均年辐射总量大约在3.3~8.4×千焦/。我国大陆上太阳能资源分布特点是西部多于东部,南部大部分地区少于北部;与同纬度的其他国家和地区相比,与美国相近,比欧洲、日本优越得多,我国太阳能资源的理论储量达每年17000亿吨标准煤。

我国主要地区的太阳能资源状况与国外相当地区的对比

三、太阳能利用的基本方式

太阳能利用基本方式可以分为如下4大类:

1、光热利用

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加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置,主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同,将太阳能光热利用分为低温利用(<200℃、中温利用(200~800℃)和高温利用(>800℃)。目前,低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等;中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等;高温利用主要有高温太阳炉等。

2、太阳能发电

未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。

①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽,然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换,后一过程为热—电转换。②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能,它的基本装置是太阳能电池。

3、光—化转换

即利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。

4、光生物利用

通过植物的光合作用将太阳能转换为生物质的过程。目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻等。

四、太阳能利用前景

太阳能资源是风能资源的100倍。有专家分析,如果将地球表面0.1%的太阳能转变为电能,转变率为5%,每年的发电量相当于目前世界能耗的40倍左右。光伏建筑一体化是目前世界各国在城市建筑中大规模利用光伏发电技术的热点。我国现有大约400亿平方米的建筑面积,屋顶面积达40亿平方米,加上南立面大约50亿平方米的可利用面积。如果这些建筑中有20%安装太阳能电池,其安装量可达100GWp,市场潜力巨大。

太阳能是资源最丰富、清洁绿色的可再生能源,太阳能光伏发电等开发利用技术是能源高新技术,具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。充分利用太阳能有利于促进人与自然的和谐发展。太阳能的综合利用,不仅意义重大,而且前景广阔。

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