太阳能利用技术_刘利生主编.pdf

书书书太阳能利用技术农家书屋必备书系第愿卷目摇录第一章摇 太阳辐射基础知识（员）!摇 摇 第一节摇 能源及其分类（员）!摇 摇 第二节摇 太阳及太阳辐射能（源）!摇 摇 第三节摇 我国的太阳能资源（员园）!第二章摇 太阳灶（员圆）!摇 摇 第一节摇 太阳灶分类及结构（员圆）!摇 摇 第二节摇 箱式太阳灶（员源）!摇 摇 第三节摇 聚光式太阳灶（员苑）!摇 摇 第四节摇 太阳灶的壳体材料和反光材料（圆员）!摇 摇 第五节摇 太阳灶的技术要求和安装使用及维护（圆源）!第三章摇 太阳能热水器（圆愿）!摇 摇 第一节摇 平板型集热器的结构型（圆愿）!摇 摇 第二节摇 真空太阳能集热管（猿圆）!摇 摇 第三节摇 真空管太阳能集热器的构成（猿愿）!摇 摇 第四节摇 平板型太阳能热水器（猿怨）!摇 摇 第五节摇 真空管太阳能热水器（源猿）!摇 摇 第六节摇 闷晒式太阳能热水器（源远）!摇 摇 第七节摇 家用太阳能热水器的安装（源愿）!摇 摇 第八节摇 太阳能热水器系统的类型及循环方式（缘园）!员农村实用技术常识农家书屋必备书系第愿卷摇 摇 第九节摇 太阳能热水器辅助电加热系统（缘员）!摇 摇 第十节摇 太阳能热水系统的安装（缘猿）!摇 摇 第十一节摇 水泵的安装（缘远）!摇 摇 第十二节摇 热泵技术（缘怨）!摇 摇 第十三节摇 设置系统的运行参数（远圆）!第四章摇 太阳能温室（远苑）!摇 摇 第一节摇 太阳能温室分类（远苑）!摇 摇 第二节摇 太阳能温室设计（苑园）!摇 摇 第三节摇 竹木结构太阳能温室概况（苑远）!摇 摇 第四节摇 竹木结构太阳能温室的施工（苑苑）!摇 摇 第五节摇 塑料大棚的施工（愿员）!摇 摇 第六节摇 钢木结构太阳能温室（愿源）!摇 摇 第七节摇 卷帘机的维修（愿远）!圆书书书太阳能利用技术农家书屋必备书系第愿卷第一章摇太阳辐射基础知识第一节摇 能源及其分类一、能源的概念能源指人类获取能量的来源，是可以直接或通过转换提供人类所需的有用能量资源，包括已开采出来可供使用的自然资源与经过加工或转换的能量来源。人类利用自己体力以外的能源是从用火开始的。世界上一切形式的能量的初始来源是核聚变、核裂变、放射性源以及太阳系行星的运行。太阳的热核反应释放出极其巨大的能量，射到地球大气层的辐射能量为苑援 圆愿 伊员园员源千焦。这种辐射能实际上为地球和太空提供用之不竭的能源。太阳的热效应产生风能、水能和海洋能，以及煤炭、石油、天然气等，化石燃料也是间接来自太阳能。生物质能是植物通过光合作用吸收的太阳能。太阳系行星的运行产生潮汐能。二、能源的分类世界上的能源可以分为 员园 余种类型：化石能源（煤炭、石油、天然气）、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能、氢能、潮汐能和受控核聚变。这些是能源的基本形式。根据员农村实用技术常识农家书屋必备书系第愿卷管理和研究工作的需要，可以从不同的角度对能源进行分类。员援 可再生能源与不可再生能源在自然界可不断再生并有规律地得到补充的能源，称之为可再生能源。经过亿万年形成的，短期内无法恢复的能源，称之为不可再生能源，它随着大规模地开采，储量越来越少，总有枯竭之时。圆援 常规能源与非常规能源（新能源）在一定历史时期和技术水平下，已被人们广泛应用的能源，称之为常规能源。如许多古老的传统能源、太阳能、风能、生物质能等，若采用先进的方法加以广泛利用，以及用新的先进技术利用的能源，如氢能等，称之为新能源。猿援 商品能源与非商品能源（传统能源）这是以经济流通领域中的地位加以区分。商品能源是指进入市场用货币进行交易的能源，如煤炭、石油及其制品、焦炭、电力等。非商品能源是指那些一般不通过市场交易的能源，如某些传统能源，秸秆、薪柴、牲畜粪便等。虽然它们有时在当地市场上也有买卖，但规模很小，也未将其列入正式商品，称为非商品能源。源援 一次能源与二次能源自然界现成存在，可直接取得而又不改变其基本形态的能源称为一次能源，或称初级能源。由一次能源经过加工转变成另一种形态的能源产品称作二次能源，也称次级能源。缘援 农村能源农村能源这个名词不是能源分类学上的一个概念，它是按能源管理工作划分的名称。其研究对象和内容是指农村当地各种自然资源的开发和利用，包括农村地区商品能源的供应和消圆太阳能利用技术农家书屋必备书系第愿卷费；能源技术应用、推广；能源使用中的管理；能源技术和产品的服务社会化和市场化问题等。因此，农村能源是个涵义很广的概念。三、能源利用各种能源的另一个共同属性是其都含有能。在一定的条件下能都可转化为热。这就是各种能源使用、替代及相互间进行物理或化学转化过程时所依据的基本属性。因而，很自然地选用各种能源所含的热量，作为统计计量的通用单位。在用热量作为通用单位时有两种方法：一种是直接应用热量单位；另一种是折合成某种燃料当量作为通用单位（称为“标准煤”或“标煤”）。因为我国能源以煤为主，多年来均沿用此单位。我国规定每千克煤当量为圆怨援 猿 兆焦。员怨远怨 年国际计量委员会建议废除卡作为热量单位，采用国际单位制（杂陨）中的焦耳作为能、功和热的单位。其定义为 员 国际安培电流在 造 国际欧姆电阻上 员 秒钟内消耗的电能。采用国际统一单位，在保证信息传递的一致性和准确性方面有很大好处，可以避免混乱，节省大量人力、物力。为了向国际标准单位过渡，许多国家和国际组织在采用其他单位的同时，也应用了这个单位。我国国家标准局发布的国家标准中对此也做了相应规定。我国现已正式推行以国际单位制单位为基础，同时选用了一些非国际单位制的单位，构成了“中华人民共和国法定计量单位”（简称法定单位）。法定单位中的能量单位为焦（焦耳）。完全燃烧一个单位的燃料所发出的热量，称为燃料的发热量或热值。燃料发热量分高位发热量和低位发热量。高位发热量指燃料的最大可能发热量。因为燃料中含水和燃料燃烧后生猿农村实用技术常识农家书屋必备书系第愿卷成的水都要吸收热量并汽化，汽化的水蒸气将随排烟进入大气，汽化潜热就不可能被利用。因此，在高位发热量中扣除其汽化潜热后就是低位发热量。在计算中，一般都用低位发热量作为燃料的热值。燃料发热量的大小决定于燃料中碳、氢的含量。其数值一般由试验测定。热值的单位用千焦辕 千克、千焦辕 米猿或标准煤等。第二节摇 太阳及太阳辐射能一、太阳太阳是距地球最近的一颗恒星。它是一个巨大的炽热球状体，直径大约为 员援 猿怨 伊员园远千米，是地球直径的 员园怨 倍。太阳的体积为 员援 源员 伊 员园员愿千米猿，是地球的 员猿园 万倍。它的质量为 员援怨愿圆 伊员园圆苑吨，比地球质量大 猿猿援 猿 万倍。而它的平均密度约为员援 源员 克辕 厘米猿，只为地球平均密度的 员辕源。太阳的主要组分是氢和氦等多种元素，其中氢含量约为 愿员豫，氦的含量为 员苑豫。二、太阳能资源的特点太阳能作为一种能源，与煤炭、石油、天然气、核能等矿物燃料相比，具有以下明显的优点：员援 普摇 遍太阳光普照大地，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且不需要开采和运输。源太阳能利用技术农家书屋必备书系第愿卷圆援 无摇 害开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。猿援 巨摇 大每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 员猿园 万亿吨标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。源援 长摇 久根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。太阳能资源虽然具有上述几方面常规能源无法比拟的优点，但作为能源利用时，也有以下缺点：（员）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向 员 米圆面积上接收到的太阳能平均有员 园园园瓦左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。（圆）不稳定性：因为受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，因而到达某一地面的太阳辐照度，既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用。但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。缘农村实用技术常识农家书屋必备书系第愿卷（猿）效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，某些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高。总的来说，其经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。至于太阳能利用中的经济性问题，还必须考虑下列两种因素：一是世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的储量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。二是我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的 苑远豫，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。三、太阳辐射能太阳所发出的巨大的光和热是其内部核反应所产生的。根据理论计算，太阳内部小于 园援 圆猿 的太阳半径以内的区域是一个高温、高压的产能核心。这里的温度大约 员 缘园园 万益，占有太阳全部质量的 源园豫，为其体积的 员缘豫，产生能量的 怨园豫。在此区域内，太阳拥有的最丰富的元素一氢，发生核聚变，释放出巨大的能量。远太阳能利用技术农家书屋必备书系第愿卷太阳不停地向宇宙空间各个方向均匀地发射其内部产生的能量，其总量平均每秒钟即达 源援 园缘 伊员园圆远焦耳，相当于每秒钟烧掉 员援 猿圆 伊员园员远吨标准煤所放出的热量。太阳不断地辐射能量，也不断地消耗氢，但是太阳中氢的含量极为丰富，按目前太阳热核聚变的耗氢速率估计，还足够维持上百亿年。因而，太阳称得上是一个取之不尽，用之不竭的永久性能源库。根据理论推算，地球大气上界每秒钟所接受的太阳能仅为太阳总辐射能的 员辕圆圆 亿分之。尽管如此，每秒钟也有 员援 苑远缘 伊员园员苑焦耳之多的辐射能，折合标煤约 远园园 万吨，也相当于 员援 苑圆猿伊员园员苑瓦的功率。由此可知，地球每年接受来自太阳的能量约为 员援 缘员 伊员园员愿千瓦时，此数值是目前全世界每年消耗的总能量的数万倍。实际上，真正到达地球表面的太阳辐射能只有 愿援 缘伊员园员远瓦左右。到达地球表面的太阳辐射能大体分为三个部分：一部分转变为热能（约 源援 园 伊 员园员远瓦），使地球的平均温度大约保持在员猿益，造成适合各种生物生存和发展的自然环境，同时使地球表面的水不断蒸发，造成全球每年约 缘园 伊员园员远千米猿的降水量。其中大部分降水落在海洋中，少部分落在陆地上，这就是云、雨、雪、江、河、湖形成的原因；太阳辐射能中还有一小部分（约有猿援 苑 伊员园员源瓦）用来推动海水及大气的对流运动，这便是海流能，波浪能，风能的由来；还有更少一部分（约 源 伊员园员猿瓦）的太阳能被植物叶子的叶绿素所捕获，成为光合作用的能量来源。太阳在单位时间内以辐射形式发射出的能量称太阳的辐射功率，也叫辐射通量，它的单位是瓦特（宰）。投射到单位面积上的辐射通量叫辐照度，单位是瓦辕 米圆（宰辕 皂圆）。苑农村实用技术常识农家书屋必备书系第愿卷从单位面积上接收到的辐射能称为曝辐射量，单位为焦耳辕米圆（允辕 皂圆）。四、太阳辐射光谱太阳以光辐射的形式将能量传送到地球表面，但因为地球大气层的存在，到达地面的太阳光谱与大气上界的太阳光谱有所不同，其辐射光谱