• 太陽能綜合利用
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    一、太陽和太陽能

            太陽是一個熾熱的氣態球體,它的直徑約為1.39×106km,質量約為2.2×l027t,為地球質量的3.32×105倍,體積則比地球大1.3×106倍,平均密度為地球的1/4。其主要組成氣體為氫(約80%)和氦(約19%)。
     
            由于太陽內部持續進行著氫聚合成氦的核聚變反應,不斷地釋放出巨大的能量。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量(約為3.75×1026W)的22億分之一,但已非常大。太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤的能量。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能以及部分潮汐能都是來源于太陽;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能。太陽能既是一次能源,又是可再生能源。它資源豐富,既可免費使用,又無需運輸,對環境無任何污染。
     
    二、太陽能的優點
     
            1、太陽能十分巨大 
            地球每小時從太陽獲得的太陽能量有6.1×1020焦。目前全球年總能耗約110億噸標準煤(中國30億噸),約為半小時太陽照射到地球上的能量。
     
            2、太陽能供應時間長久
            根據科學家推算,太陽像現在這樣不停地向外輻射能量,還可以維持50億年以上。對于人類來說,太陽能可以說是一種取之不盡,用之不竭的永久性能源。
     
            3、太陽能分布廣闊,獲取方便
            只要太陽能照到的地方,就有太陽能,不用專門去尋找;只要用東西接收就可以,不需要挖掘開采。
     
            4、使用太陽能安全、不污染環境
            太陽能是最干凈的能源,開發、利用太陽能不會給我們帶來污染。 

    三、人類直接利用太陽能有兩條途徑
     
            1.把太陽能轉化成內能以供利用
            用太陽爐、太陽能熱水器等裝置把太陽能轉化成內能來做飯、燒水等,也可用集熱器把水加熱,產生水蒸氣,再推動汽輪發電機發電——這就叫太陽能熱電站。
     
            2.通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化成電能
            用硅光電池——也叫太陽能電池,把太陽能直接轉化成電能。太陽能電池的應用已很廣泛,像人造衛星上的電源、太陽能汽車上的電源,小型電視機、計算器上的電源,城市道路路燈的電源等都可用太陽能電池,我國還用太陽能電池做航標燈的電源等。

    四、廣泛利用太陽能的困難 
     
            1.太陽能雖然十分巨大,但它太分散。經計算,垂直投射到地面每平方米面積上的太陽能只有幾百瓦,所以要大規模開發利用太陽能必須設置龐大的收集和轉換能量的系統,目前造價還比較高,影響推廣。 
     
            2、太陽能不穩定。由于地球的自轉和氣候、季節等原因,太陽能的功率變化大,不穩定,給正常連續地使用造成困難 。
     
            3.目前太陽能轉換器的效率不高。光熱轉換的效率為50~60%,而光電轉換的效率只有10%左右.所以還要下大力氣研制高轉換效率的材料。 
     
    五、在我國廣闊富饒的土地上,有著十分豐富的太陽能資源。
     
            全國各地太陽年輻射總量達335-837KJ(千焦)/cm2 ,中值為586KJ(千焦)/cm2 。全國2/3以上的地區,年輻射總量大于586 KJ(千焦)/cm2,年日照時數超過了2000H(小時)。
    從全國太陽年輻射總量的分布來看,內蒙古中西部地區處于二類地區,僅次于一類地區的青藏高原、甘肅北部、寧夏北部和新疆南部等地。全年日照時數為3000-3200小時,年輻射量為586-670  KJ(千焦)/cm2 ,相當于200-225kg標煤燃燒所發出的熱量。我區中西部地區屬于我國太陽能資源豐富或較豐富地區。我區中西部地區地域遼闊,推廣太陽能綜合利用,具有非常有利的條件。

    六、太陽能綜合利用主要包括:供熱采暖、熱水、制冷、發電等
     
            1、太陽能供熱采暖系統是指將太陽能轉換成熱能,供給建筑物冬季采暖的系統。
            太陽能供熱采暖系統由太陽能集熱器(平板太陽能集熱器、真空管太陽能集熱器、U型管太陽能集熱器、熱管太陽能集熱器等)、蓄熱系統(水箱)、連接管道、控制系統、輔助加熱系統等構成。它將分散的太陽能通過集熱器,把太陽能轉換成熱水,將熱水儲存在水箱內,然后通過輸送管道把熱水輸送到發熱末端(例如:地板輻射采暖、散熱器采暖),提供熱量滿足人們采暖的需要。
     
            2、在夏季需要制冷的季節將太陽能熱水提供給吸收式制冷機,加熱溴化鋰溶液并使溶液形成汽態,蒸汽進入冷凝器中,又被冷卻介質冷凝成液態,利用汽態與液態的吸放熱原理產生冷水,再通過管道將冷水輸送到末端(例如:地板輻射盤管),滿足人們降溫的需要。
     
            3、生活熱水是利用太陽能直接產生的熱水,滿足人們日常洗浴及其他對熱水的需要。
     
            4、太陽能熱發電:主要是把太陽的能量聚集在一起,加熱驅動汽輪機發電。
            熱水低溫發電的工作原理同汽輪發電機相同,只是常規的汽輪發電機使用的介質是水,而熱水低溫發電機使用的是有機介質。利用有機介質低沸點特性(35-65℃蒸發),當余熱溫度大于介質蒸發溫度時,有機介質在蒸發器內汽化,變為具有一定壓力的氣體,推動螺桿膨脹機做功,螺桿機拖動發電機發電。做功后氣體的溫度和壓力降到效率最低點,經冷凝器冷凝為液體,泵入蒸發器,完成一個做功循環。
     
            5、太陽能光伏發電:將太陽能電池組合在一起,大小規模隨意。可獨立發電,也可并網發電。

    七、隨著科學技術的進步,太陽能應用也將越來越廣泛
     
            專家預測,到2050年,全世界消耗電量的1/4將由太陽能發電提供;到21世紀末,可能會達到50%以上。到那時候,人類居住的房屋將發展成金字塔型。因為外壁用“非晶硅太陽能磚”砌成的這種形狀的住宅,可用最大面積采光發電,并用高效的貯電裝置貯存起來供人們使用。人類將在宇宙空間建設大型的太陽能發電廠,衛星上的電能將通過微波輸電設備,源源不斷地送回地球,且損耗率低于2 ‰,人們再也不用為地球上能源枯竭和污染問題而發愁。產生工業三廢(廢水、廢氣、廢渣)的大批火力發電廠也將退出歷史舞臺。人們綜合利用太陽能的領域和范圍將更加廣闊,人類的家園將更加美好。
     
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