太阳能利用技术

太阳能利用课程讲义

第一章：太阳能的基本知识

太阳的内部构造：

太阳外部有“外三层”，依次为光球层、色球层和日冕层。 太阳能利用的特点

优点：普遍性、洁净性、数量大、长久性。 局限：不稳定、强度弱、不连续。

我国的太阳能资源分布：由西向东，逐渐减少。 太阳能的利用方式有：

光能→化学能、光能→热能、光能→电能、光能→生物质能

第二章 太阳能集热器

太阳能集热器定义：吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置 太阳能集热器的分类

? 按集热器的传热工质类型分：液体集热器、空气集热器

? 按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分：聚光型集热器、非聚光型集热器 ? 按集热器是否跟踪太阳分为：跟踪集热器、非跟踪集热器 ? 按集热器内是否有真空空间分为：平板型集热器、真空管集热器 ? 按集热器的工作温度范围分为：低温集热器、中温集热器、高温集热器 平板型太阳能集热器

? 定义：太阳能热利用系统中，接收太阳辐射并向其传热工质传递热量的非聚光型部件。其中吸热体结构基本为平板形状 。

1、平板型太阳能集热器组成

?

主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。

2、平板式集热器特点

?

平板集热器结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强、吸热面积大等特点，最有利于实现太阳能系统与建筑结合； ?

采用回流排空技术，平板集热器太阳能系统可以方便地解决防冻和防过热等技术难点； ?

高效平板集热器太阳能系统在同等面积前提下与真空管太阳能系统相比，可以提供更多生活热水；

3、平板型太阳能集热器的工作原理 ? 基本能量平衡方程

?

在单位时间内，集热器吸收的太阳辐射能等于同一时间内集热器损失的能量、集热器输出的有用的能量和集热器本身热容变化量之和。 ?

能量平衡关系数学方程

?

真空管型太阳能集热器

定义：真空管集热器是将单根真空管装配在复合抛物面反射镜的底面，兼有平板和固定式聚光的特点，它能吸收太阳光的直射和80%的散射。 真空管型太阳能集热器特点

?

热管式太阳能集热器热管的热容极小，在多云间晴的低日照条件下能迅速起动，有效收集热量。所以即使对于日照条件不太高的地区也可有效使用，应用地域很广；

? 由于被加热的工质不直接流入真空管内，所以系统管路可承受较高工作压力（≤6kg/cm2），承压能力很强；

? 热管式太阳能集热器采用热管传热技术，集热管内无水，不会因高寒地区气温过低而冻破集热管，从而影响使用，而且因管中无水，若一支热管破损，不会影响整机工作。

? 热管式传热方式使系统即便在-50℃的气温条件下仍能正常运行，而且具有抗直径25mm以下冰雹冲击的能力；集热器为单元式结构，便于搬运、安装。当系统中某根真空管需要维修时，可在不妨碍系统运行的情况下进行更换，安装维修很方便。

? 另外水压高，冷凝端换热，特别适用集体系统的应用；热效率高，闷晒温度达250 ℃，工作温度为70-120 ℃。由热管式真空管构成的太阳能集热器具有热效率高和工作温度高的优点

? 不仅可以用于太阳能热水，还可用于公用热水、太阳能采暖、太阳能空调、热泵系统、海水淡化、医用杀菌，等诸多领域。

? 与传统集热器比较，具有以下优点：

?

(1)用热管传输热量，可避免普通集热器存在的集热管冬天晚间结冰问题。 ?

(2)由于重力辅助热管的“热二极管”的作用，热量只能从吸热板向换热器输送，能防止晚上或阴天时的倒流散热。 ? ?

(3)热容小，启动性能好。

(4)热管式真空管集热器兼有平板型与玻璃真空管平板型集热器的优点

? 2.4.3 真空管型太阳能集热器的数学模型 ? 假设条件

? ? ? ?

（1）忽略真空管内空气对流和传导热损失； （2）真空管玻璃外壳与周围环境的传热系数为常数； （3）真空管总热损系数UL在一定温度范围内为常数； （4）忽略热管管壁、导热块和集管管壁的传导热阻；

? （5）忽略吸热板与热管蒸发段之间以及导热块与热管冷凝段、集管之间的接触热阻；

? （6）热管内传热介质蒸汽的湿度均匀一致。

? 根据能量守恒定律，单位时间内集热器得到的有用能量等于集热器吸收的太阳辐射能量减去集热器向周围环境散失的能量，即

? ?

Q u ? S l （2-1） ? Q式中S—单位时间内太阳辐射总量，Qu—单位时间内集热器得到的有用能量，QL—单位时间内集热器热损失量，W ? ?

将S和QL的数学表达式代入式（2-1）可得

?A UT L(a)e p Q u ? A p I ??? ? T p ? (2-2)

? 集热器效率可定义为集热器得到的有用功率与投射到集热器上的太阳辐射功率之比，即

??u? A s I (2-3) ?

将式（2-2）代入式（2-3），得到热管式真空管集热器的瞬时效率方程 (2-4)

Ap?Tp?Ta????????e?UL?As?I?Q? 真空管集热器的总热损失系数UL是真空管热损失系数Ut和保温盒热损失系数Ub之和。

?

? U U L ? U b (2-5) t

? 效率因子F’

?

在某些情况下，热管式真空管集热器的瞬时效率方程需用热管温度Th表示 ?

?Ap?As??Th?Ta?F'???U????eLI???????F’的物理意义是：集热器实际的有用能与假想吸热板温度为热管温度时有用能量之比。

?

12tanh?mW?D2???U????F?m??L? m?W?D?2????? 式中： W—吸收板宽度，m；D—热管蒸发段外径，m

F’的表达式：

λ—吸热板导热系数，W/m.℃；δ—吸热板厚度，m

? 热转移因子FR

?

如果用集管工质进口温度Ti表示热管式真空管集热器的瞬时效率方程，则有 ? ?

?Ap????As??Ti?Ta?F???U???R?LeI????式中Ti—集管工质进口温度，℃

FR其物理意义是集热器实际的有用能与假想吸热板温度为工质进口温度时的有用能之比。

? 为了推导FR，在忽略热管管壁、导热块和集管管壁的传导热阻以及它们之间接触热阻的前提下，可以认为沿集管流动的工质是处于等壁温Th加热状态之下。

第三章 太阳能热水器

? 基本结构

?

由太阳能集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。

? 工作原理

?

是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水储存。

? 集热器管的结构（和第二章内容有关联）

?

最重要的集热器，使用了真空集热管。它用双层玻璃构成，内表镀上热吸收层，能充分吸收太阳光，就如保温瓶胆的内部结构。 ?

两层之间为真空，防止和减少管内外的热对流。

? 保温水箱是采用双层不锈钢板构成，主要是坚固防锈。中间是聚氨酯整体发泡的保温体，能有效地保持水温。

太阳能热水器类型及原理 按使用分类

?

分为节令性热水器、整年性热水器以及有帮助热源的全天候太阳能热水器。

按集热器原理和结构

?

分为平板型热水器和真空管热水器

按工质流动方法差别

?

分为闷晒型、轮回型和直流型三种。

全玻璃管式太阳能热水器

?

按照热介质的差别又可分为全玻璃真空管集热器和热管真空管玻璃金属联合集热器两种。 ?

它们的首要关键部件是真空集热管或热管真空集热管。

依据工作原理可分为落水式和承压式

?

落水式： 将储水罐中的水加热后一次性排除再补充冷水。

? 好处：排放热水时不会有冷水的干扰

? 劣势：出水量小，称之为水流不冲，国内大多为落水式。

?

关于承压式的优点：

? 优点——随着热水的使用，冷水逐步补充到储水罐中，此运行模式导致水压较大，消费者可以明显感受到水流很“冲”，淋浴酣畅淋漓；结构简单，水质要求低

根据运行方式不同，可分为自然循环方式、直流方式和强制循环方式。 （一）自然循环式太阳热水系统

?

原理：热虹吸作用（密度差）

?

?

自然循环的技术要求：

? 为确保一定的热虹吸压头和防止夜间反循环，蓄热水箱底部必须高于集热器顶部，其高差一般为 0.3～0.5m； ? 连接集热器和蓄水箱的循环管路，应按热水上升冷水下降的方向设计流水坡度，其坡度一般为 1/100，绝对禁止出现反坡；

? 集热器的上循环管进入蓄水箱的入口位置应低于水箱水面 3～5cm，否则无法循环；

? 集热器面积比较大时，集热器应考虑以并联为主，尽量避免采用串联；

? 为减少管道的流动阻力，循环管路越短越好，拐弯处越少越好。

（二）强制循环式太阳热水系统

?

工作原理：

? 它是利用温差控制器来控制水泵的开关，当集热器顶部的温度和水箱下部水温之差达到预定数值时，水泵开始运行，否则水泵关闭。逆止阀的作用是防止水倒流。排气管的作用和自然循环系统的排气管作用一样。

?

强制循环系统的技术要求：

? 水箱安装位置无须高于集热器，可根据需要安放在任何地方；该系统的运行可靠性主要取决于控制器和水泵的可靠性，因此应选择高质量的产品；这种循环系统需要消耗少量的电能。

?

具体系统简介：温差控制直接/间接强迫循环太阳热水系统

? 间接和直接强迫循环系统的区别，就是在水箱内增加一个换热器。集热器内可以充装防冻介质，解决防冻问题。 ? 膨胀箱的作用是为了使防冻介质在加热或冷却时有一个膨胀和收缩的空间，以免造成过压或潜在真空而损坏系统。

? 定时器控制直接强迫循环太阳热水系统（该系统的特点是人为地设置时间来启动或关闭系统的循环。）

? 光电控制直接强迫循环太阳热水系统（太阳光电池板接受日照后产生直流电，系统由直流电驱动水泵的运行。当日照好时，系统启动运行；无日照或日照差时，系统不运行。）

（三）直流式太阳热水系统

?

工作原理

? 当集热器上部的电接点温度计达到预定的温度（如 45℃）时，控制器就启动电磁阀，自来水就将集热器内的热水顶入水箱。当集热器上部的温度低于预定的温度时，电磁阀关闭。通过一天的间断运行，进水箱的水均为 45 ℃左右的热水。

? 技术要求：

? 水箱位置可根据需要安放在任何地方；系统运行的可靠性主要取决于电接点温度计、控制器及电磁阀的可靠性；水箱应有足够的富裕量，否则当日照好的时候，因水箱容量不够而造成热水外溢。

真空管式热水器工作原理

? ?

工作流程：真空管吸热—微循环—保温水箱—测控制系统—用户。 工作原理：

? 真空管式太阳能热水器利用真空管集热，最大限度地实现光热转换，经微循环把热水传送到保温水箱里，通过专用管路至用户。

? 控制系统把自来水通过控制阀、控制仪等送至太阳能热水器以达到自动化控制。辅助电加热装置安置在水箱里，以备阴、雨、雪天使用，节电90%并自动化运行。

热管承压式热水器工作原理

? ?

工作流程：真空管吸热—热管传导热—保温水箱—控制系统—用户。 工作原理

? 热管承压式太阳能热水器，利用真空管集热，内置¤型翅片，把高温环境中的热量传给热管、热管迅速将热量传入水箱，特别在多云、辐射强度低的情况下，启动传热快。

? 经连续测试，热管式太阳能热水器日平均热效率高达56%。 ? 传热元件—热管技术参数规格：φ8×1520。

太阳能热水器的设计

（一）太阳热水系统的技术要求

?

太阳热水系统应具有防冻、防雷击、抗风、抗冰雹、抗震和防噪声干扰等功能。 ?

太阳热水系统必须符合建筑构件标准及设计、安装和施工规范的要求，不得损害或破坏建筑屋面和维护结构的功能、外形，并尽量与其相互融合。 ?

太阳热水系统应达到国标所要求的热性能指标。供热水温度应≥40℃，每平方米采光面积的每天得热量应大于 7.65MJ（当日太阳辐照量为 17MJ/m2 时），相当于日效率大于 45％。热损系数应低于5W/m2.℃。

（二）太阳热水系统集热面积的确定——按照公式进行计算

（三）蓄水箱容积的确定

? 蓄水箱的容积应稍大于日平均出水量。因为日平均出水量是按年平均计算的，考虑到夏季产热水量要多，故需要蓄水箱的容积有足够的余量，一般按日平均出水量的120～130％设计。

（四）太阳热水系统形式的选择

?

根据不同系统（自然、强迫、直流）的特点进行选择

（五）集热器的选择

?

设计施工单位应向用户介绍各种产品的特点，并根据用户的需要、地理位置和报价等条件选择和确定集热器。

（六）太阳热水系统的保温

?

为了提高太阳热水系统的热效率，水箱和管路应选择性能良好的保温材料，保温层要保持一定的厚度。 ? ?

常用的保温材料有聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、岩棉等。

保温层的密封好坏及“热桥”对保温效果影响较大，因此，保温层不要有空隙和漏洞，不要出现水箱、管路与导热体直接接触或暴露的“热桥”，这个问题对于在冬季运行的系统尤为重要！

（七）太阳热水系统的施工与安装

? ? ? ?

首先确定集热器安装倾角；

其次计算集热器前后不遮阳的最小距离； 选择集热器安装连接方式； 集热器连接设计时的注意要点：

? 自然循环系统的集热器应尽可能采用并联方式； ? 强制循环系统的集热器可采用并联、串联和混联方式； ? 采用并联方式连接时，各组集热器数量应相同，利于各组的流量均衡；

? 集热器的进口和出口必须是呈对角线位置安排； ? 集热器安装时要考虑防风处理。

第四章 太阳房

太阳房的原理与类型 ? 原理

? ?

太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面

把房屋看作一个集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起；采暖主要利用南坡屋面的铁板吸收太阳能，加热从屋外引进的冷空气。 ?

当通过屋项最高处的玻璃板时，空气温度被大幅度抬升，将通气层内的热空气吸过来聚集到热气通道里，然后通过控制箱送到地板下面贮存起来，并从靠墙的地板风口流出来，太阳下山后，风扇会自动停止转动，控制箱内的风门会自动关闭，避免室外的冷空气流入室内，贮存在地板下的热量也慢慢释放出来，使室温下降速度减慢，使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能，从而达到取暖的效果。

? 类型

? ? ?

主动太阳房 被动太阳房

热泵式太阳能采暖系统

主动太阳房

?

组成：主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。 ? ?

它需要热交换器、水泵和风机等设备，电源也是不可缺少的。 因此这种太阳房的造价较高。但是室温能主动控制，使用也很适宜。

无辅助锅炉的主动式太阳房

被动太阳房

被动式太阳房的示意图

被动式太阳房特点

?

主要根据当地气候条件，把房屋建造得尽量利用太阳的直接辐射能，它不需要安装复杂的太阳能集热器。 ?

更不用循环动力设备，完全依靠建筑结构造成的吸热、隔热、保温、通风等特性，来达到冬暖夏凉的目的。 ? ? ?

因此，相对而言，被动靠天，亦即人为的主动调节性差。 在冬季遇上连续坏天气时，可能要采用一些辅助能源补助。 正常情况下，早、中、晚室内气温差别也很大。

? 对于要求不高的用户，特别是原无采暖条件的农村地区，由于它简易可行，造价不高，人们仍然欢迎。

热泵式太阳能采暖系统 太阳能采暖系统

?

是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。

太阳能热泵原理图

? 热泵的构造和制冷机完全一样

? ?

同一台机器，如果目的是用来制冷，那么就叫做制冷机； 如果目的是用来供热，就叫做热泵。

? 太阳能热泵采暖系统

?

太阳能热泵采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热（10～20℃），然后通过热泵，将热量传递到温度为30～50℃的采暖热媒中去。 ?

冬季太阳辐照量较小，环境温度很低，集热器中流体温度一般为10～20℃，直接用于采暖是不可能的。 ?

使用热泵则可以直接收集太阳能进行采暖。将太阳集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器。这样，就可以得到较高温度的采暖热媒。这种采暖系统叫做直接式太阳能热泵。 ?

另一种系统是由太阳能集热器与热泵联合组成的，叫做间接式太阳能热泵。

? 太阳能热泵采暖系统主要特点

? ?

花费少量电能就可以得到几倍于电能的热量。

同时，可以有效地利用低温热源，减少集热面积。这是太阳能采暖的一种有效手段。 ?

若与夏季制冷结合，应用于空调，它的优点更为突出。

太阳房的评价方法 1.热性能评价

? 一般用太阳能保证率（SHF）、太阳房节能率（SSF）和热舒适度等指标

SHF?太阳房总净太阳能得热量%太阳房维持设计室温时的总耗热量 太阳房所需辅助热量太阳房总节能量=

对比房的热负荷对比房的热负荷? ? ?

SSF?1-热舒适度指标相关：采暖季或月的平均室温，室温的最大波动值、室温最低允许值、集热部件的热效率。

2.经济评价

?

偿还年限（N）：太阳房采暖较常规采暖多投资的部分，用每年的经济效益回收的年限表示 ?

N?lnB-ln(B-Ai)%

ln(1+i)? A——太阳房较对比房增加的初投资，元/m2； ? B——太阳房较对比房每年节省的费用，元/（m2?a）； ? i——年利率。

?

被动式太阳房性能的指标归类总结为热特性指标、节能指标和舒适度指标三大类

第五章：太阳能干燥

过程机理

?

利用热能使固体物料中的水分汽化并扩散到空气中去的过程，物料表面获得热量后，将热量传入物料内部，使物料中所含的水分从物料内部以液态或气态方式进行扩散，逐渐到达物料表面，然后通过物料表面的气膜而扩散到空气中去，使物料中所含的水分逐步减少，最终成为干燥状态。因此，干燥过程实际上是一个传热、传质的过程。 ?

按照传热和加热方式的不同，可分为四种：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥

太阳能干燥基本原理 ? 基本原理

?

利用热能，使固体物料中水分汽化，并扩散到空气中去的过程。是一个传热、传质的过程。 ?

使被干燥的物料直接吸收太阳能或通过太阳能集热器，所加热的空气的对流传热，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，以液态或气态方式扩散，使液态或气态方式扩散，使物料逐步干燥。 ?

这种过程得以进行的条件是必须使被干燥的物料表面所产生的水汽的压强大于干燥介质中的水汽的分压，压差愈大，干燥得愈迅速。常用的干燥介质是空气。

温室型太阳能干燥系统

?

温室型干燥器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。 ?

温室型干燥器一般都设有排风装置，排去含湿量大的空气，加快物料的干燥周期。这种干燥器结构简单，造价低廉。

基本结构

整个干燥过程可分为两个阶段：

?

（1）预热阶段 （2）排温阶段

适用范围：干燥温度较低、允许接受阳光暴晒 集热器型太阳能干燥系统 基本结构

集热器型干燥器

?

干燥器一般设计为主动式，用风机鼓风以增强对流换热效果。这种干燥器有以下一些优点：

(1)可以根据物料的干燥特性调节热风的温度；

(2)物料在干燥室内分层放置，单位面积能容纳的物料多； (3)强化对流换热，干燥效果更好；

(4)适合不能受阳光直接曝晒的物料干燥，如鹿茸、啤酒花、切片黄芪、木材、橡胶等。

集热器-温室热太阳能干燥系统 基本结构

?

集热器—温室型干燥器则是两种形式的结合。其温室顶部为玻璃盖板，待干燥物品放在温室中的料盘上，它既直接接受太阳辐射加热，又依靠来自空气集热器的热空气加热。 ?

这种干燥器干燥室与温室型干燥器相同，上面盖有透明玻璃盖板，室内设置料盘，工作时，将待干燥物品放在料盘上．

集热器—温室型干燥器

特点及适用范围

? ?

空气热量在干燥过程中利用比较充分，因此干燥效率比较高。 废气回收，使工质空气温含量增加的同时，空气循环量增加，较高的气流速度，不但可以补偿由于干燥推动力减少即造成的干燥过程速度下降，而且使干燥物料的质量得以保证。 ? ?

必须依靠动力设备才能保证废气回收的正常进行。

这种干燥系统可使干燥作业在空气相对温度范围变化不大情况下进行，而且干燥过程气温变化不大，干燥速度比较均匀，因此特别适合那些只能在湿空气下进行干燥的作业，如农产品、食品、橡胶、皮革

的干燥等。

整体式太阳能干燥器 工作过程及原理

?

装有物料的料盘排列在干燥室内，物料直接吸收太阳辐射能，起吸热板的作用，空气则由于温室效应而被加热。 ?

干燥室内安装轴流风机，使空气在两列干燥室中不断循环，并上下穿透物料层，使物料表面增加与热空气接触的机会。 ?

在整体式太阳能干燥器内，辐射换热与对流换热同时起作用，干燥过程得以强化。 ?

吸收了水分的湿空气从排气管排出，通过控制阀门，还可以使部分热空气随进气口补充的新鲜空气回流，再次进入干燥室减少排气热损失。

其它类型太阳能干燥器

?

如聚光型太阳能干燥型、远红外干燥器、振动流化床干燥器等。

第六章：太阳能温室

? 主动式太阳房（太阳温室）的概念

?

是通过改变普通被动式太阳房被动蓄温储热的特性，采取主动利用太阳能进行采温、供温、保暖与空调的办法来保障室内所需要的温度、湿度等各项指标的落实。 ?

运用太阳能设备，实现采温送暖及传输蒸汽等等并且配有自动装置，使农业生产实现现代化和自动化。

太阳能温室的类型 ? 根据温室的最终使用功能

?

温室可分为生产性温室、试验（教育）性温室和允许公众进入的商业性温室；

? 按建筑造型和布局分类

?

(1)按温室造型分类沿温室跨度方向，温室具有不同的立面造型，据此

可将温室划分为单坡面温室、双坡面温室。 ?

(2)按平面布局分类根据温室平面的不同布局和组合形式，温室又可分为单栋温室和联栋温室。

? 按温室主体结构材料分类

?

大体上可分为两大类，即金属结构温室和非金属结构温室。

? 按覆盖材料种类分类

?

温室可分为两大类，一类为薄膜型温室，另一种为硬质覆盖材料温室。

? 按加温方式和覆盖材料热阻进行分类

?

按加温方式和覆盖材料热阻的不同，温室可划分为连续加温温室、间歇加温温室和不加温温室三类。

温室主要性能及评价指标

? 透光率是评价温室透光性能的一项最基本的指标 ? 保温性能加温耗能

? 除了温室围护结构的保温热阻外，温室的保温比是一项最基本的指标。

?

温室保温比指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室围护结构覆盖面积和地面积之和的比。

太阳能温室的建造与管理 ? 太阳能温室的建造

?

温室地点的选择、温室的高度和跨度、温室的基础和墙体

? 太阳能温室的管理

? ? ? ?

温度：高低、温差、土壤温度；

光线：光照时间长短、光谱成分变化、辐射强度； 湿度：空气湿度和土壤湿度受天然降雨的影响； 通风：每天需要、保持温度、根据风向打开进出风口。

第七章：太阳能制冷与空调

? 优点：

?

太阳能空调基本不用电能，运行费用低（可无运行费用），无运动部件，寿命长，无噪声。 ?

越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温越高，人们的生活越需要空调，此时，太阳能空调的制冷能力就越强。 ?

使用太阳能空调的结果，既创造了室内宜人的温度，又能降低大气的环境温度，还减弱了城市中的热岛效应。 ?

既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟里昂等有害物质，是名副其实的绿色空调。

太阳能制冷的分类

? 从原理上看主要包括两种

?

一类是先利用太阳能发电，而后再利用电能制冷；另一类则是利用太阳能集热器提供的热能去驱动制冷系统。 ?

以电能为驱动能源

? 先把太阳能转化成电能，然后再利用电能来制冷：如光电式制冷，热电制冷

?

以热能为驱动能源

? 吸收式 、附吸式、喷射式制冷等

太阳能吸收式制冷系统

? 吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来运行的。

?

这两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。 ?

吸收式制冷就是利用溶液的浓度随其温度和压力变化而变化这一物理性质，将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收。 ?

由于这种制冷方式利用吸收溶剂的质量分数变化来完成制冷剂循环，

所以被称为吸收式制冷。

? 常用的吸收剂—制冷剂组合有两种；一种溴化锂—水，通常适用于大中型中央空调；另外是水—氨，通常适用于中小型家用空调。 ? 溴化锂吸收式制冷机

?

由发生器、制冷器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。

? 氨—水吸收式制冷机的构成

?

主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等组成。

太阳能吸附式制冷系统 ? 太阳能吸附制冷系统的构成

?

主要由太阳能吸附集热器、冷凝器、蒸发储液器、风机盘管、冷媒水泵等部分组成。

? 太阳能固体吸附制冷的工作原理

?

利用一定的固体吸附剂(如沸石、活性炭等)对某些工质(如水、氨、甲醛等)气体的吸附能力随温度不同而不同，加热吸附剂时析出制冷剂气体，并使之凝为液体，而在冷却吸附剂时，制冷剂蒸发，产生制冷作用。

太阳能除湿式制冷系统

? 太阳能除湿式制冷系统工作原理

?

除湿式空调系统是利用吸湿剂（例如氯化锂、硅胶等）对空气进行减湿，然后蒸发降温，对房间进行温度和湿度的调节，用过的吸附剂被加热进行再生。 ?

再生过程可以利用较低品位热能，因此也很适合于太阳能利用。

太阳能蒸气压缩式制冷系统 ? 蒸汽压缩工作原理

?

蒸汽压缩循环式制冷系统都是通过四个过程来完成的。即：节流过程——蒸发过程——压缩过程——冷凝过程。简单地说八个字，即节流、蒸发、压缩、冷凝。 ?

整个制冷过程就是通过这四个装置形成一个循环系统，如此反复循环，从而不断使温度得到降低。

太阳能蒸汽喷射式制冷系统 ? 蒸汽喷射式制冷的工作原理

?

制冷剂在换热器中吸热后汽化、增压，产生饱和蒸汽，蒸汽进入喷射器，经过喷嘴高速喷出膨胀，在喷嘴附近产生真空，将蒸发器中的低压蒸汽吸入喷射器，经过喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、凝结， 然后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化，这部分工质完成的循环是制冷循环。 ?

另一部分通过循环泵升压后进入换热器，重新吸热汽化，他们所做的循环称为动力循环。 ?

喷射式制冷系统中循环泵是唯一的系统设置比吸收式制冷系统简单，运行性较高等优点.缺点是性能系数较低。

第八章：太阳能热发电系统

太阳能热发电系统工作原理 ? 太阳能热发电

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也叫聚焦型太阳能热发电（Concentrating Solar Power，简称CSP），通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。

? 热发电分类

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将聚集的热能按常规的方法（与一般热机一样）先转变为机械能，再

由发电机转变为电能，这种发电类型称为太阳能热力发电。 ?

将太阳能转变的热能直接变为电能，如利用Seebeck 效应发电，称为太阳能温差发电。

太阳能热发电系统组成

? 结论

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槽式：技术成熟，已经有商业化运营的经验，但是，槽式系统耗水量巨大，适合在东部风力较小、水资源丰富的地区发展。 塔式：聚光比高，易于实现较高的工作温度，系统容量大、效率高。塔式熔盐系统易于实现蓄热，经济性好，最适用于太阳能独立发电。碟式：难配备储能系统，由于其间歇性和不稳定性，可以进行现场利用，用于氢气制备、海水淡化工程或者我国西部的苦咸水淡化工程。或者将介质汇聚后发电，利于储能，同时又能充分利用碟式光学效率高的特点。 适合建造大型CSP 电站的地区通常是干旱或半干旱地区，十分缺乏淡水，因此，将涡轮机排出的低压蒸汽导入“多级蒸馏系统(MED)”，利用其余热进行海水淡化，也是充分发挥CSP 电站技术特长的一种重要方式。

第九章：太阳能光伏发电系统

? 基本的太阳能发电系统

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是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成

太阳能电池发电原理

? 当硅晶体中掺入其他的杂质硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴。

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它的形成可以参照下图：

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图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成N型半导体。

? PN结

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N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结（如下图）。

? 电源的形成

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当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然

后在PN结中形成电势差，这就形成了电源(如下面的两个图所示）。

独立光伏发电系统

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是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。

独立光伏发电系统框图

9.6.2 并网光伏发电系统

? 光伏发电系统(以下简称光伏系统)的主流发展趋势是并网光伏发电系统：

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太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏系统。

住宅用并网光伏系统供电形式 ? 1. 直流供电系统

? 2. 交直流供电系统

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