太陽(yáng)能簡(jiǎn)介1

1、1.11.1太陽(yáng)能簡(jiǎn)介太陽(yáng)能簡(jiǎn)介太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1367kwm2。地球赤道的周長(zhǎng)為40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá)173000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kwm2，地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kwm2，相當(dāng)于有102000TW的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外）雖然太陽(yáng)能資源總量相當(dāng)于

2、現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬(wàn)多倍，但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太陽(yáng)能的這些特點(diǎn)會(huì)使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。太陽(yáng)是一個(gè)巨大、久遠(yuǎn)、無(wú)盡的能源。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量（約為3.751026W）的22億分之一，但已高達(dá)173000TW，也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。下圖是地球上的能流圖。從圖上可以看出，地球上的風(fēng)能、水能

3、、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來(lái)源于太陽(yáng)；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)貯存下來(lái)的太陽(yáng)能，所以廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍非常大，狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。地球上的能流圖（單位106MW）太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。但太陽(yáng)能也有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是能流密度低；二是其強(qiáng)度受各種因素（季節(jié)、地點(diǎn)

4、、氣候等）的影響不能維持常量。這兩大缺點(diǎn)大大限制了太陽(yáng)能的有效利用。人類對(duì)太陽(yáng)能的利用有著悠久的歷史。我國(guó)早在兩千多年前的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽(yáng)光來(lái)點(diǎn)火；利用太陽(yáng)能來(lái)干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽(yáng)能的利用已日益廣泛，它包括太陽(yáng)能的光熱利用，太陽(yáng)能的光電利用和太陽(yáng)能的光化學(xué)利用等。地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的示意圖由于地球以橢圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，因此太陽(yáng)與地球之間的距離不是一個(gè)常數(shù)，而且一年里每天的日地距離也不一樣。眾所周知，某一點(diǎn)的輻

5、射強(qiáng)度與距輻射源的距離的平方成反比，這意味著地球大氣上方的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)隨日地間距離不同而異。然而，由于日地間距離太大（平均距離為1.5x108km），所以地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。因此人們就采用所謂“太陽(yáng)常數(shù)”來(lái)描述地球大氣層上方的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。它是指平均日地距離時(shí)，在地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)輻射的單位表面積上所接受的太陽(yáng)輻射能。近年來(lái)通過(guò)各種先進(jìn)手段測(cè)得的太陽(yáng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值為1353w／m2。一年中由于日地距離的變化所

6、引起太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化不超過(guò)上3.4％。2.2到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)照射到地平面上的輻射或稱“日射”由兩部分組成——直達(dá)日射和漫射日射。太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層而到達(dá)地面時(shí)，由于大氣中空氣分子、水蒸氣和塵埃等對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和散射，不僅使輻射強(qiáng)度減弱，還會(huì)改變輻射的方向和輻射的光譜分布。因此實(shí)際到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射通常是由直射和漫射兩部分組成。直射是指直接來(lái)自太陽(yáng)其輻射方向不發(fā)生改變的輻射；漫射則是被大氣反射和散射后方向發(fā)生了改變的太陽(yáng)輻

7、射，它由三部分組成：太陽(yáng)周圍的散射（太陽(yáng)表面周圍的天空亮光），地平圈散射（地平圈周圍的天空亮光或暗光），及其他的天空散射輻射。另外，非水平面也接收來(lái)自地面的反射輻射。直達(dá)日射、漫射日射和反射日射的總和即為總?cè)丈浠颦h(huán)球日射?？梢砸揽客哥R或反射器來(lái)聚焦直達(dá)日射。如果聚光率很高，就可獲得高能量密度，但卻損耗了漫射日射。如果聚光率較低，也可以對(duì)部分太陽(yáng)周圍的漫射日射進(jìn)行聚光。漫射日射的變化范圍很大，當(dāng)天空晴朗無(wú)云時(shí)，漫射日射為總?cè)丈涞?0％。但

8、當(dāng)天空烏云密布見(jiàn)不到太陽(yáng)時(shí)，總?cè)丈鋭t等于漫射日射。因此聚式收集器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱，但當(dāng)?shù)孛嬗斜└采w時(shí)，垂直面上的反射日射可達(dá)總?cè)丈涞?0％。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射主要受大氣層厚度的影響。大氣層越厚，對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和散射就越嚴(yán)重，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射就越少。此外大氣的狀況和大氣的質(zhì)量對(duì)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射也有影響。顯然太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層的路徑長(zhǎng)短與太陽(yáng)輻射的方向有關(guān)。參看下圖，A為地球海