太阳能热利用技术 习题答案

太阳能

1、下列说法不正确的是（ ）

A．一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源

B．二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品

C．水力、风力、太阳能等能源属于再生能源

D．煤炭、石油、天然气等能源属于再生能源

2、下列说法正确的是（ ）

A．2011年3月11日，日本发生9.0级强震，在地震中福岛核电站损害严重。核电站是利用原子核聚变来发电的

B．煤、石油、太阳能等能源属于不可再生能源

C．风力发电是将机械能转化为电能

D．电磁波的传播需要介质

3、能源危机日益加剧，开发和利用新能源成为当务之急。目前大力推广太阳能和核能，太阳能是能源（选填“一次性”或“二次性”）．核电站是利用原子（选填“核聚变”或“核裂变”）释放的能量工作的，该能源属于（选填”可“或“不可”）再生能源。

4、下列说法正确的是（ ）

A．一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源

B．二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品

C．煤炭、石油、天然气等能源属于再生能源

D．核能、风能、太阳能等能源属于新能源

5、下列有关“碳循环”的说法中，不合理的是（ ）

A．绿色植物光合作用吸收二氧化碳释放氧气

B．动物呼吸作用吸收氧气释放二氧化碳

C．用石灰水吸收空气中过量的二氧化碳，以解决温室效应

D．提倡“低碳生活”，大力推广风能、太阳能等能源

参考答案

1、 D

2、 C

3、 一次性；核裂变；不可

4、 ABD

5、 C

1 课程代码及名称: 太阳能热利用原理与技术 导师: 代彦军、葛天舒 学分: 3 授课语言: 中文/英文 必修/选修: 必修 开课时间: 秋季学期 授课方式: 1. 课堂学习 Learning in classroom 2. 实地参观 Visiting laboratory 3. 动手实验 Experimental investigation 先修课程: ME 200 Thermodynamics I ME 200 Heat and mass transfer ME 200 Fluid Mechanics ME300 Energy Materials 考核方式: 1. Homework, Quizzes—20% 2. Experimental reports—20% 3. One comprehensive final exam—60% 课程专业要素 Engineering Topics: Engineering Science-2credits Engineering Design-1credit 教材/参考书 教材： [1] 张鹤飞等，太阳能热利用原理与计算机模拟，西北工业大学出版社，2004。 [2] 邓长生等，太阳能原理与应用，化学工业出版社，2010。 参考书目： [1] 施钰川，太阳能原理与技术，西安交通大学出版社，2009年8月。 [2] 王如竹，代彦军，太阳能制冷，化学工业出版社，2007。 [3] John A. Duffie, William A. Beckman，Solar Engineering of Thermal Processes 3rd Edition，2006，John Wiley and Sons, London. [4] Wenham, S.R.; Green, M.A.; Watt, M.E.; Corkish, R. ，Applied Photovoltaics (2nd Edition)，2007, Earthscan. 课程描述: 1. Introduce the related knowledge about natural phenomena of solar radiation; explain the testing and calculation of solar radiation density. 2. Introduce the origin and development of solar resource and solar utilization technologies. 3. Introduce different type of solar collectors and explain the operation principles of these collectors, especially the energy conversion process from solar radiation energy to thermal energy 4. Introduce different types of solar PV and explain the operation principles. 5. Introduce main solar thermal technologies, including solar heating, solar cooling, solar desalting, solar feeding, solar dry and so on. 6. Supervise the students to design and analyze of solar thermal utilization system. 7. Encourage the students to think innovatively and to participate related competition. 课程培养目标 [Related ME Program Outcomes in brackets] 2 1. To understand the importance of investigation on solar energy. 2. To master the development of solar energy utilization technologies, especially solar thermal utilization. 3. To study basic principles of solar thermal energy conversion as well as utilization. 4. To investigate practical operation of solar thermal system. 5. To provide profound theoretical and experimental bases for potential researchers and engineers. 相关课程培养目标标准: A2. Solar energy utilization fundamentals A3. Analytical skills A5. Special knowledge and skill B1. Expression skills B2. Analysis and solution of faced problems C4. Innovative 撰写者: 葛天舒、代彦军 时间: Nov. 10, 2012 3 《太阳能热利用原理与技术》课程教学大纲 课程名称：太阳能利用原理与技术 课程代码：新能源工程（New Energy Engineering）400 学分/学时：3学分/51学时 开课学期： 秋季学期 适用专业： 新能源、热能与动力工程、核工程、建筑环境与设备及相关专业 先修课程： 工程热力学，传热学，流体力学，能源材料 开课单位： 机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质：太阳能热利用原理与技术是机械工程、热能动力工程、新能源转换利用专业的一门重要专业课，是能源动力及新能源利用类专业骨干课程。 教学目标： 太阳能热利用原理与技术是研究太阳能高效利用以及太阳能转换规律的一门学科。本课程不仅为学生掌握太阳能利用原理和技术提供必要的基础理论知识，还提供实验室支撑锻炼学生将所学知识应用于实际的动手能力，通过实验报告的撰写培养学生分析解决问题以及总结表达的能力，同时为从事太阳能利用专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A1, A2, A5, B1, B2, C4） 本课程由太阳辐射基础、太阳能集热器、太阳能热发电、系统技术及应用四部分组成。通过本课程教学，可使学生在太阳能转换和利用，特别是太阳能与热能及电能转换和合理利用方面树立正确的概念，同时使学生掌握太阳能转换应用的基础理论和技术，进一步强化自觉应用太阳能建设低碳社会的意识。具体来说： （1）掌握太阳辐射基础知识，了解太阳辐射测量和资源情况； （2）掌握各类太阳能集热器原理，学习太阳能－热能转换的基本规律； （3）初步掌握太阳能热发电技术路线和工作原理，掌握太阳光伏电站原理和工作特性； （4）初步掌握太阳能供热空调、太阳能海水淡化、太阳能建筑、太阳能养殖、干燥、光化学转换应用等； （5）能够运用太阳能－热能及电能转换基本理论，进行太阳能利用系统和装4 置的设计与应用分析等。 二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求） 1． 太阳辐射与太阳能资源（3学时）：（A3, B4.1, C1,C2,C4） 太阳能利用概述；太阳辐射特点，光谱分析，直射、散射和全辐射；太阳高度角、天顶角、太阳时角；太阳辐射的测量以及全球太阳能资源分布特点。 自学及要求：我国及全球的太阳能利用现状； 团组大作业及要求（选择）：太阳能可利用资源以及减排潜力分析；一完成一篇报告（2~4千字） 2． 太阳能集热器及其工作原理（9学时/课堂教学+1学时讨论）：（A5.2, A5.3, A5.4, B2, B4） 平板集热器、真空管集热器、热水集热器、空气集热器、槽式线聚焦聚焦集热器、碟式点聚焦集热器、透镜式集热器。多级聚焦集热器，集热器集热性能分析基础理论，热迁移因子，效率因子，时间常数，集热效率。 自学及要求：我国太阳能集热器产业现状，集热器技术进展与发展趋势 团组大作业及要求：根据太阳能热水器的普及应用及存在问题、改进技术方向一完成一篇报告（3千字） 3． 太阳能热发电（9学时/课堂教学+1学时讨论）：（A5.1, A5.4, A5.4, B2, B3, B4） 采用槽式集热器的太阳能热发电站，塔式太阳能热发电电站，碟式太阳能电站，太阳能热气流发电，低温太阳能热发电，基于热电材料的太阳能温差发电；太阳能发电净效率、年效率。 自学及要求：了解国际及我国的太阳能热发电技术进展与发展趋势； 团组大作业及要求：根据我国的资源条件，分析如何在我国发展建立太阳能热发电产业，完成一篇报告（3千字） 4． 太阳能技术与系统应用（12学时/课堂教学+1学时/讨论）：（A3, A5.2, A5.4, B2, B4） 太阳能热水系统、太阳能供热、空调技术，太阳能海水淡化技术，太阳能建筑一体化光热、光伏应用，太阳能干燥、太阳能养殖；太阳能热利用系统设计与例题；太阳能光伏系统设计与例题； 5 自学及要求：了解太阳能光热、光电转换利用系统设计基本方法 团组大作业及要求：根据自己了解的生活或工程实践中一个太阳能利用过程或现象完成太阳能系统设计报告（3千字）。 5． 太阳能热化学转换与蓄能（6学时/课堂教学）：（A5.2, A5.3, A5.4） 介绍太阳能光化学转化的途径和方法，介绍太阳能显热蓄存、潜热蓄存、化学能蓄存、电能蓄存及能量迁移、释放规律性，蓄能环节在太阳能系统中的应用及必要性；太阳能昼夜、季节性能量蓄存系统特性； 自学及要求：了解太阳能光化学转化原理及应用发展趋势，掌握太阳能蓄能手段和方法。 团组大作业及要求：结合太阳能热发电融熔盐、光伏系统蓄电、供热空调系统蓄热要求分析蓄能环节对太阳能系统的必要性（3千字）。 6． 实验（8学时/实验+1学时/讨论）：(A5.3, B1, B2, B4.2, C4) 课程实验在我校新建的绿色能源实验室中进行，此实验室是可再生能源特别是太阳能热利用的良好示范场地。结合课程内容主要安排以下2个实验内容： 1）太阳能集热器效率测试实验 实验室中配备多种类型的太阳能集热装置，根据学生兴趣让学生自由选择一种集热器类型，通过实验和理论分析给出集热器主要运行参数，包括进出口温差、集热效率、太阳能利用效率等，并撰写完整的实验报告。 2）太阳能供热空调系统试验 选取一种类型的太阳能热驱动空调系统进行实验研究，以太阳能热能转换为冷量这一热力过程的分析和利用为主线，让学生开动脑筋自己设定实验目的和内容，完成一个实验报告。 操作形式： (1) 分组进行，根据学生人数将学生划分为研究小组（每个学习小组计划4-5人），每组集体完成一个实验题目，但每人须有相当工作量的具体完成内容。完成形式：提供设计图纸、设计报告、相关计算机演示程序等。 (2) 考核以小组实验报告和PPT汇报的形式进行，每人独立完成的内容评分为主占75％；团队集体完成质量以及整体效果评分占25％。

http:ΠΠ

物理太阳能热电池及其应用专题太阳能热利用技术概况陈德明 徐　刚󰂍(中国科学院广州能源研究所　中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室　广州　510640)摘　要 太阳能是理想的可再生能源.太阳能热利用技术目前还处于发展时期.文章对太阳能热利用成熟技术、先进技术以及当前研究的中心问题进行了简要的概述.成熟技术部分主要包括热水器、太阳灶、太阳房等广为人们使用的太阳能热利用技术;先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利用技术,包括太阳能热发电、太阳能空调制冷、太阳能制氢、太阳能海水淡化及太阳能烟囱发电等;在当前研究的中心问题部分,主要论述了解决太阳能热利用的关键技术问题.关键词 太阳能,热利用,发电,制氢Solarthermalutilization———AnoverviewCHENDe2Ming XUGang󰂍(GuangzhouInstituteofEnergyConversion,KeyLaboratoryofRenewableEnergyandGasHydrate,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China)Abstract Solarenergyisanidealrenewableenergysourceanditsthermalutilizationisoneofitsmostimportantapplications.Wereviewthestatusofsolarthermalutilization,including:(1)developedtechnologieswhichareal2readywidelyusedallovertheworld,suchassolarassistedwaterheaters,solarcookers,solarheatedbuildingsandsoon;(2)advancedtechnologieswhicharestillinthedevelopmentorlaboratorystageandcouldhavemoreinnova2tiveapplications,includingthermalpowergeneration,refrigeration,hydrogenproduction,desalination,andchim2neys;(3)majorproblemswhichneedtoberesolvedforadvancedutilizationofsolarthermalenergy.Keywords solarenergy,thermalutilization,powergeneration,hydrogenproduction3　2007-09-27收到󰂍　通讯联系人.Email:xugang@ 由于人类对能源需求的日益增长,常规能源的日益短缺,石油价格不断上涨,全球气候变暖以及环境的压力,世界各国为寻求能源安全和人类社会可持续发展,将战略目光转向可再生能源的开发.太阳能是最理想的可再生能源,具有清洁、无污染、辐射总功率巨大且取之不尽的优点,开发和利用太阳能是人类社会可持续发展的重要举措.人类利用太阳能的历史非常悠久,太阳能热利用的技术也最为成熟.太阳能热利用的基本方式是利用光热转换材料将太阳辐射转换为热能.产生的热能可应用于采暖、干燥、蒸馏、烹饪以及工农业生产的各个领域,并可进行太阳能热发电、空调制冷、热解制氢等.当前,技术成熟的、广泛应用的太阳能热利用方式有太阳能热水器、太阳灶及太阳房等,其中以太阳能热水器的应用最为广泛.我国太阳能热水器的生产和应用始于20世纪70年代后期,经过几十年的发展,我国已成为世界上热水器生产和消费最大的国家.随着科学技术的发展及能源危机的压力,人们更加期望从太阳获取更高品位的能源,太阳能发电、太阳能制氢、太阳能海水淡化等太阳能先进利用技术已成为当前及未来研究、开发和利用太阳能的主要方向.由于太阳能资源的分散性、高性能材料的研究及能量传递等因素影响,太阳能热利用先进技术并未广泛应用于社会实践,人类对太阳能热利用的研究与开发还任重道远.・048・© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 　36卷(2007年)11期 http:ΠΠ1　太阳能热利用成熟技术1.1　太阳能热水器太阳能热水器是一种利用太阳辐射能,通过温室效应把水加热的装置,它由集热器、储热水箱、循环水泵、管道、支架、控制系统及相关附件组成.集热器是吸收太阳辐射能并向工质(水)传递热量的装置,是热水器的核心部件.根据收集太阳辐射能的形式,集热器可分为平板型集热器和聚光型集热器两种.早期的集热器为闷晒式,后来发展成为平板式和真空管式.集热器担负着两项主要功能,一是吸收太阳辐射能,二是将热量传递给工质.集热器上的太阳能吸热材料可分为两类:非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层.非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层;选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层.太阳辐射可近似地认为是温度6000K的黑体辐射,约90%的太阳辐射能集中在0.3—2μm波长范围内.而太阳集热器的吸热体一般为400—1000K,其辐射能主要集中在2—30μm波长范围内.因此既有高的太阳吸收比又有低的发射率的涂层材料,就可以在保证尽可能多地吸收太阳辐射的同时,又减少热量的损失.集热器主要的吸收涂层材料有氧化铁、氧化铜、黑铬、黑镍、铝、碳等.当前,国内绝大多数太阳能热水器都采用非承压的贮水箱,并利用落水法获取热水;而从太阳集热器使用的舒适性、安全性、易操作性等因素考虑,国际上太阳集热器普遍采用承压的贮水箱,并利用顶水法获取热水.因而承压贮水箱与顶水法取热水已成为国际上对太阳集热器的一条基本要求,只有这样的太阳集热器才能与电热水器、燃气热水器等产品进行竞争.另外,国内大多数太阳能热水器采用单循环系统,即集热器内被加热的水直接进入贮水箱提供使用;而国际上家用太阳能热水器尤其是公用太阳能热水系统普遍采用双循环系统,即集热器内被加热的是传热工质,再经过换热器去加热贮水箱内的水提供使用(图1).因此,将集热器回路与生活热水回路分开,已成为国际上对太阳集热器的另一条基本要求.1.2　太阳灶太阳灶是利用太阳辐射能,通过聚光、传热、储图1　承压式双循环太阳能热水系统热等方式获取热量,进行炊事烹饪食物的一种装置.太阳灶常用的集热方法有两种,一种是采用热箱装置,另一种是采用聚光装置.故太阳灶也有两种型式:箱式灶和聚光灶.1.2.1　箱式太阳灶箱式太阳灶的工作原理是:当阳光透过玻璃进入保温箱体后,遇到黑色的吸收体,光即转变为热.在物理学上,热的辐射也是一种物质运动的形式,主要为红外辐射,其波长较长,恰好玻璃能阻止长波的通过,安装双层玻璃,红外辐射就更难透过.同时,箱体四周和底部均有保温隔热材料,也不让热辐射外逸.换言之,玻璃起了让短波阳光进、不让长波红外线出的作用.尽管箱体总是要散失一部分热量,但箱内的温度随着闷晒时间的延续,将会逐渐升温,直至到达平衡为止.由此可见,这种太阳灶的箱内最高温度取决于保温材料的优劣.通常采用棉花保温,可达120℃—150℃左右,这种温度对于炊事使用已足够了.若选用更好的保温材料,则将增加太阳灶的造价,经济上并不合算.为了提高箱式太阳灶的效率,缩短闷晒时间,或防止多云时影响灶温下降,可在箱侧加装反光镜,增大受光面积;也可在箱底加装金属油箱(薄盒),借助油的储热作用,维持太阳间歇性照射时箱内的温度稳定.在条件允许的情况下,盖面玻璃的表面可以加涂一层光谱选择性材料,如二氧化硅之类的透明涂料,以改变阳光的吸收与发射,提高太阳灶的效率.1.2.2　聚光式太阳灶聚光式太阳灶是将较大面积的阳光聚焦到锅底,使温度上升到较高的程度,以满足炊事要求.这种太阳灶的关键部件是聚光镜,它不仅有镜面材料的选择问题,而且还有几何形状的设计问题.最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜,也有铝抛光镜面和・148・太阳能热电池及其应用专题

太阳能热利用技术概述

【摘要】太阳能是一种洁净和可再生的能源，太阳能热利用技术发展迅速。本文对太阳能利用成熟技术、先进技术和当前研究的热点技术进行了简要介绍。在发电过程中使用矿物燃料，从而减轻空气污染及全球暖化的问题，环境保护的发展趋势。 成熟技术部分主要包括集热器、热水系统、太阳灶、太阳能暖房等传统的太阳能热利用技术；先进技术部分主要阐述了尚处于研究试验阶段的高品位太阳能热利用技术，包括太阳能空调降温/制冷、太阳能制氢、太阳能热发电等；在当前研究的热点问题部分，主要论述太阳能建筑热利用的技术问题。

【关键词】太阳能热利用；太阳能建筑；太阳能热发电；太阳能集热器

1.引言

太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能热利用是一种较成熟的可再生能源利用方式。太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。现代的太阳能热技术将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能。太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。但是太阳能有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。太阳能热利用研究和开发方兴未艾，随着常规能源供给的有限性及地球环保压力的增加，世界上许多国家掀起开发利用太阳能的热潮，开发利用太阳能成为各国可持续发展战略的重要内容，太阳能先进技术已成为世界当前及未来研究、开发和利用的主要方向。

2.太阳能热利用技术

太阳能热利用的基本原理是用集热器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。目前使用最多的集热器，主要有平板型集热器、真空管集热器、热管式集热器和聚焦型集热器等4种。通常太阳能热利用可分为：低温（80℃以下）、中温（80-350℃）和高温（350℃以上）三类热利用方式。低温热利用包括最简单的地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳热水器。中温热利用有太阳能建筑、空调制冷、制盐以及其它工业用。热高温热利用有简单的聚焦型太阳灶、焊接机和高温炉。目前应用最广泛的是太阳能热水器、太阳能空调降温/制冷等。