(完整版)新能源技术_2015
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第2篇第7章新能源技术
力发电最多的国家，据1992年统计已建成常规水电站2304座，装机共73 490 MW。
我国水力资源居世界第一，主要分布在西南部地区。如葛洲坝水利 枢纽工程，长江三峡水利工程是具有防洪、发电、航运、供水等多种功 能，是世界最大的水电站。
我国水电开发采取大、中、小并举的方针，重点是黄河上游、长江 中上游和澜沧江等，预计到2020年我国水电装机可达1.8×108 kW，202 0年～2050年再开发1.1×108 kW，达到2.9×108 kW，我国的水电发电 量将雄居世界首位。
新能源主要是指目前尚未被人们大规模开发和 广泛利用的能源。一般来说,新能源是在新技术基础 上开发利用的可再生能源和清洁能源,是未来可持续 发展的经济和社会的能源基础。它包括的范围很广, 目前人们正在积极研究、开发有推广应用前景的主 要是太阳能、核能、地热能、风能、生物质能、氢 能和海洋能等几大类。
现代科学技术导论-第2篇第7章新能源技术
现代科学技术导论-第2篇第7章新能源技术
2．石油 石油的主要成分为碳氢化合物和少量氧化物、硫化物等混
合物。用蒸馏和裂化等方法可提炼出汽油、煤油、柴油、重油 等不同沸点的石油产品，是宝贵的非再生能源。
1859年，美国人钻成日产5000 L的石油井； 接着，前苏联开发了巴库油田。 1854年，美国的西利曼建立了最早的石油分离装置，分离 出煤油和汽油。 十九世纪末，新型热机的出现，即内燃机的普遍使用，尤 其是航空事业的发展，促进了石油炼制工业的发展。 20世纪中叶以后，世界各工业国家能源消耗转换到以石油 和天然气为主。 目前世界已有100多个国家产油，主要集中在中东地区。 石油是现代工业的重要支柱，被称为工业生存的血液，是优质 能源。
第七章 新能源技术
作者 朱莉
我国水力资源居世界第一，主要分布在西南部地区。如葛洲坝水利 枢纽工程，长江三峡水利工程是具有防洪、发电、航运、供水等多种功 能，是世界最大的水电站。
我国水电开发采取大、中、小并举的方针，重点是黄河上游、长江 中上游和澜沧江等，预计到2020年我国水电装机可达1.8×108 kW，202 0年～2050年再开发1.1×108 kW，达到2.9×108 kW，我国的水电发电 量将雄居世界首位。
新能源主要是指目前尚未被人们大规模开发和 广泛利用的能源。一般来说,新能源是在新技术基础 上开发利用的可再生能源和清洁能源,是未来可持续 发展的经济和社会的能源基础。它包括的范围很广, 目前人们正在积极研究、开发有推广应用前景的主 要是太阳能、核能、地热能、风能、生物质能、氢 能和海洋能等几大类。
现代科学技术导论-第2篇第7章新能源技术
现代科学技术导论-第2篇第7章新能源技术
2．石油 石油的主要成分为碳氢化合物和少量氧化物、硫化物等混
合物。用蒸馏和裂化等方法可提炼出汽油、煤油、柴油、重油 等不同沸点的石油产品，是宝贵的非再生能源。
1859年，美国人钻成日产5000 L的石油井； 接着，前苏联开发了巴库油田。 1854年，美国的西利曼建立了最早的石油分离装置，分离 出煤油和汽油。 十九世纪末，新型热机的出现，即内燃机的普遍使用，尤 其是航空事业的发展，促进了石油炼制工业的发展。 20世纪中叶以后，世界各工业国家能源消耗转换到以石油 和天然气为主。 目前世界已有100多个国家产油，主要集中在中东地区。 石油是现代工业的重要支柱，被称为工业生存的血液，是优质 能源。
第七章 新能源技术
作者 朱莉
新能源技术
设定淋浴器的出水温度保持４０℃，流量可变化。当太阳能热水器水 温高于４０℃，补充冷水；水箱的水温低于４０℃，则采用燃气热水 器加热到４０℃。
太阳能光伏发电
2004年我国太阳能发电累计装机容量达35MW，约占全世 界的3%。应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、 气象、国防、气象、航运、阴极保护等。目前光电应用成 本太高，没有竞争力，因此只有少许示范性的并网光伏发 电系统。
我国光伏发电市场份额分布
风力发电
世界风能增长趋势
我国风力发电规划（装机发电容量）
2010年 500 万kW
2020年 3000 万kW
2030年
1 亿kW
2050年
4 亿kW
生物质利用 沼气，生物质热解、气化、燃烧，生物质制造燃料油， 城市垃圾处理。
德国Choren公司年产200t 生物柴油的中试工厂
微型热电混合锅炉 + 发电厂
• 82% 平均总效率 .
• 0.005kg/hr NOx & 16kg/hr CO2
资料来源: 美国EPA 和 能源部
原动机
微燃机CCHP系统
余热利用装置
电力 建筑用户
采暖热水
空调冷水
天然气
（动力燃料）
（补燃）
技术指标：
功率
300 kW以下
发电效率 26%~30%
余热特点 270～300 ℃
优点：
• 仅一个运动部件 • 可靠性好 • 噪音低 • 结构简单紧凑
• 维护管理简单、便捷 • 超低排放量 NOx <9 ppm
存在问题：
• 用气压力高 • 烟气温度较低 • 环境空气温度的影响 • 进气阻力与背压的影响 • 部分负荷工况性能 • 电力并网不上网政策
太阳能光伏发电
2004年我国太阳能发电累计装机容量达35MW，约占全世 界的3%。应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、 气象、国防、气象、航运、阴极保护等。目前光电应用成 本太高，没有竞争力，因此只有少许示范性的并网光伏发 电系统。
我国光伏发电市场份额分布
风力发电
世界风能增长趋势
我国风力发电规划（装机发电容量）
2010年 500 万kW
2020年 3000 万kW
2030年
1 亿kW
2050年
4 亿kW
生物质利用 沼气，生物质热解、气化、燃烧，生物质制造燃料油， 城市垃圾处理。
德国Choren公司年产200t 生物柴油的中试工厂
微型热电混合锅炉 + 发电厂
• 82% 平均总效率 .
• 0.005kg/hr NOx & 16kg/hr CO2
资料来源: 美国EPA 和 能源部
原动机
微燃机CCHP系统
余热利用装置
电力 建筑用户
采暖热水
空调冷水
天然气
（动力燃料）
（补燃）
技术指标：
功率
300 kW以下
发电效率 26%~30%
余热特点 270～300 ℃
优点：
• 仅一个运动部件 • 可靠性好 • 噪音低 • 结构简单紧凑
• 维护管理简单、便捷 • 超低排放量 NOx <9 ppm
存在问题：
• 用气压力高 • 烟气温度较低 • 环境空气温度的影响 • 进气阻力与背压的影响 • 部分负荷工况性能 • 电力并网不上网政策
新能源技术PPT课件
建造一座发电量为100万千瓦的电站，
如果是核电站，每年需要补充的核燃料为
பைடு நூலகம்
30吨，六辆解放牌载重汽车就可运进。如
果是烧煤的火力电站，每年要消耗300多
万吨煤。运输这些煤炭，平均每天要开三
列火车，每列火车挂40节车皮；或是每天
要开一艘万吨级的精轮选课船件 。
7
核电厂每年要用掉80吨的核燃料，只
4、核能发电简史
我国战国时期就已使用凹面镜聚集太阳能去点 火。1837年英国人赫胥黎首次使用太阳灶烧饭， 1875年出现了太阳能热水器。
光－热转换可分为低温（100℃～300℃）与高 温（300℃以上）两种。低温的用于工业用热、制 冷、空调、烹调等，高温的用于发电、材料高温处 理等。
太阳能集热器以空气或液体（水或防冻液）为 传热介质。吸热方式可以是直接吸收太阳辐射能， 也可以是太阳光经会聚精后选课集件 中照射。分为平板式和18 聚光式。
（2）光电转换技术
光电转换技术是利用光电效应把太阳辐直接转换成电
能，使用的是太阳能电池。太阳能电池有单晶硅电池、多 晶硅电池、非晶硅电池、硫化镉电池、磷化铟电池、砷化 锌电池砷化镓电池和有机半导体电池等。
硅太阳电池已成为人造卫星、宇宙飞船和星际空间站等宇 宙飞船器的主要能源之一。1958年美国“先锋”号人造地 球卫星、1971年我国制造的“东方红”号人造卫星上，都 安装了太阳能电池。我国自行研制的高效砷化镓太阳能电 池也已经在第二颗“风云”1号气象卫星上正常使用。
精选课件
16
二、太阳能
1、太阳能
在人类利用的能源中，太阳能是最重要的。各种草木燃 料能、化石燃料能、风能、水能、海洋流能、海洋温差等归 根结底也是来源于太阳的辐射能。太阳能是一种巨大且对环 境无污染的能源。太阳能中只有大约二十二亿分之一辐射到 地球，其中30%被大气层反射掉，23%被大气层吸收掉，但 是每秒钟辐射到地面的总能量有8.0×1013kW，相当于目前 全世界发电总量的8万倍。
新能源汽车充电系统技术要求_GB T 18487.1-2015.pdf
中国变频电量测量与计量的领军企业
国家变频电量测量仪器计量站创建单位
国家变频电量计量标准器的研制单位
咨询电话：400-673-1028 / 0731-******** 产品网站： E-mail ：AnyWay@
GB/T 18487.1-2015 电动汽车传导充电系统 第1部分 通用要求
《GB/T 18487.1-2015 电动汽车传导充电系统 第1部分 通用要求》规定了电动汽车传导充电系统分类、通用要求、通信、电击防护、电动汽车和供电设备之间的连接、车辆接口和供电接口的特殊要求、供电设备结构要求、性能要求、过载保护和短路保护、急停、使用条件、维修和标识及说明。
本部分适用于为电动汽车非车载传导充电的电动汽车供电设备，包括交流充电桩、非车
载充电机、电动汽车充电用连接装置等，其供电电源额定电压最大值为1000V
AC 或1500V DC ，额定输出电压最大值为1000V AC 或1500V DC 。
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为新能源汽车电机及驱动器提供全方位测试的高精
度综合测试仪
WP4000变频功率分析仪 WP4000变频功率分析仪_全局精度功率分析仪 正余弦旋转变压器综合测试仪 适用于正余弦旋转变压器的型式试验、出厂试验和研究性试验。
小学科学新能源技术(课件)
小学科学新能源技术（课件）小学科学：新能源技术在当今世界，人们日益关注能源问题。
传统能源资源的逐渐枯竭和对环境的不可忽视影响，迫使我们不断寻找替代的、更加环保可持续发展的新能源技术。
为了提高小学生对新能源技术的认识和理解，培养他们的环保意识，我们开发了这个小学科学课件——新能源技术。
一、新能源的定义及例子新能源指的是相对于传统能源，更加环保、可持续发展的能源。
例子有太阳能、风能、水能等。
通过引入这些新能源技术，我们可以减少对化石燃料的依赖，达到减少二氧化碳排放、保护环境的目的。
二、太阳能太阳能是我们最常见、最广泛应用的新能源技术之一。
太阳能是通过太阳辐射产生的能量，我们可以将太阳辐射转化为电能或热能。
太阳能板是最常见的太阳能利用装置，它可以将太阳的能量转化为电能，并储存在电池中以供日常使用。
另外，太阳能还可以利用太阳能热水器，将太阳能转化为热能，提供家庭的热水需求。
三、风能风能是利用风的动力来发电的一种新能源。
通过风车或风力发电机，我们可以将风的动力转换为电力。
风力发电机广泛应用于风电场，在风势较强的地区建立风电场可以为当地居民提供可再生的电力资源。
同时，由于风能发电不会产生大量温室气体，可以减少空气污染，节约传统能源。
四、水能水能是利用水的动力来发电的一种新能源。
水力发电是最常见的水能利用方式，通过大坝建立水库，控制水流，利用水的动能转换成机械能驱动发电机发电。
水力发电不仅环保，而且有持续稳定的发电能力。
此外，我们还可以利用水能发展潮汐能、波浪能等新能源技术，它们也能为我们提供可持续的能源。
五、生物能源生物能源是指利用生物质来转换成能源的技术。
例如生物质发电，通过农作物、废弃物等生物质物质的燃烧，产生蒸汽驱动发电机发电。
此外，我们还可以通过生物质气化、生物质液化等方式来利用生物能源。
生物能源是一种可再生的能源，不仅可以减少对化石燃料的需求，还能有效地处理废弃物。
六、新能源技术的重要性新能源技术的发展对于实现可持续发展至关重要。
新能源技术介绍
发 展
5 0% 以上，性能已能满足整车要求。2 014 年，
现代途胜燃料电池汽车和丰田新款燃料电池汽
电式混合动力轿车加氢3-5分钟，能
行驶400千米，时速可达160千米。
车M irai上市；2 015 年开始，本田、通用、福特、 的二氧化碳。 奔驰等都将在3 年内推出量产车型。
石墨烯
G R AP H E N E
10cm 10m
输电线路
尺寸 1km 100km 10000km
两极性晶 体管
运动器材 超级电容器 电极材料 显示器及太 阳能电池窗 口电极 汽车/ 飞机的 构造体等
太空电梯
石墨烯
G R AP H E N E
生产 方法
微机械剥离法 外延生长法 氧化石墨还原法 气相沉积法
产品 尺寸
中小 尺寸 大尺 寸 大尺 寸 大尺 寸
“知识技术密集型”企业升级。形成人人善于学习和思考的氛围，让
善于学习成为华信新的企业文化特征，成为“学习型组织”。”
目录
CO N TE N TS
01 02
核聚变反应 石墨烯 可燃冰 超导风机
04 05
03
燃料电池
地热能
06
核聚变反应
N U CLE AR FU S I O N R E ACTI ON
2 005 年
物存在的地震异常信息 中国首次发现世界上规模最大被称做为“可燃冰”存在重要证据的
2 007 年
“冷泉”碳酸盐岩分布区，面积约430平方公里。 中国在南海北部首次采样成功，证实了在中国南海蕴藏着丰富的“可
2 009 年
燃冰”资源，标志着中国可燃冰研究进入世界先进行列。 在青藏高原发现了可燃冰，初略的估算，远景资源量至少有350亿吨
新能源技术资料文档
能源问题
世界能源消耗仍以化石燃料为主，而化石 燃料储量有限。（见教材表3-3）
而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的 时期将会提前来。
二、能源的分类
二次能源
一次能源
非可再生 能源
可再生 能源
按照能源转换 和传递方式
分类
按照能源 的性质
分类
能源 分类
按照能源的 形成和来源
分类
按照利用能源 分类
的技术状况
四大优点是：蕴量巨大；可以 再生；分布广泛；没有污染。
三大弱点是]风能·未来
独立运行方式 并网运行方式
[视频]风力发电
5、海洋能
海洋能(ocean energy)是指依 附在海水中的可再生能源，包括： 潮汐能、波浪能、海洋温差能、海 洋盐差能和海流能等，更广义的海 洋能源还包括海洋上空的风能、海 洋表面的太阳能以及海洋生物质能 等。
重核裂变
中10n子+
23952U
铀
→
93 38
Sr
锶
+
93 54
Xe
氙
+
2
中10n子+能量
1千克铀核发生裂变时，放出的能量相当于燃烧 2700吨标准煤。核电站中使用的主要是铀核裂变。
轻核聚变
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
n+能量
氘
氚
氦
中子
两个较轻原子核，聚合成一个较重的原子核
原子核聚变时，放出的能量 比核裂变 时还要大。但氢弹中的核聚变目前人们还 无法控制。科学家们正在研究可控制的核 聚变，以造福人类。
第七节 新能源技术
一、能源的概述
新能源技术4(1)
• 核能； • 太阳能； • 地热能； • 风能； • 海洋能； • 生物能； • 氢能。
新能源技术4(1)
1 核能
(1)核能 • 又称原子能。它是指原子核结构发生变
化（核裂变、核聚变）时释放出的能量。 • 核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。
1kg铀235 = 1800 t 石油或2800 t 标准煤。
新能源技术4(1)
(5)受控核聚变
• 是指两个或两个以上较轻的原子核聚合成 一个较重的原子核的反应；
• 核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。 • 受控核聚变具有以下优点： (1)质能比高，是同质量核裂变释放能量的4
倍； (2)原料足，从海水中可大量提取氘和氚； (3)无放射性，安全、清洁、不污染。 • 核聚变能的和平利用目前尚处于研究阶段。
• 我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成 和正式发电，秦山二期、三期核电工程、 岭澳核电工程、连云港核电工程也将于 近年内建成发电。
新能源技术4(1)
(3)核电站
• 核电站的安全性 一般来说，如果防范措施得当，核电站 是很安全的。历史上曾发生过两次核电 站核泄露事故： 一次是1979年3月18日，美国三里岛核 电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26 日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆 发生爆炸。
(2)核裂变反应
• 如果核裂变反应中产生的中子再引起其 它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断 地进行下去，称为“链式反应”。链式 反应的速度极快，两次反应间隔时间只 有2x10-14秒。
• 在链式反应中，后一代中子数与前一代 中子数之比称为倍增系数（k）。
新能源技术4(1)
(3)核电站
• 利用核能来发电的装置称为核电站，目前 大多数核电站是利用核裂变能来发电的；
新能源技术4(1)
1 核能
(1)核能 • 又称原子能。它是指原子核结构发生变
化（核裂变、核聚变）时释放出的能量。 • 核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。
1kg铀235 = 1800 t 石油或2800 t 标准煤。
新能源技术4(1)
(5)受控核聚变
• 是指两个或两个以上较轻的原子核聚合成 一个较重的原子核的反应；
• 核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。 • 受控核聚变具有以下优点： (1)质能比高，是同质量核裂变释放能量的4
倍； (2)原料足，从海水中可大量提取氘和氚； (3)无放射性，安全、清洁、不污染。 • 核聚变能的和平利用目前尚处于研究阶段。
• 我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成 和正式发电，秦山二期、三期核电工程、 岭澳核电工程、连云港核电工程也将于 近年内建成发电。
新能源技术4(1)
(3)核电站
• 核电站的安全性 一般来说，如果防范措施得当，核电站 是很安全的。历史上曾发生过两次核电 站核泄露事故： 一次是1979年3月18日，美国三里岛核 电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26 日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆 发生爆炸。
(2)核裂变反应
• 如果核裂变反应中产生的中子再引起其 它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断 地进行下去，称为“链式反应”。链式 反应的速度极快，两次反应间隔时间只 有2x10-14秒。
• 在链式反应中，后一代中子数与前一代 中子数之比称为倍增系数（k）。
新能源技术4(1)
(3)核电站
• 利用核能来发电的装置称为核电站，目前 大多数核电站是利用核裂变能来发电的；
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能是一种清洁的可再生能源。
从广义上讲：太阳能不仅包括直接投射到地球表面 的辐射能，还包括像生物质能、水能、风能、海浪 能等同样起源于太阳辐射的间接的太阳能量；而且 像现在广泛使用的石油、天然气和煤炭等化石能源， 也都是古代太阳能资源的产物。
从狭义上讲：太阳能指的是直接投射到地球表面的 太阳辐射能。
可再生能源技术领域讲述的太阳能指的是狭义的太 阳能。
太阳能两个主要缺点：一是能流密度低；二是能流 波动大。
2020/2/7
8
太阳构造
内部
内核 0~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，=1×105kg/m3，
物质处于等离子体状态，热核反应，产生能量占太阳产 生能量的90%。
厚度约1×104~1.5×104km，大部分由氢和氦组成。温度为
色球层 5000K， =10-5kg/m3。有时出现极猛烈的日焰，此时太阳
辐射量最大，有些太阳上的电子流到太空，形成太阳风， 打击到地球大气层上缘，产生磁暴和极光。
日冕层 伸入太空的银白色日冕，温度1×106K，高度达几十个
太阳半径
2020/2/7
9
太阳辐射能
太阳物质组成：氢占78.4%，氦占19.8%，金属和其 他元素占1.8%。
两种热核反应：质子-质子循环，碳-氦循环。 太阳辐射功率：3.74×1026W，相当于每秒钟燃烧
1.28×1015吨标煤放出的能量。 太阳辐射波长范围：自0.1nm以下的宇宙射线~无线
电波。 太阳辐射具有波动性和粒子性。
中介层 0.23R~0.7R，辐射输能区，T=1.3×105K，=79kg/m3。
对流层 0.7R~1R，T=6000K，=1kg/m3。
大气
肉眼所见太阳表面，T=6000K， =10-3kg/m3，厚度500
光球层 km，由强烈电离的气体组成，能吸收和发射连续的辐射光
谱，太阳能的绝大部分能量由此辐射到天空。
2020/2/7
13
太阳高度角
太阳高度角：定义为太阳辐射到达海平面A点的入射 线和海平面A点切线方向的夹角h，则有： sinh 1 AM
当h=90°时，AM=1；
当h=30°时，AM=2。
2020/2/7
14
太阳辐射强度
太阳辐射强度I：定义为单位时间地球表面上单位面 积上所入射的太阳辐射功率，单位为W/m2。
2020/2/7
4
太阳能利用技术
Technology of Solar Energy Utilization
§1. 太阳能基础知识 §2. 太阳能的热利用 §3. 太阳能的热发电 §4. 太阳能光伏发电 §5. 太阳能热气流发电
2020/2/7
5
§1. 太阳能基础知识
§1-1. 热辐射的基本概念 §1-2. 太阳能的基本概念
I
I0
sinh
I0 AM
I0为大气质量为AM=1 的海平面上的太阳辐射 强度。
结论：到达地球表面任意一点的太阳辐射强度与该点的 大气质量成反比。大气质量越大，到达该点的太阳辐射 强度越小。
2020/2/7
15
大气透明度
太阳辐射强度除了与大气质量有关外，大气中含有的 各种气体和固体尘埃都会影响太阳光的透过量。
2020/2/7
6
§1-2. 太阳能的基本概念
太阳基本参数
日地距离约：1.5×108km。 从地球上望：太阳的张角0.0093弧度。 太阳直径：1.4×106km (地球的109倍) 太阳体积：地球体积的1 302 500倍 太阳质量：1.99×1030kg (地球的33万倍) 平均密度：1.4×103kg/m3 (地球的0.25倍) 太阳温度: 5770℃(表面) 1560万℃ (核心) 总辐射功率: 3.83×1026 J/s 太阳年龄: 约50亿年
2020/2/7
2
本课程主要内容
风能利用技术 核能利用技术 氢能利用技术 太阳能利用技术 海洋能利用技术 地热能利用技术 生物质能利用技术
2020/2/7
3
补充
基础知识：传热学、流体力学、热力学、半 导体物理、电化学反应基础
相关专业：能源、电气、材料、交通、物理、 化学、建筑、光电、……
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10
太阳常数
太阳本身的活动会引起太阳辐射强度发生波动。 观测表明，太阳活动峰值年比太阳活动宁静年的辐射
量大2.5%。 在一般的太阳辐射计算中，可近似认为太阳辐射稳定，
在地球大气层外的太阳辐射强度为一个常数。 太阳常数：指在平均日地距离，垂直于太阳辐射的大
气外层平面上，单位时间、单位面积上所接受的太阳 辐射能，单位为W/m2。 太阳常数取值：1357 W/m2。具有平均值意义
定义P为大气透明度。当大气质量AM=m时，太阳直 接辐射强度可表示为：
I I0 Pm I0P1m
P1为大气质量为1时的大气透明度，Pm为大气质量为 m时的大气透明度。
新能源技术
Renewable Energy Technology
袁芳 能源与动力工程学院
工程热物理系
能源科学
能源技术：研究各种能源的开发、生产、 转换、储存和综合利用。
研究目的： 1.提高现有能源的利用效率 2.寻找新的能源及其利用方式
研究再生能源技术的目标： 寻找实现能量的高效率低成本的转换技术
2020/2/7
12
大气质量
设A为地球表面海平面上的一点，当太阳在天顶位置 S时，太阳垂直入射，太阳辐射穿过大气层到达A点 的路径OA。当太阳位于任一位置S’时，其穿过大气 层到达A点的路径为OA’。大气质量定义为两者之比：
AM OA OA
设定在1atm和0℃，海 平面上太阳垂直入射， 此时大气质量AM=1， 简称AM1。
2020/2/7
11
大气层外太阳辐射强度计算
大气层外，单位时间、单位垂直面积上所接受到的 太阳辐射能 I 随地球与太阳的距离而变化。
计算方法：
I
IC
D0 D
2
IC
1
0.034
cos
360n 365.25
D为日地距离；D0为日地平均距离； Ic为太阳常数；n为从元旦算起的天数。
从广义上讲：太阳能不仅包括直接投射到地球表面 的辐射能，还包括像生物质能、水能、风能、海浪 能等同样起源于太阳辐射的间接的太阳能量；而且 像现在广泛使用的石油、天然气和煤炭等化石能源， 也都是古代太阳能资源的产物。
从狭义上讲：太阳能指的是直接投射到地球表面的 太阳辐射能。
可再生能源技术领域讲述的太阳能指的是狭义的太 阳能。
太阳能两个主要缺点：一是能流密度低；二是能流 波动大。
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太阳构造
内部
内核 0~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，=1×105kg/m3，
物质处于等离子体状态，热核反应，产生能量占太阳产 生能量的90%。
厚度约1×104~1.5×104km，大部分由氢和氦组成。温度为
色球层 5000K， =10-5kg/m3。有时出现极猛烈的日焰，此时太阳
辐射量最大，有些太阳上的电子流到太空，形成太阳风， 打击到地球大气层上缘，产生磁暴和极光。
日冕层 伸入太空的银白色日冕，温度1×106K，高度达几十个
太阳半径
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太阳辐射能
太阳物质组成：氢占78.4%，氦占19.8%，金属和其 他元素占1.8%。
两种热核反应：质子-质子循环，碳-氦循环。 太阳辐射功率：3.74×1026W，相当于每秒钟燃烧
1.28×1015吨标煤放出的能量。 太阳辐射波长范围：自0.1nm以下的宇宙射线~无线
电波。 太阳辐射具有波动性和粒子性。
中介层 0.23R~0.7R，辐射输能区，T=1.3×105K，=79kg/m3。
对流层 0.7R~1R，T=6000K，=1kg/m3。
大气
肉眼所见太阳表面，T=6000K， =10-3kg/m3，厚度500
光球层 km，由强烈电离的气体组成，能吸收和发射连续的辐射光
谱，太阳能的绝大部分能量由此辐射到天空。
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太阳高度角
太阳高度角：定义为太阳辐射到达海平面A点的入射 线和海平面A点切线方向的夹角h，则有： sinh 1 AM
当h=90°时，AM=1；
当h=30°时，AM=2。
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太阳辐射强度
太阳辐射强度I：定义为单位时间地球表面上单位面 积上所入射的太阳辐射功率，单位为W/m2。
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太阳能利用技术
Technology of Solar Energy Utilization
§1. 太阳能基础知识 §2. 太阳能的热利用 §3. 太阳能的热发电 §4. 太阳能光伏发电 §5. 太阳能热气流发电
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§1. 太阳能基础知识
§1-1. 热辐射的基本概念 §1-2. 太阳能的基本概念
I
I0
sinh
I0 AM
I0为大气质量为AM=1 的海平面上的太阳辐射 强度。
结论：到达地球表面任意一点的太阳辐射强度与该点的 大气质量成反比。大气质量越大，到达该点的太阳辐射 强度越小。
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大气透明度
太阳辐射强度除了与大气质量有关外，大气中含有的 各种气体和固体尘埃都会影响太阳光的透过量。
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§1-2. 太阳能的基本概念
太阳基本参数
日地距离约：1.5×108km。 从地球上望：太阳的张角0.0093弧度。 太阳直径：1.4×106km (地球的109倍) 太阳体积：地球体积的1 302 500倍 太阳质量：1.99×1030kg (地球的33万倍) 平均密度：1.4×103kg/m3 (地球的0.25倍) 太阳温度: 5770℃(表面) 1560万℃ (核心) 总辐射功率: 3.83×1026 J/s 太阳年龄: 约50亿年
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本课程主要内容
风能利用技术 核能利用技术 氢能利用技术 太阳能利用技术 海洋能利用技术 地热能利用技术 生物质能利用技术
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补充
基础知识：传热学、流体力学、热力学、半 导体物理、电化学反应基础
相关专业：能源、电气、材料、交通、物理、 化学、建筑、光电、……
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太阳常数
太阳本身的活动会引起太阳辐射强度发生波动。 观测表明，太阳活动峰值年比太阳活动宁静年的辐射
量大2.5%。 在一般的太阳辐射计算中，可近似认为太阳辐射稳定，
在地球大气层外的太阳辐射强度为一个常数。 太阳常数：指在平均日地距离，垂直于太阳辐射的大
气外层平面上，单位时间、单位面积上所接受的太阳 辐射能，单位为W/m2。 太阳常数取值：1357 W/m2。具有平均值意义
定义P为大气透明度。当大气质量AM=m时，太阳直 接辐射强度可表示为：
I I0 Pm I0P1m
P1为大气质量为1时的大气透明度，Pm为大气质量为 m时的大气透明度。
新能源技术
Renewable Energy Technology
袁芳 能源与动力工程学院
工程热物理系
能源科学
能源技术：研究各种能源的开发、生产、 转换、储存和综合利用。
研究目的： 1.提高现有能源的利用效率 2.寻找新的能源及其利用方式
研究再生能源技术的目标： 寻找实现能量的高效率低成本的转换技术
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大气质量
设A为地球表面海平面上的一点，当太阳在天顶位置 S时，太阳垂直入射，太阳辐射穿过大气层到达A点 的路径OA。当太阳位于任一位置S’时，其穿过大气 层到达A点的路径为OA’。大气质量定义为两者之比：
AM OA OA
设定在1atm和0℃，海 平面上太阳垂直入射， 此时大气质量AM=1， 简称AM1。
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大气层外太阳辐射强度计算
大气层外，单位时间、单位垂直面积上所接受到的 太阳辐射能 I 随地球与太阳的距离而变化。
计算方法：
I
IC
D0 D
2
IC
1
0.034
cos
360n 365.25
D为日地距离；D0为日地平均距离； Ic为太阳常数；n为从元旦算起的天数。