太阳热能技术开发

由于集聚太阳热能制作热水的热水器出台，人们开始积极利用太阳热能。迄今为止的技术开发表明，自然 循环形、进而高性能强制循环形的太阳能系统已被开发，用途也从供热扩展到暖气与冷气。太阳热能利用机器的能源变换效率较高，在新能源中其设备费用也比较低廉，在费用效果比方面也很好。另外，通过迄今为止的研究开发，机器的性能与耐久性等在世界上也达到了较高的水准。具体而言，构成太阳热能利用系统的主要机器，有高效集聚太阳热能的集热器，将集热长时间蓄积的蓄热槽，热损耗低、效率高的输热配管等热运输系统，高效率利用热能的热变换器及绝热材料等。另外，作为太阳热能利用系统的形态，有冷暖气、供热系统、产业用太阳能系统，太阳热能发电系统，热、电气复合太阳能系统，为了更积极地利用、扩展太阳热能，还开发出许多将太阳热能利用于各种领域的技术。

在我国，西藏西部太阳能资源最丰富，最高达2333 KWh/㎡ (日辐射量6.4KWh/㎡ )，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。

根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区。

为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量6680~8400 MJ/㎡，相当于日辐射量5.1~6.4KWh/㎡。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达2333 KWh/㎡(日辐射量6.4KWh/㎡)，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。

为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为5850-6680 MJ/m2，相当于日辐射量4.5~5.1KWh/㎡。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。

为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为5000-5850 MJ/m2，相当于日辐射量3.8~4.5KWh/㎡。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。

是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量4200~5000 MJ/㎡，相当于日辐射量3.2~3.8KWh/㎡。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。

五类地区 主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳辐射总量3350~4200 MJ/㎡，相当于日辐射量只有2.5~3.2KWh/㎡。

太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得，也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据是水平面的辐射数据，包括:水平面总辐射，水平面直接辐射和水平面散射辐射。

从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高达7 kWh/㎡。

太阳向四周辐射大量的光和热，辐射到地球大气层表面的热量每分钟1平方厘米约8.23焦耳，地球每分钟接受的太阳辐射热只有总量的22亿分之一。差不多等于燃烧500万吨煤所发出的热量。太阳的光和热是太阳内部原子核聚变反应产生的，由四个氢原子核合成一个氦原子核的聚变反应，是在太阳核心进行的。太阳为了产生这样多的光和热，每秒钟大约要消耗400万吨物质，从整个太阳质量来说是微乎其微的。

太阳内部的这种核聚变反应，可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8x10^23kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为800000亿kW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。平均在大气外每平米面积每分钟接受的能量大约1367w。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳还有一种能量---热能。热能最大好处可用保温技术来储备能量。现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。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，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

美国能源信息管理局将太阳能集热器进行分类为低，中，高温集热器。低温集热器的平板一般用于加热游泳池。中等温集热也通常是平板，但用于制造热水或空间供暖，作为住宅及商业用途。高温集热器利用反射镜或透镜聚集太阳光，一般用于生产电力。太阳热能不同于光伏发电，转换效率远远超过太阳光能直接转化为电能。虽然在2009年10月全球现有的发电设施，只提供600佰万瓦(MW)太阳能热发电。一个额外的400佰万瓦(MW)的工厂正在建设中，共计14,000佰万瓦(MW)聚光太阳能发电项目也正在开发当中。

普遍

太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。

无害

开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

巨大

每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。?

长久

根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

分散性

到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

不稳定性

由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

效率低和成本高

太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

太阳能利用基本方式可以分为如下4大类。

它的基本原来是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。使用最多的太阳能 收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用(800℃)。低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。

1、光-热-电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光-热转换，后一过程为热-电转换。

2、光-电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光-化学转换方式。

通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻。

太阳能利用中的经济问题:

第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。

第二，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76%，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。

集热式太阳能(Solar Thermal)。原理是将镜子反射的太阳光，聚焦在一条叫接收器的玻璃管上，而该中空的玻璃管可以让油流过。从镜子反映的太阳光会令管子内的油升温，产生蒸气，再由蒸气推动涡轮机发电。

太阳热能发电厂利用太阳辐射将流体加热到非常高的温度。加热后的高温流体在管道内循环，并将热量传给水，从而产生高温蒸气。高温蒸气继而推动涡轮机，并透过连接的发电机发电。

碟式太阳能聚热发电系统中已知具有最高效率的热机是斯特林引擎。在高规模化生产和炎热地区被预测为能够产生所有可再生能源中最便宜的能量。

碟式太阳能聚热发电系统的主要组成部分包括太阳能聚焦器和能量转换器。太阳能聚焦器(或碟)采集来自太阳的能量并聚焦到很小的面积上。碟状结构可以持续追踪太阳。能量转化器包括两个部分，即热能接收器和引擎/发电机。热能接收器可以吸收聚焦后的太阳光之中的能量，将其转化为热能，并储存在热空气或热水之中，然后再将热量输送到引擎/发电机。引擎/发电机子系统利用热能接收器采集的热能来发电。

集中太阳光线加热到元件上的斯特林发动机。整个装置作为一个太阳能跟踪器。

此类技术利用一整个阵列的追踪太阳的镜子(定日镜)以聚集阳光到一个中央接收器。这个接收器被固定在一个塔顶上。接收器内部的热传导流体可以用来产生蒸汽，以推动传统涡轮发电机发电。于八十年代开发的塔式太阳能聚热发电系统，利用蒸汽作为热传导流体。而新型的系统则利用熔化的硝酸盐作为热传导流体，主要是因为这种流体超卓的热容量和传热能力。

抛物型槽电厂使用镜像的弯曲，利用太阳辐射到玻璃管中的流体(也称为接收器，吸收器或收集器)运行槽的长度，反射器的焦点定位在槽。沿一轴槽是抛物线和线性正交轴。接收机垂直于太阳的每日位置的变化，在槽东向西倾斜，从而使接收器上的直接辐射仍然集中。然而，在阳光平行的槽中角度的季节变化而并不需要调整反射镜，由于光接收器上的其他地方进行简单的集中。因此，槽的设计不需要跟踪的第二轴线上。

除了加热以外，太阳辐射中的热量还可以用来制冷。利用太阳能热水系统和吸收式制冷机或吸附式制冷机，可以实现太阳能制冷。

人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。

太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及

太阳能热水器

发电装置以备电厂不能供电之需 。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能集热器应该能用20~30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40~50年且很少进行维修。

太阳能热水器太阳能热水器热水器中，用于吸收太阳能的部分称为集热器，使其可以比普通的"玻璃--建筑"构件组合吸收更多，同时散失急剧减少。热水器中储存能量的物质是水--热容大而易流动，可以高效率地储存能量并方便地输送到需要的部位。于是，更多能够有效利用的热能得以在建筑中流淌。更兼最近太阳能集热器已不局限于屋面，墙面、遮阳板、阳台栏板，都是可以生根的部位，从而使聚集的有效热能较之前多出数倍。其中，只需很少一部分即可满足洗浴热水需求，而大部分热水，可以通过在一种称为"辐射采暖地板"的系统中循环，在冬季多晴好天气的地区为建筑供暖。这种用途，充分消化了建筑太阳能热水系统的"产能"，使太阳热能可以得到比通过前述的被动技术更加高效地利用。

最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置(如电热器等)以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。依循环方式太阳能热水系统可分两种:

自然循环式

此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。

强制循环式

热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知(因来自水的流量可知)，容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水，故有水电力、维护(如漏水等)以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。

利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗，设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间，或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中(固体、液体或相变化的储热系统)，然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，再把此热空气传送至室内;或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，在利用风扇吹送被加热空气至室内，而达到暖房效果。

太阳能路灯太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电

太阳能路灯

能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而被称为绿色环保产品。太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明问题。

即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备需要时使用。

太阳能离网发电系统

太阳能离网发电系统包括1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。

太阳能离网发电系统主要产品分类 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。

太阳能并网发电系统

可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。

直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。

太阳能并网发电系统主要产品分类 A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器 (双馈变流器，全功率变流器)。