太陽能熱水器_大眾科普網

境與發展宣言》，《21世紀議程》和《聯合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，把環境與發展納入統一的框架，確立了可持續發展的模式。這次會議之後，世界各國加強了清潔能源技術的開發，將利用太陽能與環境保護結合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。世界環發大會之後，我國政府對環境與發展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發和推廣太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能等清潔能源”，制定了《中國21世紀議程》，進一步明確了太陽能重點發展項目。1995年國家計委、國家科委和國家經貿委制定了《新能源和可再生能源發展綱要》（1996~2010年），明確提出我國在1996-2010年新能源和可再生能源的發展目標、任務以及相應的對策和措施。這些文件的制定和實施，對進一步推動我國太陽能事業發揮了重要作用。1996年，聯合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會後發表了《哈拉雷太陽能與持續發展宣言》，會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》（1996~2005年），《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰略規劃》等重要文件。這次會議進一步表明了聯合國和世界各國對開發太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。1992年以後，世界太陽能利用又進入一個發展期，其特點是：太陽能利用與世界可持續發展和環境保護緊密結合，全球共同行動，為實現世界太陽能發展戰略而努力；太陽能發展目標明確，重點突出，措施得力，有利於克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端，保證太陽能事業的長期發展；在加大太陽能研究開發力度的同時，注意科技成果轉化為生產力，發展太陽能產業，加速商業化進程，擴大太陽能利用領域和規模，經濟效益逐漸提高；國際太陽能領域的合作空前活躍，規模擴大，效果明顯。通過以上回顧可知，在本世紀100年間太陽能發展道路並不平坦，一般每次高潮期後都會出現低潮期，處於低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認識差別大，反復多，發展時間長。這一方面說明太陽能開發難度大，短時間內很難實現大規模利用；另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應，政治和戰爭等因素的影響，發展道路比較曲折。盡管如此，從總體來看，20世紀取得的太陽能科技進步仍比以往任何一個世紀都大。
[編輯本段]【利弊】
優點：
(1)普遍：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，且勿須開采和運輸。
(2)無害：開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔的能源之一，在環境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。
(3)巨大：每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當於130萬億t標煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。
(4)長久：根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。
缺點：
(1)分散性：到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直於太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000w左右；若按全年日夜平均，則只有200w左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1／5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。
(2)不穩定性：由於受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、雲、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。
(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發展水平，有些方面在理論上是可行的，技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經濟性還不能與常規能源相競爭。在今後相當一段時期內，太陽能利用的進一步發展，主要受到經濟性的制約。
太陽能利用中的經濟問題：
第一，世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續發展的社會應該是一個既能滿足社會需要，而又不危及後代人前途的社會。因此，盡可能多地用潔淨能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設應該遵循的原則。隨著能源形式的變化，常規能源的貯量日益下降，其價格必然上漲，而控制環境污染也必須增大投資。
第二，我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭約占商品能源消費結構的76％，已成為我國大氣污染的主要來源。大力開發新能源和可再生能源的利用技術將成為減少環境污染的重要措施。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠看，太陽能利用技術和裝置的大量應用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。
[編輯本段]【我國太陽能資源】
在我國，西藏西部太陽能資源最豐富，最高達2333kwh/㎡（日輻射量6.4kwh/㎡），居世界第二位，僅次於撒哈拉大沙漠。
根據各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區。
一類地區
為我國太陽能資源最豐富的地區，年太陽輻射總量6680～8400mj/㎡，相當於日輻射量5.1～6.4kwh/㎡。這些地區包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達2333kwh/㎡（日輻射量6.4kwh/㎡），居世界第二位，僅次於撒哈拉大沙漠。
二類地區
為我國太陽能資源較豐富地區，年太陽輻射總量為5850-6680mj/m2，相當於日輻射量4.5～5.1kwh/㎡。這些地區包括河北西北部、山西北部、內蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。
三類地區
為我國太陽能資源中等類型地區，年太陽輻射總量為5000-5850mj/m2，相當於日輻射量3.8～4.5kwh/㎡。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、雲南、陝西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、台灣西南部等地。
四類地區
是我國太陽能資源較差地區，年太陽輻射總量4200～5000mj/㎡，相當於日輻射量3.2～3.8kwh/㎡。這些地區包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陝西南部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、台灣東北部等地。
五類地區
主要包括四川、貴州兩省，是我國太陽能資源最少的地區，年太陽輻射總量3350～4200mj/㎡，相當於日輻射量只有2.5～3.2kwh/㎡。
太陽能輻射數據可以從縣級氣象台站取得，也可以從國家氣象局取得。從氣象局取得的數據是水平面的輻射數據，包括：水平面總輻射，水平面直接輻射和水平面散射輻射。
從全國來看，我國是太陽能資源相當豐富的國家，絕大多數地區年平均日輻射量在4kwh/㎡以上，西藏最高達7kwh/㎡。
[編輯本段]【太陽能熱利用】
就目前來說，人類直接利用太陽能還處於初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統、太陽能暖房、太陽能發電等方式。
太陽能集熱器
太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、儲水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要熱交換器和膨脹槽以及發電裝置以備電廠不能供電之需。太陽能集熱器(solarcollector)在太陽能熱系統中，接受太陽輻射並向傳熱工質傳遞熱量的裝置。按傳熱工質可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型和聚光型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器:一個好的太陽能集熱器應該能用20～30年。自從大約1980年以來所制作的集熱器更應維持40～50年且很少進行維修。
太陽能熱水系統
早期最廣泛的太陽能應用即用於將水加熱，現今全世界已有數百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統主要元件包括收集器、儲存裝置及循環管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應無日照時使用，另外尚可能有強制循環用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負載的管路等。依循環方式太陽能熱水系統可分兩種：
1、自然循環式:
此種型式的儲存箱置於收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱，溫度上升，造成收集器及儲水箱中水溫不同而產生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現像，促使水在除水箱及收集器中自然流動。由與密度差的關系，水流量於收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環水，維護甚為簡單，故已被廣泛采用。
2、強制循環式:
熱水系統用水使水在收集器與儲水箱之間循環。當收集器頂端水溫高於儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失。由此種型式的熱水系統的流量可得知（因來自水的流量可知），容易預測性能，亦可推算於若干時間內的加熱水量。如在同樣設計條件下，其較自然循環方式具有可以獲得較高水溫的長處，但因其必須利用水，故有水電力、維護（如漏水等）以及控制裝置時動時停，容易損壞水等問題存在。因此，除大型熱水系統或需要較高水溫的情形，才選擇強制循環式，一般大多用自然循環式熱水器。
暖房
利用太陽能作房間冬天暖房之用，在許多寒冷地區已使用多年。因寒帶地區冬季氣溫甚低，室內必須有暖氣設備，若欲節省大量化石能源的消耗，設法應用太陽輻射熱。大多數太陽能暖房使用熱水系統，亦有使用熱空氣系統。太陽能暖房系統是由太陽能收集器、熱儲存裝置、輔助能源系統，及室內暖房風扇系統所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導，經收集器內的工作流體將熱能儲存，在供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲熱裝置內、直接裝設在房間內或裝設於儲存裝置及房間之間等不同設計。當然亦可不用儲熱雙置而直接將熱能用到暖房的直接式暖房設計，或者將太陽能直接用於熱電或光電方式發電，在加熱房間，或透過冷暖房的熱裝置方式供作暖房使用。最常用的暖房系統為太陽能熱水裝置，其將熱水通至儲熱裝置之中（固體、液體或相變化的儲熱系統），然後利用風扇將室內或室外空氣驅動至此儲熱裝置中吸熱，在把此熱空氣傳送至室內；或利用另一種液體流至儲熱裝置中吸熱，當熱流體流至室內，在利用風扇吹送被加熱空氣至室內，而達到暖房效果。
太陽能發電
即直接將太陽能轉變成電能，並將電能存儲在電容器中，以備需要時使用。
[編輯本段]【空間太陽能電源】
第一個空間太陽電池載於1958年發射的vangtuardi，體裝式結構，單晶si襯底，效率約10%（28℃）。到了1970年代，人們改善了電池結構，采用bsf、光刻技術及更好減反射膜等技術，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽電池大約每5.5年全球產量翻番；而空間太陽電池在空間環境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由於80年代太陽電池的理論得到迅速發展，極大地促進了地面和空間太陽電池性能的改善。到了90年代，薄膜電池和ⅲ-ⅴ電池的研究發展很快，而且聚光陣結構也變得更經濟，空間太陽電池市場競爭十分激烈。在繼續研究更高性能的太陽電池，主要有兩種途徑：研究聚光電池和多帶隙電池。
×空間太陽電池主要性能
電池效率
由於太陽電池在不同光強或光譜條件下效率一般不同，對於空間太陽電池一般采用am0光譜（1.367kw/㎡），對於地面應用一般采用am1.5光譜（即地面中午晴空太陽光，1.000kwm-2）作為測試電池效率的標准光源。太陽電池在am0光譜效率一般低於am1.5光譜效率2～4個百分點，例如一個am0效率為16%的si太陽電池am1.5效率約為19%）。
◎25℃，am0條件下太陽電池效率
電池類型面積（cm2）效率（%）電池結構
一般si太陽電池64cm214.6單結太陽電池
先進si太陽電池4c

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