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文檔簡介
1、1 緒論緒論2.1 太陽和太陽輻太陽和太陽輻射能射能 第2.1節(jié) 太陽和太陽輻射能1 1 太陽能來源太陽能來源2 2 太陽常數(shù)太陽常數(shù)3 3 太陽光譜太陽光譜4 4 太陽高度角和方位太陽高度角和方位角角5 5 太陽直接輻射和散射輻太陽直接輻射和散射輻射射6 6 太陽能的吸收、轉(zhuǎn)換和儲存太陽能的吸收、轉(zhuǎn)換和儲存7 7 我國太陽能資源我國太陽能資源8 8 太陽能利用的廣闊前太陽能利用的廣闊前景景 1 太陽能的來源 太陽科普知識太陽是一顆自己會發(fā)光的恒星,它源源不斷地把光和熱送給地球,使世界上的作物生長,是地球上生命和能量的來源。我們生活的地球,圍著太陽運動,形成了日、夜和四季。太陽是一個大火球,日
2、珥是噴出太陽表現(xiàn)的巨大紅色火焰;黑子是熾熱的氣體漩渦,因為溫度比周圍低,所以看起來暗些。而日食的形成則是當?shù)厍颉⒃铝梁吞柼幱谝粭l直線上,月亮的陰影將太陽遮住而出現(xiàn)的天文現(xiàn)象。太 陽太陽概況4.太陽輻射對地球和人類有什么影響?1.什么是太陽輻射?2.太陽輻射的能量有多大?3.為什么太陽有如此巨大的能量? 太陽是一個巨大熾熱的氣體球,主要成分是氫和氦,表面溫度約為6000K 。 在日地平均距離條件下,在地球大氣上界,垂直于太陽光線的1平方厘米面積上,1分鐘接受到的太陽輻射能量,稱為太陽常數(shù)。 太陽輻射大約只有二十二億分之一到達地球。 太陽輻射太陽的作用是很大的:第一,太陽能的蘊藏量可以說是用不完
3、,而且不會產(chǎn)生廢氣污染環(huán)境。第二,皮膚需要陽光,日光浴對身體有好處,小孩老人孕婦都需要曬太陽,陽光中的紫外線也有殺菌能力。第三,太陽能帶來光照,使地球的大氣循環(huán),使日夜四季的輪替,使地球冷暖產(chǎn)生變化。 1 太陽能的來源 1 太陽能的來源 一、太陽的構(gòu)造內(nèi)球:內(nèi)球的外層是出于對流之中的流體區(qū)域太陽大氣太陽光球?qū)樱浩匠D芸匆姷牟糠稚驅(qū)樱鹤钔饷嬉粚用芏群苄〉?日冕,形狀不規(guī)則。太陽系 太 陽 是離地球最近的一顆恒星,也是太陽系的中心天體,位于離銀河系中心約3萬光年。它的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.865%。太陽系太 陽 也 是太 陽 系 里唯 一 自 己發(fā) 光 的 天體 , 它 給地 球 帶 來光
4、和 熱 。沒 有 太 陽光的輻射,地 面 的 溫度 將 很 快地 降 低 到接 近 絕 對零度。太陽 太 陽 是 一 個主要由氫和氦組成的熾熱的氣體火球半徑:6.96x105km(地球半徑的109倍)質(zhì)量:約為1.99x1027t(地球質(zhì)量的33萬倍)表面有效溫度:5762K中心區(qū)域溫度:幾千萬度 太陽的能量主要來源于氫聚變成氦的聚變反應(yīng),每秒有6.57x1011kg的氫聚合生成6.53x1011kg的氦,連續(xù)產(chǎn)生3.90 x1023kW的能量。 這 些 能量以電磁波的 形 式 以3x105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接收到總輻射的22億分之一。太陽的結(jié)構(gòu)太陽的結(jié)構(gòu)內(nèi)部分為核心層
5、(日核)、輻射層、對流層大氣層又分為光球?qū)印⑸驅(qū)蛹叭彰嵊蓛?nèi)向外太陽的結(jié)構(gòu)核 反 應(yīng)區(qū)輻射區(qū)對流區(qū)太 陽 大氣太陽的結(jié)構(gòu)1、核反應(yīng)區(qū) 太陽半徑25%(即0.25R)的區(qū)域內(nèi),是太陽的核心,集中了太陽一半以上的質(zhì)量。溫度:約1500萬 K壓力:約2500億atm密 度 : 約 1 5 8 g/cm3占 總 能 量 的99%對流輻射向外輻射太陽的結(jié)構(gòu)2、輻射區(qū) 在核反應(yīng)區(qū)外面,所屬范圍從0.250.8R,溫度下降到13萬度,密度下降為0.079 g/cm3,在太陽核心產(chǎn)生的能量通過這個區(qū)域由輻射傳輸出去。3、對流區(qū) 在輻射區(qū)外面,所屬范圍從0.81.0R,溫度下降為5000K,密度為10-8 g/
6、cm3,能量主要靠對流傳播。對流區(qū)及其里面的部分是看不見的,它們的性質(zhì)只能靠同觀測相符合的理論計算來確定。太陽的結(jié)構(gòu)4、太陽大氣光球:太陽大氣最底層,厚度約為500km。太陽的全部光能幾乎全從這個層次發(fā)出。太陽的連續(xù)光譜基本上就是光球的光譜,太陽光譜內(nèi)地吸收線基本上也是在這一層內(nèi)形成。色球:太陽大氣的中層,是光球向外延伸到幾千公里高度。日冕:太陽大氣最外層,為極端稀薄的氣體殼,可延伸到幾個太陽半徑之遠。該分層僅有形式意義,各層之間并不存在明顯界限。太陽大氣環(huán)太陽內(nèi)部太陽大氣層光球?qū)雍谧由驅(qū)右撸甄砣彰釋犹栵L太陽大氣結(jié)構(gòu)及太陽活動示意圖 1 太陽能的來源 1 太陽能的來源 1 太陽能的來源
7、 1 太陽能的來源 太陽外部結(jié)構(gòu)表層層次次位位置置概念概念厚厚度度亮亮度度溫溫度度太陽活動太陽活動光光球球由由里里到到外外明亮發(fā)光的明亮發(fā)光的太陽表面太陽表面逐逐漸漸變變厚厚逐逐漸漸變變?nèi)跞踔鹬饾u漸變變高高黑子黑子太太陽陽活活動動主主要要標標志志色色球球光球外呈玫光球外呈玫瑰色的大氣瑰色的大氣耀斑耀斑日珥日珥太陽活動對地球的影太陽活動對地球的影響響活動活動形式形式太陽太陽大氣大氣層層對地球的影響對地球的影響黑子黑子耀斑、耀斑、日珥日珥太陽太陽風風光球?qū)犹柣顒痈叻迥辍⑻柣顒拥头迥辏?1年為周期。地球氣候變化。色球?qū)哟疟绊懚滩ㄍㄓ崳蓴_電子設(shè)備,甚至威脅宇航器。日冕層極光太陽活動對地球的影
8、響出現(xiàn)時出現(xiàn)時間間太陽活動的影響太陽活動的影響產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因黑子、黑子、耀斑增耀斑增多時多時無線電短波受干無線電短波受干擾甚至中斷擾甚至中斷太陽活動發(fā)射的太陽活動發(fā)射的電磁波擾動地球電磁波擾動地球大氣層大氣層( (其中的其中的電離層電離層) )出現(xiàn)出現(xiàn)“磁暴磁暴”現(xiàn)現(xiàn)象象太陽大氣拋出的太陽大氣拋出的高能帶電粒子擾高能帶電粒子擾動地球磁場動地球磁場兩極高空出現(xiàn)極兩極高空出現(xiàn)極光光太陽大氣拋出的太陽大氣拋出的高能帶電粒子與高能帶電粒子與極地高空大氣碰極地高空大氣碰撞產(chǎn)生撞產(chǎn)生 1 太陽能的來源 二、太陽的主要成分太陽的主要成分氫:78氦 :20地球除自轉(zhuǎn)外并以橢圓形軌道繞太陽運行地球與太陽之間的
9、距離不是一個常數(shù)地球大氣層上界的太陽輻射強度隨日地間距離的不同而不同 由于日地間的距離很大,其相對變化量是很小的,由此引起的太陽輻射強度的相對變化不超過3.4%。這就意味著地球大氣層外的太陽輻射強度幾乎是一個常數(shù)。太陽常數(shù) 2 太 陽 常 數(shù) 太陽常數(shù)Isc:在平均日地距離時,地球大氣層上界垂直于太陽光線表面的單位面積上單位時間內(nèi)所接收到的太陽輻射能。其參考值為Isc = (13677) W/m2。0scsc210.034cos365nIII r Isc:平均日地距離時的太陽輻射強度I0:大氣層上界某一任意時刻的太陽輻射強度n:距離1月1日地天數(shù)r:日地間距引起的修正值 2 太 陽 常 數(shù) 太
10、陽輻射和太陽常數(shù)太陽常數(shù)由于地球是沿一橢圓軌道圍繞太陽公轉(zhuǎn)的,所以太陽到地球的距離是隨時間也就是隨地球在橢圓軌道上的位置不同而有所差異的,如下圖所示。 2 太 陽 常 數(shù) 2 太 陽 常 數(shù) 由此可見,在一年當中,日地之間的距離變化可達千米,這個數(shù)字的絕對值雖然很大,但是與日地之間的平均距離相比,卻只有的變化,如圖所示。 因此,這種距離變化所引起的到達地球大氣上界的太陽能的變化量最多也只有。 2 太 陽 常 數(shù) 此外,太陽本身的活動也會引起太陽輻射能的波動。但是,多年來在世界各地的觀測結(jié)果表明,太陽活動峰值年比太陽活動寧靜年的輻射量只不過增大左右。因此,在一般情況下,可以認為太陽輻射量是比較穩(wěn)
11、定的,從而提出了“太陽常數(shù)”這一概念。 所謂太陽常數(shù),就是指在日地平均距離處垂直于太陽光線的平面上,在單位時間內(nèi)單位面積上所接收到的太陽輻射能。它的單位可以用毫瓦厘米或者瓦米。 2 太 陽 常 數(shù) 1957年,國際輻射委員建議在整個國際地球物理年觀測資料中,將太陽常數(shù)的值取為.毫瓦厘米或者瓦米。隨著測量技術(shù)的不斷提高,太陽常數(shù)的觀測值也越來越精確了。 近年來,利用人造衛(wèi)星、火箭和高空氣球觀測的結(jié)果,已將太陽常數(shù)的值測定為.毫瓦厘米或者瓦米。 上述結(jié)果表明,太陽常數(shù)只具有平均值的意義,而并非通常意義下的“常數(shù)”。太陽光譜:太陽發(fā)射的電磁輻射在大氣頂上隨波長度分布叫做太陽光譜。到達地面的太陽輻射光
12、譜分布是地外太陽光譜和大氣成分的函數(shù),它對于地面太陽電池系統(tǒng)及其他一些應(yīng)用是十分重要的。 3 太 陽 光 譜 太陽光譜是連續(xù)的,且輻射特性與絕對黑體輻射近似;能量各波段所占比例不同,近紫外、可見光、近紅外和中紅外部分約占太陽總輻射的84.62%;X射線、射線、遠紫外、遠紅外及微波波段的總能量不到1%。地表接受的太陽輻射曲線與大氣外的曲線不同,差異主要由大氣引起。吸收:水、氧、臭氧、二氧化碳等;散射。 3 太 陽 光 譜 太陽輻照度分布曲線教材參考1calcm-2min-1m-1 = 697.8 Wm-2表1-2:太陽光譜輻 照度的積分值表1-3:沒有大氣時地表水平面上 太陽輻照日總量月平均值
13、3 太 陽 光 譜 任何物體當處于絕對溫度(K)零度(即-273oC)以上時,具有內(nèi)外輻射熱能的能力;同時也在吸收來自其他物體的輻射熱能。物體輻射能力的強弱,取決于物體本身溫度的高低。即斯特藩-玻耳茲曼(Stefan-Boltzmann)光輻射定律:黑體輻射的能量正比于其絕對溫度的四次方:E = T4E 單位時間輻射的能量 斯特藩-玻耳茲曼常數(shù) 5.669710-8W/K4m2T 絕對溫度。輻射的波長范圍十分寬廣,從波長10-10m的宇宙射線到波長達幾千米的無線電波。物體輻射最大能力的波長與其溫度成反比;溫度愈高,輻射最大能力的波長就愈短,反之亦然。 3 太 陽 光 譜 實線是大氣上界的太陽輻
14、射光譜; 虛 線 是 溫 度 在6000K時的黑體輻射光譜。太陽輻射能隨波長的分布曲線。太陽輻射波長的范圍很廣,波長從0。不同波長的輻射能力差異很大。波長在很長和很短的部分內(nèi),能量都很小,絕大部分能量集中在0.204m之間,占太陽輻射總能量的99。 3 太 陽 光 譜 月份大氣層外太陽輻射(W/m2)大氣層外太陽輻射能與月份變化規(guī)律 3 太 陽 光 譜 地球外太陽輻射光譜 (太陽常數(shù)1353W/m2) 3 太 陽 光 譜 太陽輻射光譜及波長范圍與能量比率 3 太 陽 光 譜 3 太 陽 光 譜 色彩波長范圍紫0.400.43m藍0.430.47m青0.470.50m綠0.500.56m黃0.5
15、60.59m橙0.590.62m紅0.620.76m不同電磁波的具體波長范圍可見光波長范圍紅外線微波名稱波長范圍紫外線1000.4m可見光0.4m0.76m近紅外0.76m3.0m中紅外3.0m6.0m遠紅外6.0m15m超遠紅外15m1mm毫米波110毫米厘米波110厘米分米波10厘米1米 3 太 陽 光 譜 紫 藍 青 綠 黃 橙 赤0.4 微米 0.76微米 你能從圖中獲得哪些信息?太陽輻射最強的波段為? 3 太 陽 光 譜 太陽輻射是電磁輻射的一種,它是物質(zhì)的一種形式,既具有波動性,也具有粒子性,在本質(zhì)上與無線電波沒有什么差異,只是波長和頻率不同而已。太陽輻射光譜的主要波長范圍為.微米
16、,而地面和大氣輻射的主要波長范圍則為微米。在氣象學中,就根據(jù)波長的不同,常把太陽輻射叫做短波輻射,而把地面和大氣輻射叫做長波輻射。 太陽輻射的光譜可以劃分為幾個波段。波長短于.微米的稱為紫外波段,從.微米到.7微米的稱為可見光波段,而波長長于.微米的則稱為紅外波段, 它還可以細分為近紅外.微米和遠紅外微米兩個波段。 在可見光譜的波長范圍內(nèi),不同波長的電磁輻射對于人眼產(chǎn)生不同的顏色感覺。 3 太 陽 光 譜 3 太 陽 光 譜 表列出了各種顏色的波長及其光譜范圍。 1957年,國際輻射委員建議在整個國際地球物理年觀測資料中,將太陽常數(shù)的值取為毫瓦厘米或者瓦米。隨著測量技術(shù)的不斷提高,太陽常數(shù)的觀
17、測值也越來越精確了。近年來,利用人造衛(wèi)星、火箭和高空氣球觀測的結(jié)果,已將太陽常數(shù)的值測定為毫瓦厘米或者瓦米。上述結(jié)果表明,太陽常數(shù)只具有平均值的意義,而并非通常意義下的“常數(shù)”。 4 太陽高度角和方位角 日照的基本原日照的基本原理理日照的作用與建筑對日照的要求日照的作用與建筑對日照的要求 日照日照: :就是物體表面被太陽光直接照就是物體表面被太陽光直接照射的現(xiàn)象射的現(xiàn)象 . . 日照時數(shù)日照時數(shù): :是表示太陽照射的時數(shù)是表示太陽照射的時數(shù) . . 日照率日照率: :是以實際日照時數(shù)與同時間是以實際日照時數(shù)與同時間內(nèi)內(nèi) ( (如年、月、日等如年、月、日等) )的最大可照時的最大可照時數(shù)的百分比
18、。數(shù)的百分比。 日照的作用日照的作用: :促進生物機體的新陳代促進生物機體的新陳代謝謝; ;防病防病; ;殺菌殺菌; ;供熱供熱; ;立體立體. . 建筑對日照的要求:是根據(jù)建筑的不建筑對日照的要求:是根據(jù)建筑的不同使用性質(zhì)而定同使用性質(zhì)而定 .2h;3h.2h;3h 4 太陽高度角和方位角 地球繞太陽運行的規(guī)律地球繞太陽運行的規(guī)律 公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn): :地球按一定的軌道繞太陽的地球按一定的軌道繞太陽的運動運動 . . 黃道面黃道面: :地球公轉(zhuǎn)軌道地球公轉(zhuǎn)軌道. .由于地軸是由于地軸是傾斜的,它與黃道面約成傾斜的,它與黃道面約成6666。3333的交角的交角. . 太陽赤緯角太陽赤緯角:太陽光線與地
19、球赤太陽光線與地球赤道面所夾的圓心角來表示道面所夾的圓心角來表示 . . 4 太陽高度角和方位角 時時角角:地球自轉(zhuǎn)一周為地球自轉(zhuǎn)一周為360360o o,因而,因而每小時的時角為每小時的時角為15 15 o o . .即時角即時角=15t, t=15t, t表示時數(shù)表示時數(shù) . . 4 太陽高度角和方位角 計算太陽角高度、方位角、日照時間 4 太陽高度角和方位角 太陽光線與地球赤道面的交角就是太陽的赤緯角,以表示。在一年當中,太陽赤緯角每天都在變化,但不超過23o27的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23o27;冬天最小變化到冬至日的-23o27。太陽赤緯隨季節(jié)變化,即庫珀(Cooper)方程
20、:28423.45sin 360365n 式中,n為一年中的天數(shù),如:在春分,n=81,則=0,自春分日起的第d天地太陽赤緯為:223.45sin365d 4 太陽高度角和方位角 太陽角的計算太陽SnThZnZ北東傾斜面水平面太陽角的定義天頂角Z:指向太陽的向量 與天頂Z的夾角。S 太陽高度角h:向量 與地平面的夾角。S 太陽方位角: 在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角。S 太陽的時角:在正午時=0,每隔一小時增15o,上午為正,下午為負。太陽角的計算1、太陽高度角sinh = sin sin + cos cos 地理緯度 太陽赤緯 太陽時角2、太陽方位角sin sinsincoscos
21、coshh cossinsincosh 或 根據(jù)地理緯度、太陽赤緯及觀測時間可求出任何地區(qū)、任何季節(jié)某一時刻的太陽方位角。太陽角的計算3、日照時間 太陽在地平線的出沒瞬間,其太陽高度角h=0。若不考慮地表曲率及大氣折射的影響,根據(jù)太陽高度角公式,可得出日出日沒時角表達式:cos = tan tan式中,為日出或日沒時角,以度表示,正為日沒時角;負為日出時角。太陽角的計算24節(jié)氣太陽赤緯及日變化值 對于地球上的某個地點,太陽高度角是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角,專業(yè)上講太陽高度角是指某地太陽光線與該地作垂直于地心的地表切線的夾角。 太陽高度角和方位角的確定太陽高度角和方位角的確定 太陽光
22、線與地平面間的太陽光線與地平面間的 夾角夾角h hs s稱為太陽高度角稱為太陽高度角. . 太陽光線在地平面上的太陽光線在地平面上的 投射線與地平面正南線投射線與地平面正南線 所夾的角所夾的角AsAs稱為太陽方稱為太陽方 位角位角。 4 太陽高度角和方位角 太陽高度角的計算太陽高度角的計算 4 太陽高度角和方位角 4 太陽高度角和方位角 地方時與標準時地方時與標準時 4 太陽高度角和方位角 散射輻射:接收到的被大氣層反射和散射后方向改變的太陽輻射地面太陽輻射直接輻射:直接接收到的、不改變方向的太陽輻射 太陽輻射穿過地球大氣層時,不僅受到大氣層中的空氣分子、水汽及灰塵所散射,而且受到大氣中氧、臭
23、氧、水和CO2的吸收,所以經(jīng)過大氣而達到地面的太陽直接輻射顯著衰減。 5 太陽直接輻射和散射輻射 到達地面的太陽到達地面的太陽輻射輻射有兩部分:有兩部分:直接輻射直接輻射:太陽以平行光線的形式:太陽以平行光線的形式直直 接投射到地面上。接投射到地面上。散射輻射散射輻射:經(jīng)過散射輻射后自天空:經(jīng)過散射輻射后自天空投射到地面上。投射到地面上。二者之和稱為二者之和稱為總輻射總輻射。 5 太陽直接輻射和散射輻射 1、直接輻射:太陽高度(角)、大氣透明度(1)太陽高度角(h):太陽光線與水平面間的 夾角;h不同,地表單位面積上所獲得的太陽輻射也就不同。a,h越小,等量的太陽輻射散越小,等量的太陽輻射散布
24、的面布的面 積就越大,地表單位積就越大,地表單位面積上所獲得的太陽輻射就面積上所獲得的太陽輻射就越小。越小。B ACSSh 設(shè)AB單位面積上每分鐘所受到的太陽輻射能為 I 垂直 I則 IS = IS而 S/S = AC/AB = sinh所以 I = S/S I = I sinh 朗伯(白)特定律I 一定,地面獲得的輻射量大小I 與 h 有關(guān)。b,h越小,太陽輻射穿過的大氣層越厚地球O點的地平線OACh2h1h1 h2AO CO太陽輻射被減弱也較多(吸收、反射、散射等),到達地面的直接輻射就較少。 一個大氣質(zhì)量:地面為標準氣壓(1013hpa)時,太陽光垂直投射到地面所經(jīng)路程中,單位截面積的空
25、氣柱的質(zhì)量。 h 不同,大氣質(zhì)量數(shù)不同;大氣質(zhì)量數(shù)隨h減小而增大。不同太陽高度角時的大氣質(zhì)不同太陽高度角時的大氣質(zhì)量數(shù)量數(shù)h90 60 30 10 5310 m11.152.05.610.415.427.035.4太陽輻射在大氣中的衰減 5 太陽直接輻射和散射輻射 1、吸收作用 氧、臭氧、水汽和CO2氣體成分氣體成分強吸收波段強吸收波段弱吸收波段弱吸收波段氧氧200nm的紫外光的紫外光690760nm的可的可見光見光臭氧臭氧200320nm的紫外的紫外光光600nm的可見光的可見光水汽水汽9301500nm的紅外的紅外光光(三個強吸收帶)(三個強吸收帶)600700nm的可的可見光見光(三個弱
26、吸收帶)(三個弱吸收帶) 主要的吸收成分 各成分的吸收波段 5 太陽直接輻射和散射輻射 2、散射作用 由入射輻射波長與散射質(zhì)點的相對大小r,將散射分為瑞利(Rayleigh)散射、米氏(Mie)散射和無選擇性散射。 r 時,無選擇性散射(Non-selective Scattering) 5 太陽直接輻射和散射輻射 由大氣中原子、分子,如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起。(1) 瑞利散射條件:粒子直徑比波長小很多。特點:散射強度與波長的四次方成反比,即 I-4入射光波長越短,散射能力越強。瑞利散射強度與波長的關(guān)系 5 太陽直接輻射和散射輻射 大氣中的微粒如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起的散射,
27、這種散射的強度受氣候影響大。(2) 米氏散射條件:粒子直徑與輻射的波長相當。特點:散射強度與波長的平次方成反比,即 I-2且散射光的向前方向比向后方向的散射強度更強,方向性較明顯。云、霧的粒子大小與紅外線的波長(0.7615m)接近,所以云霧對紅外線的散射以米氏散射為主。 5 太陽直接輻射和散射輻射 當 大 氣 混 濁( 質(zhì) 點 半 徑 10m),大氣粒子的直徑比輻射波長大得多時。散射的特點是散射強度與波長無關(guān),即任何波長的散射強度相同,散射系數(shù)不再隨波長改變,也稱之為漫射。(3) 無選擇性散射 5 太陽直接輻射和散射輻射 大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量:是一個無量綱量,它是太陽光線穿過地球大氣的路徑與太陽
28、光線在天頂角方向時穿過大氣路徑之比,并假定在標準大氣壓(1atm)和氣溫(0oC)時,海平面上太陽光線垂直入射的路徑為1。顯然,地球大氣上界的大氣質(zhì)量為零。當天頂角為60oC時,m=2。在各太陽高度時的大氣質(zhì)量h(度)906030105310m11.152.05.610.415.427.035.4 大氣質(zhì)量m隨太陽高度的增高而減小,當太陽高度低時,m值的增大特別迅速。大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量示意圖A為地球海平面上一點,O,O為大氣上界的點。太陽在天頂位置時,太陽光線路程OA為大氣質(zhì)量。太陽位于S點時,大氣質(zhì)量為:Z1( )secsinOAm hOAh 上式是從三角函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出來,是以地表為水平面,忽
29、略了大氣的曲率及折射因素的影響。大氣質(zhì)量h30o時,計算值與大氣質(zhì)量的觀測值非常接近,其精度達0.01;當h30o時,由于折射和地面曲率的影響增大,計算結(jié)果不準確。在太陽電池應(yīng)用系統(tǒng)工程計算中,可采用下式計算:1/22( )1229(614sin )614sinm hhh 在中國日射觀測站,當h20o時,采用教材表1-4查算大氣質(zhì)量m值。大氣質(zhì)量溫度對m的影響一般可以忽略不計;對于海拔高度較大的地區(qū),應(yīng)對大氣壓力進行訂正,即( )( , )( )760P zm z hm h z 觀測地點 的海拔高度P(z) 觀測地點 的大氣壓(Pa)大氣透明度 由于太陽輻射觀測站很稀疏,靠觀測站提供的資料遠不
30、能滿足需要。所以借助理論計算是十分必要的。有人提出用下式計算太陽輻射通過大氣后的強度:I = ISCpmp 大氣透明度m 大氣質(zhì)量大氣透明度p:透過一個大氣質(zhì)量(m1)后的太陽輻射強度 (S1)與透過前的太陽輻射強度(S0)之比,即:110mmSSpSS 影響因素: 海拔、水汽、微塵、云霧大氣透明度布克-蘭貝特(Bonguer-Lambert)定律 當波長為的太陽輻射Io,經(jīng)過dm厚的大氣層后,輻射衰減量為:I = I0,e -amI = I0, pm積分得:或dI = -aI0,dm(a為大氣消光系數(shù)) p 單色光譜的透明度或“透明系數(shù)”Io, 波長為的輻射的初始強度 I 通過大氣的波長為的
31、太陽輻射強度大氣透明度 設(shè)投射到地表法向單色光的光譜輻射強度為In,,則對全色太陽光(即波長從0)有:1/scmnmIprI pm與m有著復(fù)雜的關(guān)系,它表征著大氣對太陽輻射能的衰減程度。參考教材表1-5:各種大氣透明度下太陽直接輻射的平均強度與大氣質(zhì)量的關(guān)系。mo,0dmnIprI (pm為整個太陽輻射光譜范圍內(nèi)單色透明度的平均值)大氣透明度大氣透明度 用用透明系數(shù)(透明系數(shù)(p p)表示表示 指透過一個大氣質(zhì)量的輻射強度與進入該指透過一個大氣質(zhì)量的輻射強度與進入該大氣的輻射強度之比。大氣的輻射強度之比。 即當太陽位于天頂處,在大氣上界太陽輻即當太陽位于天頂處,在大氣上界太陽輻射通量為射通量為
32、I I0 0,而到達地面后為,而到達地面后為I I,則:,則: p = I / Ip = I / Io o P P 表明輻射通過大氣后的削弱程度,如:表明輻射通過大氣后的削弱程度,如:p = 0.7p = 0.7,表示削弱了,表示削弱了30%30% P P決定于大氣中所含決定于大氣中所含水汽水汽、水汽凝結(jié)物水汽凝結(jié)物和和塵粒雜質(zhì)塵粒雜質(zhì)的多少;多,大氣透明度差,的多少;多,大氣透明度差, P P小,太陽輻射被減弱得多,到達地面的太小,太陽輻射被減弱得多,到達地面的太陽輻射相應(yīng)減少。陽輻射相應(yīng)減少。 直接輻射有明顯的年變化、日直接輻射有明顯的年變化、日變化和隨緯度的變化。變化和隨緯度的變化。 主
33、要由主要由 h h 決定:決定: 隨緯度的變化隨緯度的變化:低緯地區(qū)一年:低緯地區(qū)一年四季四季 h h 都很大,地表得到的直都很大,地表得到的直接輻射比中、高緯地區(qū)大得多。接輻射比中、高緯地區(qū)大得多。 日變化日變化:日出、日落時,:日出、日落時,h h最小,最小,直接輻射最弱;中午,直接輻射最弱;中午,h h最大,最大,直接輻射最強。直接輻射最強。 年變化年變化:夏季最強,冬季最弱。:夏季最強,冬季最弱。垂直于太陽光線的地 表上的直接輻射強度 為了簡化,通常將大氣透明度訂正到某一給定的大氣質(zhì)量,如將pm修正到m=2的透明度p2,這時,計算垂直于太陽光表面的直接輻射強度Ib,n公式為:Ib,n
34、= rIsc p2m 對于大多數(shù)地區(qū)而言,直接根據(jù)日射觀測資料來確定p2是可能的。只要近似地確定p2值,便可計算出到達地表法線方向入射的太陽輻射強度 為了應(yīng)用方便,將m換成太陽高度角。參考教材表1-6:各種大氣透明度下太陽直接輻射強度與太陽高度角的關(guān)系。水平面上的直接太陽輻射CABzInhz水平面 AB面代表水平面,AC面代表垂直于太陽光線的表面,H代表太陽直接入射到AC和AB平面上的能量,IH,b代表水平面上太陽直接輻射強度。IH,b = Ib,nsinh = Ib,ncosz = rIsc pmmsinh從日出至日沒對時間進行積分,scm0sin dtmH bHrI ph t scm0(s
35、in sincos coscos)dtmrIpt 直接太陽輻射強度與太陽高度角的關(guān)系水平面上的直接太陽輻射00H,bscm(sin sincos coscos)d2mTHrIp 若dt用時角來表示,dd2Tt 則,T 晝夜長,24h;0,-0 日出和日沒時角 上式只是一種數(shù)學表達式。實際上,由于pmm很復(fù)雜,不便直接積分,所以通常的辦法是按一個小時一個小時計算,而每個小時內(nèi)的直接太陽輻射總通量可根據(jù)其平均太陽高度角查表通過計求得。日總量年總量月總量散射輻射散射輻射:太陽高度角、大氣太陽高度角、大氣透明度透明度 天空散射輻射就是大氣對空中的太陽直接天空散射輻射就是大氣對空中的太陽直接輻射進行散射
36、及反射而產(chǎn)生的。輻射進行散射及反射而產(chǎn)生的。 h 大大,到達近地面的直接輻射增強,散射,到達近地面的直接輻射增強,散射輻射也相應(yīng)增輻射也相應(yīng)增強強;h小小,弱弱。(與直接輻。(與直接輻射射同向同向) 大氣透明度,大氣透明度,不好不好,參與散射作用的質(zhì)點,參與散射作用的質(zhì)點增多,散射輻射增多,散射輻射增強增強;好好,減弱減弱。(與直。(與直接輻射接輻射反向反向) 云:能強烈地增大散射輻射。云:能強烈地增大散射輻射。P29圖圖211 日、年變化,也主要決定于日、年變化,也主要決定于h的變化,一的變化,一日內(nèi)正午前后最強,一年內(nèi)夏季最強。日內(nèi)正午前后最強,一年內(nèi)夏季最強。總輻射 變化規(guī)律,比太陽直接
37、輻射和散射輻射要復(fù)雜些,它是二者變化規(guī)律的綜合。但在晴朗的日子里,它的強弱主要由太陽直接輻射決定。年變化與直接輻射基本一致,夏季最大,冬季最小。 日變化日出前:散射輻射日出后:h增大,直接輻射和散射輻射 逐漸增加,直接輻射增加快h=8o: 直接輻射=散射輻射h=50o : 散射輻射:1020%; 直接輻射:8090%中午: 直接輻射和散射輻射均達最大值中午后;二者按相反次序變化云的影響可使這種規(guī)律受到破壞。工程中常用的計算太陽輻射的方法 5 太陽直接輻射和散射輻射 斜面太陽輻射量 確定朝向赤道傾斜面上的太陽輻射量,通常采用Klein提出的計算方法:傾斜面上的太陽輻射總量Ht由直接太陽輻射量Hb
38、t、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt三部分所組成,即Ht = Hbt + Hdt + Hrt 對于確定的地點,知道全年各月水平面上的平均太陽輻射資料(總輻射量、直接輻射量或散射輻射量)后,便可算出不同傾斜角的斜面上全年各月的平均太陽輻射量。斜面太陽輻射量Rb為傾斜面上直接輻射量Hbt與水平面上Hb直接輻射量之比bcos()cossinsin()sin180cos cossinsin sin180ssssshhsRhh s為光伏陣列傾角;為太陽赤角;hs為水平面上日落時角;hs為傾斜面上日落時角;為光伏供電系統(tǒng)的當?shù)鼐暥取P泵嫣栞椛淞績A斜面上日落時角hs的表達式: 1smin,cos
39、 tan()tan shhs 天空散射Hay模型:傾斜面上天空散射輻射量是由太陽光盤的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量兩部分組成,可表達為:bbdtdboo0.5 1(1cos )HHHHRsHH Hb和Hd分別為水平面上直接和散射輻射量;Ho為大氣層外水平面太陽輻射量。斜面太陽輻射量s0scs2243601 0.033coscos cos sinsin sin365360hnHIh 大氣層外水平面上太陽輻射量Ho計算公式:Isc為太陽常數(shù),可以取Isc = 1367 W/m2對于對面反射輻射量Hrt,其公式如下:Hrt = 0.5H(1-coss)H為水平面上總輻射量;為地物表面反射
40、率。一般情況下,地面反射輻射量很小,只占Ht的百分之幾,參加教材表1-7。斜面太陽輻射量因此,傾斜面上太陽輻射量公式可總結(jié)為:bbtbbdboo0.5 1(1 cos )0.5(1 cos )HHHH RHRsHsHH 根據(jù)該公式可將水平面上的太陽輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面上太陽輻射數(shù)據(jù),基本計算步驟如下: (1) 確定所需的傾角s和系統(tǒng)所在地的緯度。 (2) 找到按月平均的水平面上的太陽能輻射資料Ho。 (3) 確定每個月中有代表性的一天的水平面上日落時間角hs和傾斜面上的日落時間角hs,這兩個幾何參量只和緯度和日期有關(guān)。斜面太陽輻射量 (4) 確定地球外水平面上的太陽輻射,也就是大氣層外的太陽輻射
41、Ho,該參量取決于地球繞太陽運行的軌道。 (5) 計算傾斜面與水平面上直接輻射量之比Rb。 (6) 計算直接太陽輻射量Hbt。 (7) 計算天空散射輻射量Hdt。 (8) 確定地物表面反射率,計算地面反射輻射量Hrt。 (9) 將直接太陽輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt相加得到太陽輻射總量Ht。2.2 熱傳遞基本知識熱傳遞基本知識2.3 太陽能集熱器太陽能集熱器4.3真空管型太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)尺寸和產(chǎn)品命名4.3.3全玻璃真空太陽集熱管技術(shù)要求1.空曬性能參數(shù) 定義:空曬溫度與環(huán)境溫度之差與太陽輻照度的比值。 本參數(shù)表示在特定的日照強度(太陽輻照度G800W/m2,并在
42、15分鐘內(nèi),太陽輻照度變化不大于30W/m2)和特定的環(huán)境溫度(8Ta30)下,真空集熱管內(nèi)不充水空曬,即以空氣為傳熱工質(zhì),在規(guī)定的時間(每隔5分鐘記錄一次,共記錄4次,取平均值)內(nèi),溫度的升高與輻照量的比值。公式:空曬性能Y=(Ts-Ta)/G;國標GB/T170492005規(guī)定:Y190m2/kW。空曬性能參數(shù)在一定程度上表示集熱性能的高低。空曬性能參數(shù)Y值大于或等于190m2/kW,方為合格,Y值越大越好。 2.悶曬太陽輻照量 定義:充滿真空集熱管的水的溫度升高一定溫度范圍所需的太陽輻照量。 本參數(shù)的測量是在特定的太陽輻照度G800W/m2,并在15分鐘內(nèi),太陽輻照度變化不大于30W/m
43、2下,真空集熱管內(nèi)充滿水,當真空集熱管內(nèi)水溫從低于環(huán)境溫度的條件下開始逐步升溫,并在達到環(huán)境溫度時開始測量。當真空集熱管內(nèi)水溫升高35時,其所需的太陽輻照量為該測量管的H值。也就是說,H值所表示的是該真空集熱管內(nèi)水溫升高35所需的太陽輻照量。當然,所需的太陽輻照量越少越好。因此,在某種意義上說,H值表示的就是與真空集熱管的集熱效能有關(guān)的參數(shù),H值越低,集熱效能就越好。 5.5 家用太陽能熱水器安裝5.5.1 平板單機太陽能熱水器安裝 設(shè)計知識設(shè)計知識主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、太陽熱水系統(tǒng)的組成、太陽熱水系統(tǒng)的組成2 2、太陽熱水系統(tǒng)的分類、太陽熱水系統(tǒng)的分類3 3、太陽熱水系統(tǒng)的設(shè)計的主要方面、
44、太陽熱水系統(tǒng)的設(shè)計的主要方面4 4、太陽熱水系統(tǒng)的設(shè)計的詳細內(nèi)容、太陽熱水系統(tǒng)的設(shè)計的詳細內(nèi)容太陽熱水系統(tǒng)的組成太陽熱水系統(tǒng)的組成 設(shè)備與管道支架設(shè)備與管道支架 太陽集熱器太陽集熱器 貯水箱貯水箱 管路、泵、閥管路、泵、閥 設(shè)備防腐與保溫設(shè)備防腐與保溫 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 輔助能源設(shè)備輔助能源設(shè)備特征特征類型類型類型1類型2類型3有無輔助熱源純太陽能加熱式太陽能預(yù)熱式太陽能加輔助熱源式按儲水箱水被加熱方式直接式間接式按傳熱工質(zhì)與大氣相通敞開式開口式封閉式按集熱器內(nèi)介質(zhì)狀況充滿式回流式排放式按加熱工質(zhì)循環(huán)動力自然循環(huán)強制循環(huán)按加熱工質(zhì)流動方式循環(huán)式直流式接集熱器與儲水箱位置分離式緊湊式悶曬
45、式太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計的主要方太陽熱水系統(tǒng)設(shè)計的主要方面面 1 1、用戶情況與要求、用戶情況與要求 2 2、系統(tǒng)運行方式確定、系統(tǒng)運行方式確定 3 3、太陽集熱器選型、太陽集熱器選型 4 4、太陽集熱器面積確定、太陽集熱器面積確定 5 5、貯水箱設(shè)計、貯水箱設(shè)計 6 6、輔助熱源選擇與系統(tǒng)設(shè)計、輔助熱源選擇與系統(tǒng)設(shè)計 7 7、系統(tǒng)布局、系統(tǒng)布局 8 8、太陽集熱器傾角與前后排間距確定、太陽集熱器傾角與前后排間距確定 9 9、泵、閥及管路選型與管路系統(tǒng)設(shè)計、泵、閥及管路選型與管路系統(tǒng)設(shè)計 1010、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 11 11、管路與設(shè)備的保溫與防凍、管路與設(shè)備的保溫與防凍 121
46、2、系統(tǒng)安全防護(防雷、系統(tǒng)安全防護(防雷/ /防雨防雨/ /防漏電防漏電/ /防腐蝕防腐蝕/ /抗抗風雪等)風雪等) 用戶情況與要求(用戶情況與要求(1 1) -原始資料收集原始資料收集 (1 1)用戶所處地理位置和環(huán)境條件)用戶所處地理位置和環(huán)境條件 (2 2)水源情況)水源情況 (3 3)電力供應(yīng)情況)電力供應(yīng)情況 (4 4)安裝場地情況)安裝場地情況 獲取以上資料的方法:獲取以上資料的方法:與客戶勾通,向用戶了解有無特殊情況;(如安裝現(xiàn)場與客戶勾通,向用戶了解有無特殊情況;(如安裝現(xiàn)場是否在風口、易發(fā)生雷擊的地方等)是否在風口、易發(fā)生雷擊的地方等)查閱當?shù)貧庀筚Y料;查閱當?shù)貧庀筚Y料;實
47、地勘察現(xiàn)場。實地勘察現(xiàn)場。用戶情況與要求用戶情況與要求 -太陽能系統(tǒng)的要求太陽能系統(tǒng)的要求(1 1)安裝太陽能系統(tǒng)的用途:)安裝太陽能系統(tǒng)的用途: 用于生活熱水供應(yīng)用于生活熱水供應(yīng)/工業(yè)用熱水工業(yè)用熱水/游泳池加熱游泳池加熱/采暖、制冷等。采暖、制冷等。 太陽能全年工作太陽能全年工作/季節(jié)性工作。季節(jié)性工作。 (2 2)用水方式:)用水方式: 定時用熱水定時用熱水/ /全天全天24 24 小時用熱水小時用熱水用水溫度用水溫度/ /全天總用水量全天總用水量/ /用水流量用水流量/ /用水壓力。用水壓力。(3 3)輔助能源情況)輔助能源情況 :是否要求配置輔助能源是否要求配置輔助能源/ /配置輔助
48、能源的種類(電配置輔助能源的種類(電/ /燃油燃油/ /燃氣燃氣/ /蒸汽蒸汽/ /暖氣暖氣/ /熱泵等)熱泵等)如果使用原有的輔助能源設(shè)備,應(yīng)了解設(shè)備的型號、類別,供熱方式等。如果使用原有的輔助能源設(shè)備,應(yīng)了解設(shè)備的型號、類別,供熱方式等。(4 4)其它要求)其它要求 : 管理方式,有無專人管理管理方式,有無專人管理/ /是否要求全自動控制是否要求全自動控制/ /是否要求自動計是否要求自動計量計費等。量計費等。 用戶情況與要求用戶情況與要求-原始資料核實原始資料核實太陽能系統(tǒng)的技術(shù)性相對比較專業(yè),用戶可能不能全面、太陽能系統(tǒng)的技術(shù)性相對比較專業(yè),用戶可能不能全面、清楚地表達其要求清楚地表達其
49、要求。有些用戶所表達的要求與其實際上真正有些用戶所表達的要求與其實際上真正的需要不一致的需要不一致;有些用戶所提的要求可能無法實現(xiàn)。有些用戶所提的要求可能無法實現(xiàn)。設(shè)計人員必須對用戶所提供的情況進行分析判斷,或者進設(shè)計人員必須對用戶所提供的情況進行分析判斷,或者進行現(xiàn)場考察核實,以便掌握真實客觀的第一手資料。行現(xiàn)場考察核實,以便掌握真實客觀的第一手資料。在了解了實際情況后,設(shè)計人員應(yīng)將其了解的情況向用戶在了解了實際情況后,設(shè)計人員應(yīng)將其了解的情況向用戶反饋。雙方認可后,設(shè)計人員才能根據(jù)雙方已經(jīng)確認的設(shè)反饋。雙方認可后,設(shè)計人員才能根據(jù)雙方已經(jīng)確認的設(shè)計條件和要求進行設(shè)計。計條件和要求進行設(shè)計。
50、 用戶情況與要求用戶情況與要求-正確處理客戶要求正確處理客戶要求客戶要求是我們設(shè)計太陽熱水系統(tǒng)的依據(jù)之一,有些要客戶要求是我們設(shè)計太陽熱水系統(tǒng)的依據(jù)之一,有些要求盡量去實現(xiàn),求但有的是無法實現(xiàn),應(yīng)細仔地溝通解釋,求盡量去實現(xiàn),求但有的是無法實現(xiàn),應(yīng)細仔地溝通解釋,不能一味答應(yīng)。不能一味答應(yīng)。要引導(dǎo)用戶,公正客觀地向用戶解釋太陽熱水系統(tǒng)所能要引導(dǎo)用戶,公正客觀地向用戶解釋太陽熱水系統(tǒng)所能實現(xiàn)的效果。實現(xiàn)的效果。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -基本的運行方式基本的運行方式按工質(zhì)的流動方式分類:自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)強制循環(huán)系統(tǒng)強制循環(huán)系統(tǒng)直流系統(tǒng)直流系統(tǒng)太陽熱水系統(tǒng)在實際應(yīng)用
51、中是以上某一種基本運太陽熱水系統(tǒng)在實際應(yīng)用中是以上某一種基本運行方式或某種方式為主的為主的多種運行方式的組行方式或某種方式為主的為主的多種運行方式的組合,根據(jù)現(xiàn)場的情況不同和用戶的具體要求,在設(shè)合,根據(jù)現(xiàn)場的情況不同和用戶的具體要求,在設(shè)計中要靈活應(yīng)用,以實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟、計中要靈活應(yīng)用,以實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟、節(jié)能的目的。節(jié)能的目的。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式-自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)類型1 由水箱、支架、管路和多個集熱器由水箱、支架、管路和多個集熱器等部件在工程現(xiàn)場連接成一個較大的自等部件在工程現(xiàn)場連接成一個較大的自然循環(huán)系統(tǒng)。然循環(huán)系統(tǒng)。類型
52、2 以多臺家用太陽熱水器組成的熱水系以多臺家用太陽熱水器組成的熱水系統(tǒng)。由于每臺家用太陽熱水器實際上也是統(tǒng)。由于每臺家用太陽熱水器實際上也是一個小型的自然循環(huán)系統(tǒng),因此,這種設(shè)一個小型的自然循環(huán)系統(tǒng),因此,這種設(shè)計方式也屬于以自然循環(huán)系統(tǒng)中的一類。計方式也屬于以自然循環(huán)系統(tǒng)中的一類。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-1)(1-1)1、多個集熱器與一個水箱連接組成的系統(tǒng)、多個集熱器與一個水箱連接組成的系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)是不需要外來動力,依靠系統(tǒng)流體本身的是不需要外來動力,依靠系統(tǒng)流體本身的密度差實現(xiàn)自動循環(huán)的太陽能系統(tǒng)。密度差實現(xiàn)自動循環(huán)
53、的太陽能系統(tǒng)。自然循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水箱底必須高于太陽集熱器頂自然循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水箱底必須高于太陽集熱器頂0.30m0.30m至至0.5m0.5m;由于系統(tǒng)流體本身的密度差形成的動力很小,因此必須采由于系統(tǒng)流體本身的密度差形成的動力很小,因此必須采取多種措施減小系統(tǒng)循環(huán)阻力(如:選用較大的管徑,管路取多種措施減小系統(tǒng)循環(huán)阻力(如:選用較大的管徑,管路盡量短,盡量少拐彎);盡量短,盡量少拐彎);防止出現(xiàn)反坡,造成氣堵等;防止出現(xiàn)反坡,造成氣堵等;自然循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)模一般較小,較大規(guī)模的自然循環(huán)系自然循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)模一般較小,較大規(guī)模的自然循環(huán)系統(tǒng)常常分解成多個并聯(lián)的小系統(tǒng)統(tǒng)常常分解成多個并聯(lián)的小系統(tǒng) 。
54、太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式-自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-2)(1-2)落水使用的系統(tǒng)落水使用的系統(tǒng)水 箱自 來 水集 熱 器在白天太陽能加熱期間,由在白天太陽能加熱期間,由于水箱內(nèi)的水溫達不到使用溫于水箱內(nèi)的水溫達不到使用溫度,所以不能使用。度,所以不能使用。儲熱水箱上部水溫高,下部儲熱水箱上部水溫高,下部水溫低,若水箱下部水溫未達水溫低,若水箱下部水溫未達到使用溫度,則使用熱水時,到使用溫度,則使用熱水時,需將下部未達到溫度的溫水放需將下部未達到溫度的溫水放掉,才能用上部達到溫度的熱掉,才能用上部達到溫度的熱水,因此存在能量和水資源的水,因此存在能量和水資源的浪費問題
55、。浪費問題。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式-自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-3)(1-3)頂水使用的系統(tǒng)頂水使用的系統(tǒng)自 來 水水 箱補 水 箱集 熱 器使用時,冷水從水箱下部進入水使用時,冷水從水箱下部進入水箱,而將熱水從上部頂出。箱,而將熱水從上部頂出。避免了落水系統(tǒng)的缺點,可以隨避免了落水系統(tǒng)的缺點,可以隨時使用熱水,而且冷水上水也是自時使用熱水,而且冷水上水也是自動完成,因此管理也很方便。動完成,因此管理也很方便。如果冷水供應(yīng)慢,熱水下水快,如果冷水供應(yīng)慢,熱水下水快, 就會造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水就會造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水如果沒有冷水,就無法將熱水頂如果沒有冷水,就無法將熱水頂
56、出。出。存在冷熱水混水問題,造成熱水存在冷熱水混水問題,造成熱水使用率下降。使用率下降。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-4)(1-4)自來水循環(huán)水箱M儲水箱補水箱集熱器感溫頭定溫放水式定溫放水式 當太陽能貯水箱上部水溫當太陽能貯水箱上部水溫達到設(shè)定溫度時,熱水出水管達到設(shè)定溫度時,熱水出水管上的電磁閥自動打開,熱水自上的電磁閥自動打開,熱水自動流入另外一個儲熱水箱,同動流入另外一個儲熱水箱,同時,冷水自動補入循環(huán)水箱下時,冷水自動補入循環(huán)水箱下部;當水箱上部水溫低于設(shè)定部;當水箱上部水溫低于設(shè)定溫度時,電磁閥自動關(guān)閉。溫度時,電磁閥自動關(guān)閉。這
57、種系統(tǒng)必須解決儲熱水箱這種系統(tǒng)必須解決儲熱水箱水滿溢流的問題水滿溢流的問題 ;適用于全天供熱水要求。適用于全天供熱水要求。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-5)(1-5)水箱M自來水蒸汽電加熱鍋爐感溫頭集熱器帶輔助加熱的系統(tǒng)帶輔助加熱的系統(tǒng)當陰雨天或太陽能不足時,用當陰雨天或太陽能不足時,用輔助能源將水箱內(nèi)的水加熱到所輔助能源將水箱內(nèi)的水加熱到所需溫度。輔助能源系統(tǒng)可以用電需溫度。輔助能源系統(tǒng)可以用電加熱,加熱, 也可以用蒸汽加熱,也可以用蒸汽加熱, 還還可以用燃油(氣)鍋爐加熱。可以用燃油(氣)鍋爐加熱。帶輔助加熱的自然循環(huán)系統(tǒng),帶輔助加熱的自
58、然循環(huán)系統(tǒng),可以解決僅靠太陽能加熱存在的可以解決僅靠太陽能加熱存在的熱水供應(yīng)受天氣影響的問題,達熱水供應(yīng)受天氣影響的問題,達到天天有熱水供應(yīng)到天天有熱水供應(yīng) 。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-6)(1-6)自來水水箱集熱器集熱器共一個貯熱水箱的系統(tǒng)共一個貯熱水箱的系統(tǒng)可以解決因一個系統(tǒng)采光面積過大,造成管徑過大、可以解決因一個系統(tǒng)采光面積過大,造成管徑過大、循環(huán)管過長、不便安裝的問題。循環(huán)管過長、不便安裝的問題。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(2-1)(2-1)多臺家用熱水器組成的系統(tǒng)多臺家用熱水器
59、組成的系統(tǒng)優(yōu)點:優(yōu)點:1、安裝簡單,施工方便,不需要大型號儲熱水箱,省去了因儲熱水箱的承重、安放、吊裝或制作帶來的麻煩;2、工程成本相對較低。缺點:缺點:1、多個小儲熱水箱帶來的管理和用水不便,故障點多;2、多個小儲熱水箱單位體積的散熱面積是大水箱的好幾倍甚至十幾倍,在同等保溫條件下,小水箱的散熱量明顯較大,系統(tǒng)總熱效率低;3、輔助加熱系統(tǒng)不便與整個系統(tǒng)匹配等。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(2-2)(2-2)多臺家用熱水器并聯(lián)組成的落水系統(tǒng)多臺家用熱水器并聯(lián)組成的落水系統(tǒng)自來水家用熱水器水箱上部水溫高,下部水溫低,若水箱下部水溫未達到使用水箱上部
60、水溫高,下部水溫低,若水箱下部水溫未達到使用溫度,需將下部未達到溫度的溫水放掉,才能用上部的熱水,溫度,需將下部未達到溫度的溫水放掉,才能用上部的熱水,存在能量和水資源的浪費問題存在能量和水資源的浪費問題. 各個獨立熱水器上冷水時的水力不易平衡,會出現(xiàn)有些熱水各個獨立熱水器上冷水時的水力不易平衡,會出現(xiàn)有些熱水器溢流。器溢流。太陽能系統(tǒng)常見的運行方式太陽能系統(tǒng)常見的運行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(2-3)(2-3)多臺家用熱水器并聯(lián)組成的頂水系統(tǒng)多臺家用熱水器并聯(lián)組成的頂水系統(tǒng)自來水補水箱 a) 如果冷水供應(yīng)慢,熱水下水快,就會造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水; b) 如果沒有冷水,就無法將熱水頂出。
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