山体导流塔式太阳能热气流电站能量转换研究

1绪论

1.1 能源问题及可再生能源的开发利用

1.1.1 世界能源问题

能源是国民经济发展的动力，目前工业发达国家的能源消费都以石油、天然气为主，而我国则以煤炭为主。由于世界上的石油、天然气资源储量有限；煤炭虽然是储量最丰富的矿物资源，但是煤炭的开采、运输费用较大，环境污染严重。据统计，1999年世界上化石燃料需求占年总能量需求的80％，可再生能源占14％，而核能占大约6％[1]。随着世界人口快速增长和工业的飞速发展，环境污染的加剧，能源需求不断增加；并且廉价的石油和天然气也即将耗尽，全球温室效应影响继续上升，城市污染加剧了生活条件的恶化：世界各国对清洁的新能源需求日益增加。寻求清洁能源利用新技术已成为世界上研究的热点技术之一。

1.1.2 可再生能源的开发利用

可再生能源是指那些随着人类的大规模开发和长期利用，总的数量不会逐渐减少并趋于枯竭，而是指可以不断得以补充，不断“再生”的能量资源，如太阳能、生物质能、风能、水能、海洋能、潮汐能等。由于可再生能源是取之不尽、用之不竭的，并且它对环境不造成污染或者污染非常轻微，因此大力开发可再生能源不仅可以解决世界能源危机，加速经济发展，而且还可以减少环境污染，净化人们的生活环境。无污染的可再生能源既是近期急需的补充能源又是未来能源结构的基础，目前世界上对新能源和可再生能源的开发利用已成为保证社会得以可持续发展的瓶颈问题。

1.2 太阳能的优势及其利用技术

1.2.1 太阳能的优点[2]-[4]

在各种可再生能源中，太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、水能、潮汐能都是来自于太阳能。比如生物质能是生物将太阳能储存在体内，再

通过物理、化学方法就可以将储存在生物体内的能量转化为我们所需的能源。与其他可再生能源相比，太阳能具有很多其它能源所不能具备的优点：

①储量的“无限性”

太阳每秒钟放射的能量大约是16×1023kW，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤约1892×1013千亿吨，是目前世界主要能源已探明储量的一万倍。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。

②存在的普遍性

相对于其它能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。

③利用的清洁性

太阳能同风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染。

④利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，太阳能利用不仅可能而且可行。因此，太阳能必将在世界能源结构转换中担当重任，将成为理想的替代能源。

1.2.2 太阳能利用的技术发展

目前太阳能热利用技术成熟，并已形成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。随着世界范围内环保意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但太阳能热水器具有低成本运行、安全、无污染等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐显露出来。

在太阳能热发电方面，目前应用比较广泛的有三种，即线聚焦抛物面槽式太阳能热发电技术(简称抛物面槽式)、点聚焦中央接收式太阳能热发电技术(简称塔式)及点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。这三种技术的发电原理都是利用一种类似接受器的设备——定日镜，连续不断的接受太阳辐射的能量，然后将吸收接受到的能量通过流体吸收，产生蒸汽驱动涡轮机进

行发电。目前美国已建成20多座太阳能热发电站，使整个技术达到了实用阶段。并制定了国家级阳光发电计划，列入公共电力规划，投资8亿多美元[3]。另外西班牙、以色列等国家也在太阳能发电方面取得了很大的成功[5]。在我国，中国科学院电工研究所、天津大学与上海机械学院，从70年代末期开始就进行了一定的太阳能热发电方面的应用基础研究工作。

上述的几种太阳能热发电技术已经比较成熟了，但它们设备昂贵且易损坏，使得它们的投资及维护费用相当高，在我国推广目前应该说是不太实际的。另外一种目前研究的较多的太阳能发电技术是太阳能光伏电池，但是由于太阳能电池的核心——光伏转换功能材料的价格太贵而阻碍了其推广应用。太阳能烟囱发电技术具有设备简单、投资费用低、占地面积大的特点，正好适合我国西部经济不是很宽松、太阳能资源丰富、荒地多的情况，所以这种太阳能发电技术被许多国内外能源专家所看好。

1.3 太阳能烟囱的发电技术的研究进展

1.3.1 太阳能烟囱发电技术简介

太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱以及涡轮发电机组3个基本部分所构成。太阳能集热棚在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的地面上，集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统：集热棚中间离地面一定距离处装着烟囱，在烟囱底部装有涡轮机，如图1-1所示。太阳光照射集热棚，集热棚下面的地面吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热地面和集热棚覆盖层之间的空气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，从而引起空气沿着烟囱上升，同时集热棚周围的冷空气不断进入系统进行补充，从而形成空气循环流动。当集热棚内的空气流到烟囱底部的时候，由于烟囱效应在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电。在空气流动过程中，伴随着三个能量转换的过程，首先空气被加热，太阳能转化为空气内能：由于空气在烟囱内的上升流动，内能转变为动能；当空气流到涡轮机时，气流推动涡轮机转子转动，动能又转化成我们所需的电能。

太阳烟囱发电系统综合了三种效应：温室效应、烟囱压差风力效应和热能风力涡轮机气动效应。这类系统是在一片广阔的平地上,用塑料或玻璃建成一个巨型温室(直径约5000m)，由边沿向棚顶中间向上倾斜(从3.5 m到25 m)，在中心设置一个超高烟囱，烟囱底部外环一圈(直径400m)，安置一周热能风力涡轮

机(例如18台)[6]。

在阳光照射下，温室内空气被加热。加热了的空气径向运动从外周向中心流动，并通过一根超高(大约1000 m)烟囱迅速上升，排向大气。在大尺寸这类电厂中，进入热能风力涡轮机的气流速度可达14～15 m/s，温升可达30～35℃。在烟囱底部周向安装一圈热能风力涡轮机，将热空气的动能、热能、压力能转换为机械能，再继而转变为电能。

图1-1 太阳能烟囱发电原理图

Figure 1-1 solar chimney power schematic

这种电厂的容量一般可达100～200 MW[7]。由于温室内土地具有蓄热功能，铺垫蓄热层后，在太阳落山的晚上，电厂也可以发电，从而减少了电能输出的波动。

太阳能烟囱发电,其实质属于太阳能热力发电原理。因烟囱入口空气温度(热源温度)与环境温度(冷源温度)只相差几十度，根据卡诺循环效率计算,其效率一般不会超过l2%。这种系统占地面积巨大，30 MW的电厂，需用地约700万m2。因此,这种系统比较适合地广人稀、太阳光充足的地区使用。

1.3.2 国外太阳能发电技术研究

1981年，德国和西班牙合作在西班牙Manzanares 建造了第1座SC示范电厂[8]。这座电厂的烟囱高194.6m，烟囱直径为10.3m；集热棚半径为122m, 集热棚边缘与地面的间隙为2m左右，集热棚出口处棚顶距地面8m。棚内设置了蓄热系统，可实现连续供电。白天涡轮机转速为1500r/min，输出100 kW的电量，夜间涡轮机转速为1000r/min，输出40kW的电量。之后，Haaf 等分析了Manzanares电厂的能量平衡，设计标准和费用等问题。Krisst在美国康涅狄格州建造了一座烟囱高10m，集热棚直径6m，输出功率10W 的庭院式太阳能发电装置。Lautenschlaqer等报道了Manzanares 样机运行2 年多的测试结果，并得到SC 发电技术可用于大型电厂的结论。Mullett分析了SCPP系统的总效率及在欠发达国家建造不同规模SCPP 的可行性[9]。Padki等分析了SCPP系统的传热流动特性，建立了相应的数学模型，并研究了几何和运行参数对烟囱性能的影响。Yan 等建立了包含气流质量流量、空气速度、功率输出和热流体效率的方程组，研究了SCPP的热流体特性和系统的运行机制。Lodhi 等选用太阳辐射充足的孤立沙漠地来论证SCPP的经济性。Pasumarthi等证明了SC发电技术是一种可行的能源技术，提出了一种评估热气流温度对电力输出影响的数学模型，并于1998 年在美国Florida 州的Gainesvil le建立了3 种不同形式的SC发电模型[10]，分析了太阳辐射、烟囱高度、集热棚半径对热气流温度和速度的影响，计算了系统输出功率及投资成本，同时进行了大量的试验研究。Padki等建立的用于估计SC发电系统性能的分析模型使得不同几何参数和运行参数对烟囱性能的影响。Yan[11]等建立了包含气流质量流量、空气速度、功率输出和热流体效率的方程组，研究了SCPP的热流体特性和系统的运行机制。Lodhi 等选用太阳辐射充足的孤立沙漠地来论证SCPP的经济性。

此后，Pasumarthi等证明了SC发电技术是一种可行的能源技术，提出了一种评估热气流温度对电力输出影响的数学模型，并于1998年在美国Florida州的Gainesvilile建立了3 种不同形式的SC发电模型，分析了太阳辐射、烟囱高度、集热棚半径对热气流温度和速度的影响，计算了系统输出功率及投资成本，同时进行了大量的试验研究。Padki 等建立的用于估计SC发电系统性能的分析模型使得不同几何参数和运行参数对烟囱性能的影响更易于理解。Gannon等从热力学循环的角度分析了系统的效率和循环特征，认为系统的热力学循环都是布雷顿循环，并确定了系统最大效率和输出功率的影响因素。von Backstrom[12]等提出了一种一维可压缩流动计算方法，该方法可用于计算依赖于烟囱高度、烟囱内壁的摩擦、附加损失和烟囱面积等因素而变化的所有的热动力学参数。

Cannon等介绍了SCPP涡轮机的结构设计方法，并通过试验研究改进了涡轮机的设计。Cannon等在研究单台涡轮机时，用烟囱底座作为进口导叶来产生预旋，这可以减少扩散段入口的涡轮出口动能，有助于导叶到转轮间气流的流动。von Backstrom等分析了SC中的气流压降，指出：设计巨型烟囱时，应谨慎减少支撑烟囱的轮辐数目，轮辐截面形状尽可能取流线型，尽量减小轮缘宽度，顶部支撑轮辐离烟囱气流出口要尽可能远。von Backstrom提出了一种巨型烟囱中气流垂直压力、密度随Mach数分布的计算方法。Bernardes等采用热网络方法评估了烟囱性能和各种外界因素、结构尺寸对电力输出的影响，结果表明，烟囱高度、涡轮压降、集热棚的采光面积和光学特性都是烟囱设计的重要参数。von Backstrom等导出了说明各种参数对涡轮机效率影响的分析方程。Pastchr等利用Fluent软件对西班牙电厂模型进行数值模拟，将集热棚、涡轮、烟囱和蓄热层作为一个整体来研究。Papaqeorqiou提出了漂浮SC新结构，分析了这种电厂的功率输出、效率及外部风对漂浮SC的影响。Seraq-Eldin提出了大气环境风对SC性能影响的计算模型。

Bilqen等对高纬度地区的SC系统进行设计与评估，认为沿着适当山坡建造的集热棚可起到烟囱作用，这样烟囱垂直高度可降低。Seraq-Eldin建立了质量、能量和动量守恒的偏微分方程组及紊流两方程的计算模型，分析了结构参数和涡轮机特性对SCPP 性能的影响。Seraq-Eldin指出，可把SCPP建造在陡峭山坡或悬崖的高山上，这样可减少烟囱的垂直高度，降低建造成本。Kirstein 研究了气流通过集热棚至烟囱过渡段时的压力损失系数、平均出口涡角度等，指出：过渡段的气流压力损失会降低气体流经涡轮机的压力，从而会减少涡轮机的输出功。同时，Kirstein 等还建立了过渡段压力损失系数与集热棚高度和入口导叶部分叶片转角之间的半经验公式。von Backstrom[13]等提出了在最大流动功率条件下，寻找涡轮压降与电厂可获得的压降最佳比值的2种分析方法。Denantes 等提出并验证了相对旋转涡轮机组在设计性能与非设计性能下的效率模型，结果表明，与单台运行的涡轮机对比，没有进口导叶的相对旋转涡轮机组具有较低的设计效率和较高的非设计性能。Papaqeorqiou的研究结果表明，20MW 以上的漂浮SCPP，其建造、维修和运行费用较低,比混凝土SCPP具有显著的价格优势。Ninic对SCPP不使用高大固体烟囱条件下，对热气流获得潜能的最大利用因子进行了讨论，结果表明，在集热棚中获得的可用能的一部分可使涡轮机上部空气柱中的旋风运动得到保证，并且能够起到固体烟囱的作用。Pretorius 等就集热棚玻璃的质量、厚度、反射率、发射率、形状、绝缘性，集热棚支撑

架的横截面，各种地面类型，地表面粗糙度、吸收率、发射率，涡轮组和烟囱支撑轮辐的损失系数、环境压力和气温等对大型SCPP性能的影响进行了分析，结果表明，集热棚材料的绝缘性、反射率、发射率、环境气温，地面吸收率、发射率是主要影响因素。Atit等认为，可依据相似原理来进行小型SCPP的试验研究。Clever等提出了在南非博茨瓦纳进行SC电力生产的规划，并针对微型SC系统进行了试验研究,重点进行了热气流速率、温度以及太阳辐射的测试。Fluri等对SCPP涡轮机的模拟方法和布置方案进行了比较，结果表明，模拟方法的微小改进对SCPP涡轮机的性能预测有显著影响，不同的布置方案对其性能也会产生不同的影响，相对旋转涡轮机组布置方案可产生最高效率，但速度较低时，对于相同的功率输出，可出现不合要求的大扭矩。

1.3.3 国内太阳能烟囱发电技术研究

国内由于受到技术和资金等因素的影响，SC发电技术的研究起步较晚。

2000年,华中科技大学成立了“太阳能热气流发电技术研究中心”。2002 年，华中科技大学建造了国内第1 座小型SC发电实验装置。之后，潘垣等进行了SC发电试验研究，并对SC发电装置内热气流的温度场和流场进行了数值模拟. 卫军等研究了大型SCPP烟囱的结构特性以及在中国建造大型SCPP的可行性.代彦军等对SC发电技术在宁夏地区应用的可行性和方案进行了研究[14]。葛新石等对SC发电系统的热力学不完善性进行了分析，指出SC发电实质上是太阳能热发电，受到热力学定律的制约，作为系统热源的热空气温度很低，即使在理想条件下，系统发电效率也难超过1%。明廷臻等分析了SCPP的热力学循环和流动特性，提出了系统能量利用度的概念。刘伟等对MW级SCPP内部温度、压力和速度分布进行了数值模拟,分析了涡轮机负荷对SC抽力和系统发电量的影响.周新平等利用Fluent软件对SC发电装置内的气流进行了数值模拟，获得了SC发电装置内气流流速、温度等的分布特性。明廷臻等对SCPP系统的内部运行机制进行了研究，提出了系统相对压力的概念，导出了系统的抽力表达式。Ming等根据抽力表达式导出了精确的系统最大输出功率和系统最大能量转换效率表达式，并通过数值模拟和前人的试验结果验证了其理论分析的正确性。明廷臻等根据相对压力概念，建立了SCPP系统的新的数学模型，并根据系统相对压力的分布特点来确定涡轮布置的最佳位置。

另外，周新平等提出了依山建造SC的构想。理论分析结果表明，斜体SC 发电系统的总发电功率和总效率比相同垂直高度的直立SC发电系统略低，但可

以节省大量的工程费用。毛宏举等应用计算流体动力学方法分析了烟囱、集热棚对SC发电系统效率的影响。彭维等采用文献的数学模型，对西班牙SCPP模型进行了数值模拟，分析了其流场和温度场，并据此对原始模型进行了优化计算[15]。马悦等对SC发电系统的主要设计参数进行了计算，得到了SC发电系统内气流速度的最大值,同时讨论了影响SCPP发电功率的主要因素，分析了将SC 建造在山坡上的可行性。张楚华应用热力学方法建立了SC发电系统中集热棚、烟囱及风力涡轮的热气流能量转换过程的理论模型及求解方法。卢峰等建立了集热棚的热物理模型，分析了集热棚各部分的传热过程和集热棚效率的计算方法。Zhou等通过试验测量研究了SC发电装置内热气流温度分布，发现高温天气和低温天气日出后，在烟囱后段都会出现气流温度的倒置现象。Zhou等利用改进的数学模型,模拟计算了不同太阳强度、集热棚面积和烟囱高度时的稳态功率输出。Ming等对包括涡轮机在内的整个SC发电系统进行了数值模拟。吴本英等针对由1km高的导流烟囱底部开洞引起的边界挠动问题，分析了挠动荷载变化及正反对称边界条件下的SCPP超高耸导流烟囱的边缘效应。张华等研制出了SC发电系统的空气集热器试验装置，并利用该装置进行了变太阳辐射强度、变空气流量以及环境温度对空气集热器的热量影响试验。明廷臻等对SC 发电系统合蓄热层中的传热与流动特性进行了数值模拟，建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部的传热流动数学模型，分析了太阳辐射对蓄热层蓄热性能的影响。Zhou[16]等通过理论模型分析，提出了为避免SC后段出现负浮力的最大SC 高度以及为获得最大功率输出的最佳SC高度。

1.4 太阳能烟囱发电技术的特点

太阳能烟囱发电技术具有以下特点：

①设备较其它发电技术简单，而且运行费用低

太阳能烟囱发电设备简单，只需太阳能集热棚和太阳能烟囱，以及涡轮机组。太阳能烟囱发电的效率随着集热棚面积的增加和烟囱的增高而提高，所以为了得到更好的效率和经济性，修建大规模的电站是必须的。一旦电站建成，这种电站将运行很长时间。烟囱本身将用100年或更长的时间。由于运动部件很少，所以这种电站的维修费用很低。作为主要运动组件的涡轮将安装在稳定的空气流中，因此比安装在不能预期的阵阵狂风中的风力涡轮机所承受的应力小的多。当地的工程技术人员不需要外国顾问的帮助就应该能够运行和维护这

种电站[2]。

②太阳能来源广泛，更适合于人口稀少的地区

地球上的太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/m2．a]和全年日照总时数表示，就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或目照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在3.3x103～8.4x106 [kJ/m2．a ]之间，相当于2.4×104亿t标准煤，属太阳能资源车富的国家之一。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h，太阻辐射量在5×106 kJ/(m2·a)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数据为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其它地区为资源较富和中等区。

③良好的环境效应，不会污染环境

太阳能烟囱发电技术具有良好的环境效应，不会产生化石能源所带来的SO2、NOx等气体物，并且也不会产生CO2、CH4等温室效应气体。

④改善与调节楼房建筑的通风环境[17]

泰国King Mongkut's大学的Khedari Joseph等对太阳能烟囱通风对室内温度波动和学校建筑物内空气变化的影响进行了研究。这项研究的目的是为了用试验方法对太阳能烟囱两项性能进行考察，一是太阳能烟囱通过自然通风减少房间的热吸收的可行性，二是在一定通风速度条件下空洞(比如门、窗户、太阳能烟囱入口)的影响。试验表明，当使用太阳能烟囱通风系统时，房间温度接近于周围环境的温度。这表示太阳能烟囱在减少房间的热吸收和保证热舒适度方面有很好的性能。开窗和门的效果比用太阳能烟囱的效果要差，并且房间和周围环境的温差比用太阳能烟囱的房间和周围环境的温差要大。

AboulNaga M.M．和Abdrabboh.S.N．[18]提出了一项关于墙一屋顶复合的太阳能烟囱，进行在夜间提高建筑物通风的研究。他们用一个电子表格计算机程序来进行变参数的研究以得到墙一屋顶的最优结构。计算结果表明，当平均太阳辐射强度为850W/m2的时候，单独一个太阳能烟囱屋顶可以引起0.81m3/s的空气流率，引起的最大空气速率可达 1.1m/s。计算结果表明，当烟囱高度在1.95~3.45m之间变化时，所引起的空气流速是单独屋顶烟囱的三倍多，而单独烟囱的空气速度为0.81-2.3m3/s，最大的空气流率为2.3m3/s，发生在墙高的3.45m 处。建筑物上使用太阳能烟囱是一种提高自然通风的方法，并且由于太阳能烟囱的使用，可以提高室内空气的质量。这种太阳能烟囱除了南面的墙被玻璃窗

替换了以外，其它都和传统的烟囱很相似。这种太阳能烟囱已经得到了实际的应用，例如，为了比较和传统的烟囱性能上的不同，西班牙波尔图已经建立了两个太阳能烟囱并用试验观察了两个烟囱的测试结果，结果表明用烟囱的建筑物室内的通风条件明显比不用烟囱的室内空气质量好。

研究表明，太阳能烟囱在生态体系中能起到改善环境的作用。随着社会的发和人们生活水平的提高，人的健康状况和舒适度已经被作为进行室内环境评估重要的两个参数。在发展中国家，由于财力限制，采用昂贵的技术来改善室内境是非常困难的。而太阳能烟囱造价便宜，如果能在发展中国家采用太阳能烟来改善室内环境，将是经济可行的。利用太阳能烟囱的被动制冷技术，能够削影响健康的污染物。

另外在城市人口密集的地区，可以将太阳能烟囱建立在建筑物的顶部，用于改善和调节建筑物通风，消除局部污染物的聚集。

1.5 山体导流塔式太阳能热气流电站

随着社会生产力的发展，能源短缺、温室效应和环境污染已成为全球性问题。寻求清洁能源利用新技术已成为世界上研究的热点技术之一。太阳能作为一种清洁的可再生能源对人类来说几乎是取之不尽，用之不竭的。太阳能烟囱发电技术是将太阳能通过发电站大规模输出为工业用电的一项新技术。而山体倒流塔式太阳能热气流电站因具有特殊性和对特殊地形的适应性使其更具有发展前途。

普通太阳能热气流电站适合人口稀少，土地面积大的地区。这在土地紧张或是山地地形地区是难于实现的。如果能够充分利用地形，在多山地区建立依托山体的太阳能热气流电站，将能够更好的实现对太阳能的开发利用。斜坡式热气流电站模型如图。

图1-2 斜坡式太阳能烟囱原理图

Figure 1-2 Slope solar chimney schematic

1.5.1 山体导流塔式太阳能热气流电站提出背景[19]

从1982年在西班牙Manzanares附近的沙漠地区建立世界上第一座太阳能烟囱实验性电站起，太阳能热气流发电系统经历30多年的发展，在理论与模型研究方面均取得较大的进展。但是，太阳能热气流发电技术还存在以下不足：1）集热棚的透明材料不具有自洁功能，若被尘土覆盖会导致透射率降低，影响对太阳辐射的吸收，因此需要定期清洗。

2）对于超高烟囱的建造以及防风防震等技术需要进一步研究。

3）系统的总转化效率低，为达到一定的发电规模，降低单位发电量的成本，需要占用较大面积的土地。

4）在中高纬度地区，太阳光不能垂直入射系统中的集热棚，降低系统吸收的太阳辐射总量，进而对系统总效率产生不利影响。为了克服以上所述的缺点，2005 年，E. Bilgen 与J. Rheault提出了斜坡式太阳能热气流发电系统，认为在高纬度地区坡度适当的阳面山坡建造集热棚更有利于提高太阳能的利用率，并且可起到部分烟囱的作用，从而降低垂直烟囱的高度。雨天时，雨水沿集热棚而下，具有自清洁的作用。

目前，斜坡太阳能热气流发电系统的研究仍停留在理论分析上，还未进行过实验研究。在此背景下，本文将对山体导流塔式太阳能热气流电站的能量转换进行研究。

1.5.2 山体导流塔式太阳能热气流电站的优点

与普通热气流电站相比，山体导流塔式热气流电站具有如下优点：

①更适合土地资源紧张，或是山区地形的地区。

山体导流塔式太阳能电站可以有效依托地形，更好的融入多山地区的环境中，更能充分利用空间，使得对太阳能的利用实现最大化。

②可以获得更大的太阳能入射辐射。

在中高纬度地区，普通太阳能热气流电站的平面集热棚不能使太阳直射，从而降低了太阳辐射的利用率，而与地面成一定倾角的斜坡集热棚使得太阳入射角更接近直角，这更有利于对太阳辐射的吸收。

③倾斜的集热棚具有烟囱抽吸作用，可以强化气流的流动。

1.6 论文主要研究内容

基于上述太阳能热气流发电系统的研究背景，针对系统的基本特征以及国内外关于系统的热动力学研究工作中存在的一些问题，本论文集中对山体导流塔式太阳能热气流发电系统的热力学理论、能量转换、及系统效率进行分析研究。

①通过对国内外的研究文献进行综述，论述国内外研究现状及进展。

②对山体导流塔式太阳能热气流电站的热力循环过程进行分析，分析各个热力过程的热力参数变化，推导电站热效率，轴功率等参数，对理论情况下和实际情况下的电站运行工况进行对比分析。

③阐明山体导流塔式太阳能热气流电站的能量转换机理。分析系统能量和转换利用效率极限，提出能量连续利用的衡量标准，并对系统的效率进行分析。

④对山体导流塔式太阳能热气流电站的结论及展望。

2 山体导流塔式太阳能热气流电站的热力循环过程

2.1 概述

太阳能热气流发电系统的基本热力学过程是：地面环境的空气流经集热棚吸收太阳辐射能成为具有温升和动能的热气流；热气流在透平流道中膨胀做功推动涡轮发电机组发电；上升的热气流在烟囱中继续膨胀并被排出到高空环境；具有余速和余温的排气在大气环境中继续释放能量与高空环境相平衡；最后经可逆绝热过程回复到地面空气状态，由此完成热力循环。

本章主要分析论述常规太阳能热气流电站和山体导流塔式太阳能热气流电站的热力循环，并对二者的联系与区别进行分析对比，另外，还将对理论状况与实际状况下的热力循环进行分析论述。

2.2 常规太阳能热气流发电系统热力循环

2.2.1 常规电站理想状况热力循环

在常规太阳能热气流电站中，假设所有的流动元件是理想的，各个热力过程都是无能量损失的准静态过程，工作介质为干燥的空气。图（2-1）给出了太阳能热气流发电的理想热力循环过程。空气在集热棚中经太阳能辐射加热过程2-3中获得热能，之后用来驱动风力透平机组做功(透平膨胀过程3-3te)、克服热气流上升过程中的重力势能(烟囱膨胀过程3te-4)及不可壁免地向冷源高空大气排放热量(余温排放过程4-1)．最后周围大气在重力作用下向地面聚集(重力压缩过程1-2)，进入集热棚，完成热力循环过程．因此太阳能热气流发电的热力循环过程本质上是一个热机循环过程[20]。

电站热效率定义为：

shaft

coll P Q η= (2-1)

其中c o ll Q 为单位时间集热棚内空气所吸收的净热量，shaft P 为风力透平功率：

32()coll p Q m

c T T =- (2-2)

3334()()shaft p te p p g z P m c T T m c T T c ?=-=-- (2-3)

其中m

为系统的质量流量，p c 为定压比热，g 为重力加速度，z ?为烟囱

图2-1常规太阳能电站T-S 图

Figure 2-1 Conventional solar power station T-S diagram

高度。将（2-3）代入（2-1），并利用理想等熵性质4

132T T T T =，得到热效率的简化

形式：

334232322(1)()p p p T g z g z T T c T c g z

T T T T c T η??---?===-- （2-4）

利用关系（2-1），（2-2）和（2-4），得到风力透平的轴功率及轮缘功的简化形式为：

322()shaft coll p g z P Q m c T T T η?==- （2-3a ）

3

2(1)s h a f t u P T L g z m T ==?- （2-5）

可以看出，在理想情况下，太阳能热气流电站的热效率与烟囱高度成正比，地面温度成反比：轮缘功与高度成正比，温升成正比，而温升与集热棚的直径有关。因此要大规模高效地利用太阳能热气流资源，需要使用大尺寸系统，采用高落差烟囱和大直径集热棚。

2.2.2 常规电站实际热力循环

理想热力循环是忽略了循环过程中的能量损失，而实际热力循环过程中总是伴随着能量损失。一是空气上升过程中克服重力消耗的内能；二是当热气流经过风力发电机时，热能向机械能转换过程中，出现流动摩擦损失和冲击发电机造成的损失；三是由于流道内壁面的不光滑，造成内壁摩擦损失；四是在系统出口处，余温余速的排放使一部分气流流入大气中，造成能量损失。下图给出有损失的热力循环过程，假设集热棚加热过程中的滞止压力相等，并用滞止参数表示状态变化过程。

透平膨胀损失用透平效率表示：

3333'a turb a T T T T η-=- （2-6）

忽略烟囱出口的二次流，则动能损失为：

23442b p K E T T C c α=-=

（2-7） α与主流速度分布剖面有关，对于1

7幂次湍流速度分布， 1.058α=。

烟囱内能量损失系数为： 33'

34b b b T T k T T -=- （2-8）

从图中可以看出，在有损失情况下，风力透平轴功率为：

()()3434shaft p b p g z P m c T T T T c ???=----??????

（2-9）

图2-2 实际状况下太阳能电站T-S 图

Figure 2-2 Solar power station T-S diagram

in the actual situation

其中

2

342420.25b p chim m T T c D αρπ??

-= ???

（2-10） 4

44

P R T ρ=

（2-11） 1

141

142

32221p P P T g z P P P P T c T γ

γγγ--?

?

??

?==?=- ? ? ?????

（2-12） 为了确定轴功率，需要求出烟囱尾气排放温度L ，根据热力性质： ()'

''

'''

33443334''3333,,b b b b b b b a a

T T T T T T k T T T T T T ===--

（2-13） 得到关于4T 的二次方程：

()'

2''34333310a b a b a kT T k T T T T T +--=

（2-14）

有物理意义的解为：

42T a = （2-15）

进而得到其它参数：

()3323443333,,2a b z a b a p p turb T T g z T T C T T T T c c αη-?=+=+=- （2-16）

2.3 山体导流塔式太阳能热气流电站热力循环

2.3.1 山体导流塔式太阳能电站理想循环

在理想状况下，山体导流塔式太阳能电站循环T-S 图如下所示。与常规太阳能电站结构不同，山体式太阳能电站由依靠山体的倾斜集热棚来吸收太阳热量，由于具有一定的倾斜度，集热棚同时充当一部分的烟囱抽吸作用，图中(2-3’)过程为从集热棚入口至烟囱入口处，空气吸收太阳热能升温并上升至集热棚顶端，(3’-3te)过程则为热空气经过风力透平将热能转化为动能的过程，做过功的空气温度降低，经由烟囱克服重力势能排放至大气（3te-4）温度降至4点，然后在大气中等压放热冷却至1点，最后经过重力压缩过程回到集热棚入口状态，由此完成热力循环。

与常规太阳能电站不同，山体导流塔式在集热棚中的吸热过程并非等压过程，由集热棚入口至烟囱底部过程中，空气吸收太阳热量的同时将克服重力势能做功，并且3’点压力低于2点，空气将对外膨胀做功。因此，3’点的空气温度将低于3点，而太阳能烟囱的热力循环实际上是热机循环，做功前后的温差越大越接近朗肯循环热效率，故相同状态下，山体导流塔式太阳能热气流电站的循环效率将较常规太阳能电站效率要小一些[21]。

图2-3 山体导流塔式电站T-S 图

Figure 2-3 T-S diagram of the mountain diversion tower power plant

电站热效率定义为：

shaft

coll P Q η= （2-17）

其中coll Q 为单位时间集热棚内空气所吸收的净热量，shaft P 为风力透平功率：

32()coll p Q m c T T =- （2-18）

3'3()shaft p te P m c T T =- （2-19）

在集热棚内由能量守恒：

323'2()'()p p m c T T m g z m c T T --?=- （2-20）

其中其中m

为系统的质量流量，p c 为定压比热，g 为重力加速度，z ?为烟囱高度，'z ?为集热棚高度。整理上式，并利用理想等熵性质

4132T T T T =得到热

效率的简化形式：

34322(')(')

p p g z z T T c g z z T T T c η?+?--?+?==- （2-21）

利用关系（2-18），（2-19）和（2-21），得到风力透平的轴功率及轮缘功的简化形式为：

322(')()shaft coll p g z z P Q m c T T T η?+?==- （2-22）

3

2(')(1)shaft u P T L g z z m T ==?+?- （2-23）

可以看出，在理想情况下，山体导流塔式太阳能热气流电站的热效率同样与烟囱高度成正比，地面温度成反比：轮缘功与高度成正比，温升成正比，而温升与集热棚的直径有关。

2.3.2 山体导流塔式太阳能电站实际循环

同常规太阳能电站相比，山体导流塔式太阳能热气流电站具有相同的能量损失类型，即一是空气上升过程中克服重力消耗的内能；二是当热气流经过风力发电机时，热能向机械能转换过程中，出现流动摩擦损失和冲击发电机造成的损失；三是由于流道内壁面的不光滑，造成内壁摩擦损失；四是在系统出口处，余温余速的排放使一部分气流流入大气中，造成能量损失。不同之处在于，山体导流塔式太阳能电站的集热棚是具有一定倾斜角度的梯形或是扇形流道。因此在集热棚内，热空气上升并被逐渐加热升温升速的同时也会不可避免的产生能量损失，包括空气上升克服重力消耗的内能和流道内壁的摩擦损失。

2.4 本章小结

对普通太阳能热气流发电系统和山体导流塔式太阳能发电系统内不同区域工质的流动分别进行了热力学分析，建立了工质自集热棚进口至烟囱出口最后返回集热棚进口整个流动过程中形成的热力循环，建立了理想循环效率、实际循环效率数学模型。得出以下结论：

（1）在理想情况下，太阳能热气流电站的热效率与烟囱高度成正比，地面温度成反比：轮缘功与高度成正比，温升成正比，而温升与集热棚的直径有关。因此要大规模高效地利用太阳能热气流资源，需要使用大尺寸系统，采用高落

差烟囱和大直径集热棚。

（2）在实际情况下，太阳能热气流电站的热力循环将伴随着多种能量损失，由两个T-S图中可以发现，在实际循环中，循环效率有所下降，风力透平输出功率也将减少。

（3）与普通太阳能热气流电站相比，山体导流塔式太阳能电站由于集热棚充当一部分烟囱的作用，空气到达风力透平时将克服重力势能做功并有一定程度的膨胀，因此同等条件下，透平功率将有所降低。但由于在一定纬度地区，集热棚倾角将增大对太阳热能的吸收量，故对太阳能的吸收效率会比普通太阳能电站高。

（4）在理想情况下，山体导流塔式太阳能热气流电站的热效率同样与烟囱高度成正比，地面温度成反比：轮缘功与高度成正比，温升成正比，而温升与集热棚的直径有关。

苏科初中物理九下《18.4能量转化的基本规律》word教案 (3)

四、能量转化的基本规律 学习要求 1．知道能量守恒定律。能举出日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的分析物理现象的意识。 2.初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。 3.讨论和分析两个具体的永动机设计方案，说明永动机是不可能的。 学习指导 1．能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。一切有能量转化或转移的场合，大到宇宙、小到原子核内部，也不论是生物、化学还是物理、地质现象，都遵守能量守恒定律。自然界中能的总量保持不变，但是对于某一物体可能改变。 2．能量转化和转移的方向性：热量只能从高温物体转移到低温物体，不能相反，具有方向性，否则就要消耗其他的能。不是什么能源都可以利用，能源的利用是有条件的，也是有代价的，有的东西能成为能源，有的则不能。虽然能量在转化和转移的过程中是守恒的，但具有方向性，因此我们一定要节约能源。 典型范例 例题市场经济的今天，一些厂商一改过去“酒香不怕巷子深”的做法，纷纷对产品进行广告宣传。可是有些厂商在广告上弄虚作假，夸大其词，欺骗消费者。如某品牌电热水器这样写道：“我厂电热水器功率只有55W，烧开一瓶水只需5min，节钱省电，最适合普通家庭使用。”这则广告可信吗？ 精析：电热水器烧开水，是电能转化为热能被水吸收的过程。方法一：根据题意求出电热水器所产生的热能，再利用热量公式，算出这些热量能够烧开多少质量的水，与事实进行比较，判断信息是否可信；方法二：先求出电热电热水器所产生的热能，再估算出烧开一瓶水所需要的热量，两者进行比较，判断信息是否可信，判断的依据是能量守恒定律。 全解：方法一：电热水器产生的热能为W=Pt=55W×5×60s=1.65×104J。 假设一般情况下烧开水是把水从20℃加热到100℃，则这些热量可以烧开的水的质量m＝ Q c△t ＝ W c△t ＝ 1.65×104J 4.2×103J/（kg·℃×（100℃-20℃）） ＝0.049kg。

太阳能电池物理学习题答案

1.电子空穴对的产生以及复合：太阳能电池通过吸收光子提供一电子-空穴对的最小的激发能量Eg，把电子从价带碰撞进入导带，这样就产生了电子-空穴对。电子-空穴对能够在半导体中产生，也可以复合在半导体中消失。辐射复合是电子-空穴对产生的反过程（即一个电子从导带到价带中未被占领的状态跃迁，同时释放能量。 2.P_N结伏安特性曲线： 3.异质结：在电子和空穴的分离过程中，电子流向左方N型半导体，空穴流向右方P型半导体。此时，电子的电化学势能以及电子的费米能级朝右方衰减，此时，也存在着向错误方向的传输，即电子流向右方p型层，和空穴流向左方n 行层，于总电流相关的电科电流减少。而要解决这一问题需要一种结构。吸收半 导体位于中间，两侧分别拥有大的能隙，并且具有不同的电子亲和能。这种结构 叫做异质结。 4.非晶硅薄膜太阳能电池：一.优点：制作工艺简单，在制备非晶硅薄膜的同时就 能制作pin结构。可连续大面积自动化批量生产。非晶硅太阳能电池衬底材料可 以是玻璃，不锈钢等，因而成本低。可以设计成各种形式，利用集成型结构，可 获得更高的输出电压和光电转换效率。薄膜材料是用硅烷SiH4等的辉光放电分 解得到的，原材料价格低。缺点：初始光电转换效率较低，稳定性较差。二.a-Si 太阳能电池效率低的原因：1）a-Si材料的带隙较宽，实际可利用主要光谱域是 0.35-0.7Um波长，相对的较窄。2）电池开路电压与预期相差较大。迁移边存 在高密度的尾态。材料多缺陷，载流子扩散长度很短。3）a-Si材料隙态密度较高，载流子复合几率较大，二级管理向因子通常大于二，与n=1的理想情况相差较大。4）电池P区和N区的电阻率较高。TCO/p-a-si或者n-a-si接触电阻较高，甚至存在界面壁垒，带来附加的能量损失。 结构：非晶硅太阳能电池是以玻璃，不锈钢及特种塑料为衬底的电池，结构如图所示。为了焦山串联电阻，通常用激光器将TCO膜，非晶硅（a-Si）和铝电极膜分别切割成条状。非晶硅薄膜的制备：把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10～1000P 的反应室中，由于射频(RF) 电场的作用，产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。 5.影响太阳能转化效率的因素：能隙——半导体能隙在1eV到1.5eV之间对太阳能电池是适合的 6.光生伏打效应：当太阳光或其他光照射到太阳电池上的时候，电池吸收光能，产生电子-空穴对，在电池内建电场的作用下光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的累积，即产生光生电压，这就是光生伏打效应。

塔式太阳能热发电站工作原理

2塔式太阳能热发电系统就是在空旷得地面上建立一高大得中央吸收塔,塔顶上安装固定一个吸收器,塔得周围安装一定数量得定日镜,通过定日镜将太阳光聚集到塔顶得接收器得腔体内产生高温,再将通过吸收器得工质加热并产生高温蒸汽,推动汽轮机进行发电。 3图示可以说为塔式太阳能热发电系统工作流程示意图。 对各个部件进行说明。 冷凝器:发电厂要用许多冷凝器使汽轮机排出得蒸汽得到冷凝,变成水，重新参加循环。 不同颜色得线条表示不同温度得工质。 4在大面积聚光方法中,与槽式聚光方式相比,塔式聚光有以下优点: 1)槽式得聚光比小,一般在５0左右,为维持高温时得运行效率,必须使用真空管作为吸热器件。而塔式得聚光比大,一般可以达3００到150０,因此可以使用非真空得吸热器进行光热转换,热转换部分寿命优于依赖于真空技术得槽式聚光技术。 2) 由于有大焦比,塔得吸热器可以在５０0℃到1５00℃得温度范围内运行,对提高发电效率有很大得潜力。而槽式得工作温度一般在400℃以内，限制了发电透平部分得热电转换效率。接收器散热面积相对较小,因而可得到较高得光热转换效率。 ５.塔式太阳能热发电系统得组成按照供能得不同主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统(热交换系统) 、发电系统3部分组成。 定日镜场系统实现对太阳得实时跟踪,并将太阳光反射到吸热器。 位于高塔上得吸热器吸收由定日镜系统反射来得高热流密度辐射能,并将其转化为工作流体得高温热能。 高温工作流体通过管道传递到位于地面得蒸汽发生器,产生高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电。 由于太阳能得间隙性，必须由蓄热器提供足够得热能来补充乌云遮挡及夜晚时太阳能得不足,否则发电系统将无法正常工作。 ６大汉兆瓦级太阳能塔式热发电站由集热岛、热能储存岛与常规岛构成。集热岛包括定日镜场、吸热器系统与吸热塔。 吸热器为过热型腔式吸热器,吸热塔高１18 m,过热型腔式吸热器安装在吸热塔9２m 标高处。热能储存岛由高温子系统、低温子系统组成,高温蓄热工质为导热油。低温子系统就是1 个100 ｍ3得饱与蒸汽蓄热器,工质为饱与水蒸气。常规岛由1 台8、4 t/h 得燃油辅助锅炉与1、5 兆瓦得汽轮发电机组构成。 ?热力循环过程包括两个方面：

太阳能热利用技术概述

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。 2.1 太阳能集热器

四、 能量转化的基本规律

[第十八章四、能量转化的基本规律] 一、选择题 1．下列关于能量的转化和守恒的说法中，错误的是() A．高山上滚下的石块越来越快，说明重力势能转化为动能 B．酒精燃烧时，将化学能转化为内能 C．发电机发电时，将机械能转化为电能 D．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 2．近年来，我国沿海地区利用潮汐现象建成了潮汐能发电站，其原理就是利用海水的流动来推动发电机工作．从能量转化的角度来讲，潮汐能发电是将() A．海水的机械能转化成电能 B．海水的化学能转化成电能 C．电能转化成海水的势能 D．电能转化成海水的机械能 3．单摆在振动过程中，摆动幅度越来越小．在这个过程中() A．能量逐渐消失 B．动能转化为势能 C．机械能守恒 D．总能量守恒，机械能转化为其他形式的能 4．下列关于能量转化或转移过程的说法中正确的是() A．摩擦生热的过程是不可逆过程 B．所有能量守恒的过程都能自发地发生 C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 D．任何能量间的转化和转移都必须遵守守恒定律，任何两种能量间都可以自发地相互转化 5．下列有关能或能源的讨论中，你认为错误的是链接例2易错警示() A．人类社会面临能源危机，总有一天能量会被消耗殆尽 B．煤、石油、天然气的储量有限，人类将面临能源危机 C．很多传统能源已走向枯竭，但我们可以开发新的能源 D．太阳能、风能、水能、潮汐能是取之不尽的

二、填空题 6．指出下列现象中能量的转化或转移情况： (1)气体膨胀做功：___________________________________________________________； (2)植物进行光合作用：________________________________________________________； (3)燃料燃烧：_____________________________________________________； (4)风吹动帆船前行：______________________________________________________. 7．在公路上疾驶的汽车急刹车时，车轮停止转动，此时轮胎表面温度会急剧升高产生冒烟现象，并在地面上留下黑色痕迹，在此过程中是__________能向________能转化．8．原子核是由质子和________构成的．电动机将______能转化为其他形式的能．电能可以使电灯发光，同时产生内能散失到空气中，但这些内能却无法自动地转化为电能，这说明能量的转化或转移是有________的． 9．一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1 kW，制冷能力为1.2×104 kJ/h，制热能力为1.3×104 kJ/h.这样，该空调在制热时，每消耗1 J电能，将放出3 J的热量，是指标错误吗？答：________；能量守恒吗？答：________． 10．如图17－K－1所示是某科技馆的一台“永动机”，由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水后因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后形状记忆合金迅速复原．关于该“永动机”，下列说法正确的是() 图17－K－1 A．科技发展制造出了永动机 B．转动会使水温升得更高 C．记忆合金是一种新型化合物 D．水的内能转化为转轮的机械能

太阳能原理

太阳能原理 太阳能是指太阳光的辐射能量。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。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。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。 利用太阳能的方法主要有： * 使用太阳电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能 * 使用太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水 * 利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电 * 利用太阳能进行海水淡化 太阳能原理很复杂，一般可以用半导体来实现光电转换。而且现在的转换效率越来越高。现在，太阳能的利用还不很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。 目前，全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特（Buerstadt），面积为四万平方米，每年的发电量为450万千瓦。 利用太阳能原理发电的系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为： （一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本； （二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项； （三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

(整理)大物实验太阳能电池.

实验62 太阳能电池特性研究 根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 【实验目的】 1． 太阳能电池的暗伏安特性测量 2． 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3． 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4． 太阳能电池的输出特性测量 【实验原理】 太阳能电池利用半导体P-N 结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N 结，图1为P-N 结示意图。 P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由 电子。N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N 结时，N 区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正 电）向N 区扩散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N 结的净电流为零。在空间电荷区内，P 区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。 当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子－空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N 区和P 区，使N 区有过量的电子而带负电，P 区有过量的空穴而带正电，P-N 结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N 结两端接入外电路，就可向负载输出电能。 在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图2实线所示。 负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电流。 负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。 太阳能电池的输出功率为输出电压与输 出电流的乘积。同样的电池及光照条件，负载电 阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以 输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的 P-V 曲线如图2点划线所示。 输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大 输出功率P max 。 填充因子F.F 定义为： sc oc I V P F F ?=?max （1） 空间电荷区 图1 半导体P-N 结示意图 I V

184能量转化的基本规律

四能量转化的基本规律 【设计意图】 本节内容是对本章及以前所学物理知识从能量的观点进行了一次综合、深化和再认 识?教材首先分析自然界中各种能量之间的转化，揭示它们之间的本质联系：能量，并分析 一系列熟知的能量转化的事例，指出能量的转化与守恒. 最后阐述了能的转化与守恒定律的普遍性和重要性. 能量守恒定律是一个实验规律，列举能量转化的实例，是学生理解和掌握能量守恒的基 础，因此在教学过程中要充分利用学生已知知识，对这些实例中的能的转化进行具体分析. 在教学过程中，强调定律的两个方面：转化与守恒.另外还要强调该定律的普遍性和重要性，可列举19世纪的自然科学史对学生进行教育. “能量转移和转化的方向性”是本节教学的一个难点. 教学时借助学生熟悉的生活实例介绍，并帮助他们初步了解有关知识?教材中是以“水往低处流（黄果树瀑布）”“热水中的冰块”等引入“自发过程”及其方向性问题的，其中功热转换过程、热传导过程以及气体自由膨胀过程的方向性问题，在教学中应通俗且不违背科学地解释有关问题。 【教学目标】 一、知识与技能 1?通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化. 2?知道能量守恒定律，能举出日常生活中能量守恒的实例. 3初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性. 4、认识到日常生活中合理利用能源与节约能源的重要性。 二、过程与方法 1?能在观察物理现象或物理学习过程中发现一些问题。有初步的提出问题的能力。 2?通过参与科学探究活动，初步认识科学研究方法的重要性。有对信息的有效性作出判断的意识。3?学习从物理现象和实验中归纳简单的科学规律，尝试应用已知的科学规律去解释某些具体问题。有初步的分析概括能力。 三、情感态度与价值观 1.能保持对自然界的好奇，初步领略自然现象中的美妙与和谐，对大自然有亲近、热爱、和谐相处的情感。 2.具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。 3.养成实事求是、尊重自然规律的科学态度，不迷信权威，具有判断大众传媒是否符合科学规律的初步意识。 【重点难点】 1、能量转化与守恒 2、能量的转移与转化有一定的方向性 【教学器材】 演示用玻璃毛细管一套、适量红墨水、烧杯两只、水、少量棉花。 【课前准备】上网查询有关历史上的永动机方案，能大概说明它不能永动的原因。 【教学过程】

各种形式的能量之间相互转化的实例

各种形式的能量之间相互转化的实例 1．光能→内能：晒东西会晒烫 2．光能→机械能：太阳帆、用强光照射物体使之膨胀做功 3．光能→电能：太阳能电池 4．光能→化学能：光合作用 5．机械能→内能：摩擦生热、钻木取火、内燃机的汽缸的压缩冲程、自行车骑久拉车胎发热、跑步可以使身体变暖、打气筒打气气筒变热 6．机械能→光能：（暂时想不起来直接转换的）一个手摇发电机接导线连上小灯泡，就是机械能转化成光能、打火石、一种自行车，前轮上有个灯，当骑起来后靠灯和车圈的摩擦灯会亮。这就是机械能转化为了光能 7．机械能→电能：水坝发电、风车发电 8．机械能→化学能：（暂时想不起来直接转换的）在一个存在二氧化硫、三氧化硫和氧气的密闭容器中，用外力压缩容器，化学平衡向生成二氧化硫和氧气的方向移动。机械能转化为二氧化硫和氧气的化学能 这个反应由机械能转化为化学能但是中间有环节-就是压缩气体时气体的内能增加从而为反应提供能量从而促使反映行，还要注意了，发生这个反映的正常情况是400-500度的高温而且还要有无氧化二钒作为催化剂。 9．电能→内能：电热炉 10．电能→光能：电灯 11．电能→机械能：启动机、电动机工作 12．电能→化学能：给蓄电池蓄电 13．化学能→内能：浓硫酸稀释放热 14．化学能→光能：镁燃烧发出强光、萤火虫发光 15．化学能→机械能：炸药爆炸 16．化学能→电能：电池放电 17．内能→光能：电灯泡钨丝发热后会发光 18．内能→机械能:火力发电、蒸汽机 19．内能→电能：（暂时想不起来直接转换的）火力发电 20．内能→化学能：（暂时想不起来直接转换的）Ba(OH)2+NH4Cl的反应（吸热）

塔式与槽式太阳能热发电技术

塔式与槽式太阳能热发电技术 塔式太阳能热发电 塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。 塔式太阳能热发电特点 塔式电站的优点： １．聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高； ２．能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效； ３．接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。 塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。虽然这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初次投资为１．４２亿美元，成本比例为：定日镜５２％、发电机组、电气设备１８％、蓄热装置１０％、接收器５％、塔３％、管道及换热器８％、其它设备４％。但随着制镜技术的提高和规模的增大，定日镜成本将大幅度降低。以美国Ｓｕｎｌａｂ为代表的研究部门以及Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测图１。Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约３０～４０＄ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ＭＷｈ，即每度电５～６美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。 我国塔式太阳能热发电技术发展状况 随着太阳能利用技术的迅速发展，从２０世纪７０年代中期开始，我国一些高等院校和科研院所，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础试验研究，并在天津建造了一套功率为ｌｋＷ的塔式太阳能热发电模拟装置。 《中国新能源与可再生能源１９９９白皮书》指出：我国太阳能热发电技术的研究开发工作早在７０年代末就开始了，但由于工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，目前还没有试验样机，与国外差距很大。 近几年来，中国工程院院士张耀明教授带领南京春辉科技实业有限公司南京玻璃纤维研究设计院三所科技人员，在太阳能热发电研究领域中，取得了自动跟踪太阳、聚光、

太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率

太阳能电池板太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳 能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池 板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得 这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输 出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单 晶硅太阳能电池还略好。

太阳能利用技术常考题目及答案

0、太阳常数的定义：太阳常数是指在日地平均距离处，地球大气层外（大气上界）垂直于太阳光线的平面上，单位时间、单位面积内所接受的所有波长的太阳总辐射能量值，它基本上是一个常数，所以这个辐照度称为太阳常数。 1、太阳赤纬角的定义：太阳光线与地球赤道面的交角就是太阳的赤纬角。 2、太阳高度角和太阳方位角的定义：高度角：太阳中心直射到地面的光线与当地水平面间夹角(h)，表示太阳的高度。方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地正南方的夹角，向西为正，向东为负，变化范围正负180；它表示太阳的方位，决定太阳光的入射方向。 3、大气质量和大气透明系数的定义：太阳光线通过的大气路程与太阳在天顶时太阳光线通过的大气路程之比；表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数 4、大气对太阳辐射的影响，详细了解答：大气辐射具有削弱作用，太阳光线在大气中经过的路程越长能量损失的就越多，大气对太阳辐射的作用一共有三种方式：吸收反射散射作用。具体来说,吸收作用变现在平流层的臭氧吸收紫外线，水汽，二氧化碳吸收红外线。反射作用：较大的颗粒尘埃，还有云层对阳光的反射。散射：主要是大气分子还有微小的尘埃对波长较短的可见光，还有颗粒较大的尘埃，雾粒，小水滴对各种波长的散射。 5、太阳辐射产生的物理机制是什么？答：太阳辐射分为两种：一种是从光球表面发射出来的光辐射，因为它以电磁波的形式传播光热，所以又叫做电磁辐射。另外一种是微粒辐射，它是由正电荷的质子和大致等量的带负电荷的电子以及其他粒子做组成的粒子流。 6、什么是太阳辐射年总量:一年内地面所接受的太阳辐射短波总辐射量，是衡量一个地方太阳能资源丰富的重要标志。 7、什么是春分秋分夏至冬至：上半年，太阳从低纬度到高纬度逐日升高，春分指春天昼夜均分的一天，随后昼长夜短，直到夏至，太阳走到北回归线，白昼时间最长的一天，随后白粥时间慢慢变短，到秋天，昼夜均分的一天是为秋分，随后昼短夜长直至冬至，太阳走到南回归线，白天最短的一天。 8、太阳光谱的特点：太阳光谱包括紫外区、可见区、红外区，其中，波长小雨0.4um的紫外区占大约8.03%和波长大于0.76um的红外区占45.54%，是人眼看不见的紫外线和红外线，波长为0.4~~0.76um的可见区是我们能见的可见光区46.43%. 9、太阳房的定义以及它的分类：太阳房是利用太阳能进行采暖和空调的环保型生态建筑。太阳房可分为三类：主动太阳房，被动太阳房和热泵式太阳能采暖系统。 10、被动式太阳房的特点是什么以及被动太阳房建筑设计的几个基本原则分别是什么？答：特点：根据当地的气象条件，在基本上不添臵附加设备的条件下，只在建筑物构造和材料性能上下功夫，使房屋达到一定采暖效果的方法。原则：构造简单，造价便宜。 11、太阳能储热的方式及原理：方式：自然循环集热，强制循环集热，定温放水集热。原理：冷水经过补冷水系统，进入循环水箱达设定水位后，之后不冷水系统停止工作，低温水进入集热器阵，受太阳能辐射加热水温升高，当集热器上循环管内水温与储热水箱底部水温之温差达到设定值时，启动强制循环泵，将水箱中低温水送到集热器阵，同时将集热器阵中热水送到储热水箱，当上述温差等于和地于设定值时，强制循环泵停止工作。低温水在集热器中继续吸收太阳能辐射，加热。如此循环，是储热水箱中水温不断升高。 12、太阳灶的原理：太阳灶是利用太阳辐射能，通过聚光传热储热等方式获得热量，进行炊事烹饪食物的一种装臵。 13、利用太阳能进行海水淡化的常用方法：1被动式太阳能蒸馏系统，如单级或多级倾斜式太阳能蒸馏器，回热式，球面聚光式太阳能蒸馏器等。2主动式太阳能蒸馏系统，有单级或多级附加集热器的盆式，自然或强迫循环式太阳能蒸馏器。3利用太阳能发电进行反渗透法进行海水淡化，此外，还有太阳能多级闪蒸，太阳能多级沸腾蒸馏技术。 14、太阳能热水器的主要组成部分包括那几个部分：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。 15、太阳能利用按地域划分的几类地区，按+··················+接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类：一类地区，主要包括青藏高原，甘肃北部，宁夏北部，新疆南部等地。二类地区：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。三类地区，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。四类地区，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等地。五类地区，包括：四川重庆贵州。 16、什么是太阳能制冷，根据不同的能量转换方式，太阳能驱动制冷主要有以下两种方式，一是先实现光─电转换，再以电力制冷；二是进行光─热转换，再以热能制冷。

九年级物理下册 第十八章 能源与可持续发展 四 能量转化的基本规律教案 (新版)苏科版

四、能量转化的基本规律 教学目标 知识与技能 (1)知道能量是可以转移和转化的． (2)知道能量守恒定律，并能用它来解释有关简单的实际问题． (3)初步了解能量转移和能量转化的方向性． 过程与方法 (1)通过实验能运用能量守恒定律分析“永动机”失败的原因． (2)以思考、讨论为主体会能的转化有方向性． 情感态度与价值观 (1)学会用辩证唯物主义的观点看问题． (2)培养学生将所学知识服务于社会的意识和能力． 教学重点难点 重点：能量转化和守恒定律． 难点：对能量转移和转化的方向性的认识． 教学过程： 导入新课 回顾“机械能和内能”一章中机械能的转化问题．并请同学谈谈自己的认识．既然动能和势能可以互相转化，那么，自然界中不同形式的能量之间是否也可以互相转化呢?在转化过程中能量又遵循何种规律呢?这就是我们今天要研究的问题． 历史上曾经有不少人企图发明一种可以不消耗能量，又能不断对外做功的机器，号称永动机。同学们你们认为这种设计叮行吗? 学生争议． 这种机器最终以失败而告终，为什么?今天我们将研究这个问题．(设疑引入) 乒乓球下落过程中，弹起高度越来越小；将单摆拉到适当高度放手后自由摆动过程中摆起的高度越来越小．乒乓球和单摆在运动过程中能量是如何转化的? 学生回答． 在转化的过程中，弹起高度越来越小，单摆摆起的高度越来越小，是不是因为能量在转

化过程中逐渐减少呢?(错误经验引入) 解读探究 1．能量的转化和转移 想一想：自然界中各种形式的能之间是可以相互转化的．同学们能举出一些实例证明这个观点吗? 说一说：汽轮机带动发电机发电(机械能一电能)电动机带动风扇转动(电能一机械能) 光电池提供电压(光能一电能) 白炽电灯发光(电能一内能一光能) 燃料燃烧(化学能一内能) 讨论交流：同一种形式的能量在物体中可以转移吗?(学生展开讨论交流) 议一议：小孩在水平地面上弹玻璃小球，当甲球从手中弹出而撞击静止的乙球后，乙球即沿地面向前滚动．在此过程中，乙球获得的机械能从何而来?这个现象说明了什么?(学生各抒己见，充分发表自己的观点) 点拨：乙球获得的机械能从甲球传递而来．说明同一种形式的能量可以在物体之间转移． 讨论交流：请同学说出各例中是什么能量发生转移?转移是怎样进行的? 总结：草通过光合作用吸收太阳能，兔子吃草吸收草的能量，人或其他动物吃兔子吸收兔子的能量，人通过吸收食物的能量才能进行各种运动．自然界中的能量在不停地转移和转化，我们是在能的转移和转化过程中利用能量的． 2．能量守恒定律 看一看：引导学生看课本活动“水滴实验”． 做一做：仿照课本图18一14(a)、(b)利用棉纱吸水提高水位．看一看什么情况下棉纱带能使杯中的水滴下?(a图中的水能滴下，b图不能) 总结：“永动机”失败的原因说明自然界存在一条法则：我们不可能无中生有地获得能量科学家经过长期探索终于发现各种形式的能量在相互转化时遵循一种规律，即能量的转化和守恒定律。 能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一，恩格斯把它称作“伟大的运动基本定律”。自然界的一切变化过程，小到原子世界，

塔式太阳能热发电技术

塔式太阳能热发电技术浅析 14121330 彭启 1.前言 太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能汇聚，生成高密度的能量，通过热功循环来发电的技术[1]。我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，一些高等院校和科研所等单位和机构，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套功率为lkW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为lKW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置[2~3]。 目前主流的太阳能热发电技术主要有4种方式：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式[4]，这4种太阳能光热发电技术各有优缺点。 塔式太阳能聚光比高、运行温度高、热转换效率高，但其跟踪系统复杂、一次性投入大，随着技术的改进，可能会大幅度降低成本，并且能够实现大规模地应用，所以是今后的发展方向。槽式技术较为成熟，系统相对简单，是第一个进入商业化生产的热发电方式，但其工作温度较低，光热转换效率低，参数受到限制。碟式光热转换效率高，单机可标准化生产、既可作分布式系统单独供电，也可并网发电，但发电成本较高、单机规模很难做大。线性菲涅尔式结构简单、发电成本低、具有较好的抗风性能，但工作效率偏低、且由于发展历史较短，技术尚未完全成熟，目前处于示范工程研究阶段。 2.发电原理与系统 塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能[5]。 塔式太阳能热发电系统，也称集中型太阳能热发电系统，主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成，基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中，再利用高温介质加热水产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。 塔式太阳能热发电系统中，吸热器位于高塔上，定日镜群以高塔为中心，呈圆周状分布，将太阳光聚焦到吸热器上，集中加热吸热器中的传热介质，介质温度上升，存入高温蓄热罐，然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮机组发电，汽轮机乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回到低温蓄热罐中，再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图1所示。 图1 塔式太阳能电站系统流程示意图

太阳能电池转换效率

Research on New Technologies of Photoelectric Conversion Efficiency in Solar Cell Tianze LI, Chuan JIANG, Cuixia SHENG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: ltzwang@https://www.wendangku.net/doc/d83355551.html, Hengwei LU,Luan HOU, Xia ZHANG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: henrylu007@https://www.wendangku.net/doc/d83355551.html, Abstract—The characteristics of the solar energy and three conversion mode of solar energy including photovoltaic conversion, solar thermal conversion, and photochemical conversion are represented in this paper. On this basis,the materials used in solar cell, as well as the working principle of solar cells, the factors of low convert efficiency of solar cells and the two major bottlenecks encountered in the solar application are analyzed.The idea that spontaneous arrangement of compound organic molecules is achieved by changing the molecular arrangement structure of the organic thin-film solar is put forward. The new structure of liquid crystal layer come into being accordingly so that the electron donor and the receptor molecules of the mixture are separated, and the contacting area between them is enlarged. So the efficiency solar photovoltaic is improved. The research and development of this new technology can solve the technical problem of the low conversion efficiency of solar cell, and open up an effective way to improve the conversion efficiency of solar cells. At last,the prospect of solar photovoltaic technology, solar energy exploit technology and the development of industry is offered in the article. Keywords- photoelectric conversion efficiency; electron donor and recipient; photovoltaic generate power technology I.I NTRODUCTION Energy is the material basis of human society survival and development. In the past 200 years?the energy system based on coal, oil, natural gas and other fossil fuel has greatly promoted the development of human society. However, material life and spiritual life is increasing, the awareness of serious consequences brought from the large-scale use of fossil fuels is increasing at the same time: depletion of resources, deteriorating environment, in addition to all of the above, it induce political and economic disputes of a number of nations and regions, and even conflict and war. After in-depth reflection of the development process of the past, human advance seriously the future path of sustainable development. Today in the 21st century, there is no a problem as important as a sustainable energy supply, especially for the benefit of solar energy development and has been highly concerned by all mankind. Around the world are faced with limited fossil fuel resources and higher environmental challenges, it is particularly important to adhere to energy conservation, improve energy efficiency, optimize energy structure, rely on scientific and technological progress, development and utilization of new and renewable sources.After analyzing two bottleneck problems which affect the conversion efficiency of the solar cell, we put forward a new structure of molecular arrangement of the solar cell to improve the conversion efficiency of the solar cell. II.T HE F EATURES O F S OLAR A ND T HREE C ONVERSION M ODES A.The Features of Solar Solar resources are solar radiation energy on the entire surface of the earth. Solar energy has four features. Firstly, solar energy is sufficient. The gross of solar radiation energy on the surface of the earth is about 6h1017kWh every year. It can be used several billions of years, which is reproducible and cleanest. It isn’t monopolized by any groups or coutries. Secondly, the energy density of solar energy is low. People want to obtain higher energy density by condensers. Thirdly, because of climatic change, the solar energy is mutative. For example, cloudy day and rainy day, the solar energy is weak. People should consider energy storage or use auxiliary devices which provide conventional energy to use solar energy in a row. Forthly, because of the earth rotation, the earth revolution and the angle between the axis of rotation and the orbital plane, days and sensons must change on the earth, solar energy must change too. Fifthly, use of solar energy can make energy level appropriate allocation, so heat energy is made used of. When the sun light shines on the earth, part of the light is reflected or scattered, some light is absorbed, only about 70% of the light which are direct light and scattered light passes through the atmosphere to reach the surface of the earth. Part of the light on the surface of the earth is absorbed by the objects surface, another part is reflected into the atmosphere. Fig.1 shows the schematic diagram of the sun incident on the ground. Figure1. Schematic diagram of the sun incident on the ground 978-1-4244-7739-5/10/$26.00 ?2010 IEEE