新能源技术(第二版)完整版课件(全)

1、新能源技术 第一章绪 论 1.1 发展循环经济，建设资源节约型和环境友好型社会 在科学发展观的指导下，党中央提出发展循环经济，建设资源节约型和环境友好型社会的战略目标，”十一五”规划中确定了单位国内生产总值能源消耗比十五期末降低20%左右的指标。 这要求我们必须对能源使用状况和未来的趋势有清醒和客观的认识，制定中民期的能源利用和节能政策，发挥政府调控和市场机制的作用，把节能事业充分融入到社会经济的各个部门，以优化我国的经济增长质量。 自1973年的石油危机以来，西方国家都把提高能源效率、节约能源作为其能源战略的重要目标和措施。多数欧盟成员国设定了与欧盟一致的或更高的能源使用和节能目标来实现国家

2、的可持续发展。 奥地利采用的是四倍跃进战略，丹麦准备把资源能源的消耗降低到目前的25%； 德国计划在2020年把能源和自然资源的利用率提高2倍，而意大利计划到2050年实现10倍跃进战略。 欧盟的能源战略在经济发展过程中发挥了重要作用，欧盟在20世纪80、 90年代保持了经济的快速增长，而经济增长与资源、能源消耗之间的关系较以往有所弱化，虽然它们之间依然存在正相关关系，但资源与能源的消耗并没有随着经济的增长而大幅度增加。 大部分发展中国家处于工业化的初期阶段，主要依靠资源优势，大力发展基础设施建设和重工业以推动经济的发展，这一特征在我国显得尤为突出，而相对薄弱的环境保护能力使得经济的发展多伴随

3、着环境的破坏和资源的过度开发。因此，我国在建设资源节约型和环境友好型社会的过程中，应将节能、提高能效与环境保护结合起来，才能使这两个重要事业相互促进、共同发展。 能源的开发利用是实现国民经济现代化和生活进步的主要物质基础，它的发展程度已成为衡量一个国家经济和社会发达程度的重要标志。能源的开发利用程度，尤其是石油的长期稳定供给和高效利用直接关系到我国经济能否持续发展、国家战略安全等深层次问题，而且能源的利用状况对于资源利用、环境保护都起到重要的影响作用。 Energy Consumption versus GNP 1. 2 地球上的化石能源到底能随人类社会走多远? 地球上的化石能源（包括煤、石油

4、、天然气）在不久的将来就要被人类开采殆尽。地球上的化石能源到底能随人类社会走多远? 据说，最多也就200多年。当然，这是根据人类己经探明的储藏量以及人类的利用速度计算出来的。 When is the end of oil supply ? Energy for the future Combustion - air pollution Annual emissions （tons）Natural Combustion In atmosphere CO2 1x1012 0.03x1012 （3%） 320 ppmCO 7.5x107 28.0 x107 （79%） 0.1 ppmNOx 1.8x

5、107 5.3x107 （75%） 0.006 ppmSO2 1.5x107 1.5x107 （50%） 0.0002 ppmHC 4.8x108 0.9x108 （15%） - 如果人类不能发现更多的化石能源，而且能源的消耗速度按照人们顶期的那样发展，那么再过200多年，人类不得不采用新的能源了。目前能够使用的能源中，最有可能担此重任的无疑是可再生能源新能源。 2007年9月，国家发改委公布了可再生能源中长期发展规划（简称规划），为我国的各种可再生能源的发展制定了目标。 规划总的目标是：提高可再生能源在能源消费中的比重，解决偏远地区无电人口用电问题和农村生活燃料短缺问题，推行有机废弃物的能源

6、化利用，推进可再生能源技术的产业化发展。 具体发展目标： （1）充分利用水电、沼气、太阳能热利用和地热能等技术成熟、经济性好的可再生能源，加快推进风力发电、生物质发电、太阳能发电的产业化发展，逐步提高优质清洁可再生能源在能源结构中的比例，力争到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%左右，到2020年达到15%左右。 （2）因地制宜利用可再生能源解决偏远地区无电人口的供电问题和农村生活燃料知缺问题，并使生态环境得到有效保护。 按循环经济模式推行有机废弃物的能源化利用，基本消除有机废物造成的环境污染。 （3）2010-2020年光伏发电发展的重点领域: 采用户用光伏发电系统或建设小型

7、光伏电站，解决偏远地区无电村和无电户的供电问题，重点地区是西藏、青海、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、石南等省（区、市）。建设太阳能光伏发电约10万千瓦，解决约100万户偏远地区农牧民生活用电问题。 到2010年，偏远农村地区光伏发电总容量达到15万千瓦，到2020年达到30万千瓦。 在经济较发达、现代化水平较高的大中城市，建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施，首先在公益性建筑物上应用，然后逐渐推广到其它建筑物，同时在道路、公园、车站等公共设施照明中推广使用光伏电源。“十.一五”时期，重点在北京、上海、江苏、广东、山东等地区开展城市建筑屋顶光伏发电试点。 到2010年，全国建成1000个屋

8、顶光伏发电项目，总容量5万千瓦。到2020年，全国建成2万个屋顶光伏发电项目，总容量100万千瓦。 建设较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电电站。“十.一五”时期，在甘肃敦煌和西藏拉萨（或阿里）建设大型并网型太阳能光伏电站示范项目；在内蒙古、甘肃、新疆等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地，建设太阳能热发电示范项目。到2010年，建成大型并网光伏电站总容量2万千瓦、太阳能热发电总容量5万千瓦。 到2020年，全国太阳能光伏电站总容量达到20万千瓦，太阳能热发电总容量达到20万千瓦； 另外，光伏发电在通讯、气象、长距离管线、铁路、公路等领域有良好的应用前景，预计2010年，这些商业领域的光伏应用将

9、累计达到3万千瓦，到2020年将达到10万千瓦。 （4）风电 根据中国气象利学研究院绘制的全国平均风功率密度分布图，中国陆地10米高度层的风能总储量为32.26亿kW（千瓦），这个储量称作“理论可开发总量”，实际可开发的风能资源储量为2. 53亿kW。 近海风场的可开发风能资源是陆上的3倍，据此，中国可开发的风能资源约为10亿kW。 2006年，中国新增风电装机1.337MW，占全球新增装机的8. 9%，同比增长165. 83%；2006年中国风电累计装机达到2.604MW，占全球风电装机的3. 5%，累计装机增长105.29%。 根据这个增速，中国的能源规划至2010年风电装机达到5.OOO

10、MW；2020年达到30.OOOMW的目标将轻易被突破。 届时，我国的风力发电装机容量将接近现在的火电装机容量。可见，我国对风力发电寄予厚望，其在我国未来的电力供应中将扮演重要角色。如果规划的目标都能实现，那么水电和风电联手就能解决中国90%以上的电力需求。 （5）水电 据国际大坝委员会统计的资料，截至2003年，全世界己经修建了约49697座大坝（高于15m的坝或库容大于100万m3的低坝），分布在140多个国家，其中中国的大坝有25800多座。 世界上有24个国家依靠水电为其提供90%以上的能源，如巴西、挪威；有55个国家依靠水电为其提供50%以上的能源，包括加拿大、瑞士、瑞典等国；有62

11、个国家依靠水电为其提供40%以上的能源，包括南美的大部分国家。 全世界水电的发电量占所有发电量总和的19%，水电总装机容量为728.49GW。 发达国家水电的平均开发度己在60%以上，其中美国水电资源己开发约82%，日木约84%，加拿大约65%，德国约73%，法国、挪威、瑞土也均在80%以上。 可见，在世界范围内，水力发电有着举足轻重的作用。在我国，水电每年提供的电力仪次于火电，居第二位。 由于水电是可再生能源，所以，当化石能源枯竭以后，它仍然能够发挥作用。 到目前为止，我国的水电开发度不到25%。所以还有很大的发展空间。 在可再生能源中，水电的成本是相对很低，而且许多国家的经验表明，发展水电

12、也是可行的，所以在资源条件允许的地区，它是优先发展的能源，但是在开发利用过程中要采取合适的方式，要注意对生态环境的保护。同时，由于水力资源的限制，尽管水力发电的发展潜力很大，但终究是有限的。 1.3 能源 能源与新材料、生物技术、信息技术一起构成了文明社会的四大支柱。能源是推动社会发展和经济进步的主要物质基础，能源技术的每次进步都带动了人类社会的发展。随着煤炭、石油和天然气等化石燃料资源面临不可再生的消耗和生态环境保护的需要，新能源的开发将促进世界能源结构的转变，新能源技术的日臻成熟将带来产业领域的革命性变化。 能源有多种分类方法，按形成方式可分为一次能源（如煤、石油、天然气、太阳能等）和二次

13、能源（电、煤气、蒸汽等）；按循环方式可分为不可再生能源（化石燃料）和可再生能源（生物质能、氢能、化学能源）；按使用性质可分为含能体能源（煤炭、石油等）和过程能源（太阳能、电能等）； 按环境保护的要求，能源可分为清洁能源（又称绿色能源，如太阳能、氢能、风能、潮汐能等，也包括垃圾处理等）和非清洁能源； 按现阶段的成熟程度可分为常规能源和新能源。 1.4 新能源 新能源与常规能源是一个相对的概念，随着时代的发展，新能源的内涵不断变化和更新。目前，新能源主要包括太阳能、氢能、核能、化学能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。新能源的开发是解决能源危机和环境保护问题的金钥匙。 （1）太阳能 太阳能是人类最

14、主要的可再生能源。太阳每年输出的能量约为3.75*1026W，到达地球的能量大约是总能量的22亿分之一，其中辐射到地球陆地上的能量大约为8.51016W。这个数量远大于人类目前消耗的能量的总和，相当于1.71018 t标准煤。 （2）氢能 氢是未来最理想的二次能源。氢以化合物的形式储存于地球上最广泛的物质水中。如果把海水中的氢全部提取出来，总热量是地球现有化石燃料的9000倍。 （3）核能 核能是原子核结构发生变化时放出的能量。核能释放包括核裂变和核聚变。核裂变所用原料铀1g就可释放相当于30t煤的能量，而核聚变所用的氘仅用560t就可以为全世界提供一年消耗的能量。海洋中氘的储量可供人类使用几

15、十亿年，同样是“取之不尽，用之不竭”的清洁能源。 （4）生物质能 生物质能目前占世界能源中消耗量的14%。估计地球每年植物光合作用固定的碳达到2*1012t，含能量31021 J。 地球上的植物每年生产的能量是目前人类消耗矿物能的20倍。 （5）化学能源 化学能源实际是直接把化学能转变为低压直流电能的装置，也叫电池。 化学能源已经成为国民经济中不可缺少的重要的组成部分，同时化学能源还将承担其它新能源的贮存功能。 （6）风能 风能是大气流动的动能，是来源于太阳能的可再生能源。估计全球风能储量为1014 MW，如有千万分人之一被人类利用，就有106 MW的可利用风能，这是全球目前的电能总需求量，也

16、是水利资源可利用量的10倍。 （7）地热能 地热能是来自地球深处的可再生热能。全世界地热资源总量大约1.451026 J，相当于全球煤热能的1.7亿倍，是分布广、洁净、热流密度大、使用方便的新能源。 （8）海洋能 海洋能是依附在海水中的可再生能源，包括潮汐能、潮流、海流、波浪、海水温差和海水盐差能。估计全世界海洋能的理论可再生量为7.61013 W，相当于目前人类对电能的总需求量。 （9）可燃冰 可燃冰是天然气的水合物。它在海底分布范围占海洋总面积的10%，相当于4000万平方公里，它的储量够人类使用1000年。 1.5 新能源技术 新能源的分布广、储量大和清洁环保，将为人类提供发展的动力。实

17、现新能源的利用需要新技术支撑，新能源技术是人类开发新能源的基础和保障。 （1）太阳能利用技术 太阳能利用技术主要包括：太阳能热能转换技术即通过转换装置将太阳辐射能转换为热能加以利用，例如太阳能热发电、太阳能采暖技术、太阳能制冷与空调技术、太阳能热水系统、太阳能干燥系统、太阳灶和太阳房等；太阳能光电转换技术，即太阳能电池，包括应用广泛的半导体太阳能电池和光化学电池的制备技术；太阳能化学能转化技术，例如光化学作用、光合作用和光电转换等。 （2）氢能利用技术 氢能利用技术包括制氢技术、氢提纯技术和氢储存与输运技术。制氢技术范围很广：化石燃料制氢技术、电解水制氢、固体聚合物电解质电解制氢、高温水蒸汽电

18、解制氢、生物制氢技术、生物质制氢、热化学分解水制氢及甲醇重整、H2S分解制氢等。 氢的储存是氢能利用的重要保障，主要技术包括液化储氢、压缩氢气储存、金属氢化物储氢、配位氢化物储氢、物理吸附储氢、有机物储氢和玻璃微球储氢等。氢的应用技术主要包括：燃料电池、燃气轮机（蒸汽轮机）发电、MH/Ni电池、内燃机和火箭发动机等。 （3）核电技术 核电技术主要有核裂变和核聚变。自20世纪50年代第一座核电站诞生以来，全球核裂变发电迅速发展，核电技术不断完善，各种类型的反应堆相继出现，如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨堆、气冷堆及快中子堆等，其中，以轻水（H2O）作为慢化剂和载热剂的轻水反应堆（包括压水堆和沸水堆

19、）应用最多，技术相对完善。 人类实现核聚变并进行控制其难度非常大，采用等离子体最有希望实现核聚变反应。将等离子体加热到点火温度，采用一定的装置和方法来控制反应物的密度和维持此密度的时间，目前人们使用得最多的是应用磁约束和惯性约束。 （4）化学电能技术 化学电能技术即电池制备技术，目前以下几种电池研究活跃并具有发展前景：金属氢化物镍电池、锂离子二次电池、燃料电池（包括碱性燃料电池，简称AFC；质子交换膜燃料电池，简称PEMFC；磷酸燃料电池，简称PAFC；熔融碳酸盐燃料电池，简称MCFC；固体氧化物燃料电池，简称SOFC）和铝电池。 （5）生物质能应用技术 生物质能的开发利用在许多国家得到高度重

20、视，生物质能有可能成为未来可持续能源系统的主要成员，扩大其利用是减排CO2的最重要的途径。生物质能的开发技术有生物质气化技术、生物质固化技术、生物质热解技术、生物质液化技术和沼气技术等。 （6）风能、海洋能与地热能应用技术 风能应用技术主要为风力发电，如海上风力发电、小型风机系统和涡轮风力发电等。 海洋能作为一种特殊的能源，它的能量主要来自潮汐、涌流和波涛的冲击力，温度差及海水中溶解的化学成分。在上述能源中，目前仅有潮汐能被大规模利用，即潮汐能发电技术。波浪能发电、温差能发电和盐差能发电技术仍处于研发阶段。 地热开发技术集中在地热发电、地热采暖、供热和供热水的技术。第2章 太阳能 2.1.1

21、太阳和太阳辐射能 太阳是离地球最近的恒星，日地间的距离大约为1.5108 km。从地球上望去，太阳的张角为0.0093弧度（32），乘以日地距离，便得太阳的直径为1.4106 km，约为地球直径的109倍。就体积而论，太阳的体积是地球的130多万倍。 根据万有引力定律，在已知地球质量的情况下，推算出太阳的质量为1.991030 kg，即为地球质量的33万倍。太阳的平均密度是1.4103 kg/m3，是地球平均密度的四分之一。 太阳的结构分内部和大气两大部分。自里向外，内部又分为内核、中介层和对流层3个层次； 大气可分为光球、色球和日冕3个层次。设太阳内部部分的半径为R，在00.23 R的区域内

22、是太阳的核心。 核心内的温度高达4*107K，中心处压力达3*1014kPa，密度是水的100倍，质量占整个太阳质量的40%。 由于这里温度极高，压力极大，物质离子化并呈等离子态。 不同的原子核在这里相互碰撞，引起一系列热核反应，释放出巨大的能量。这部分产生的能量占太阳产生总能量的90%，并以对流和辐射的方式向外传递。核反应中产生的-射线，在通过其他几个较冷区域时，消耗能量，增加波长，变成X射线、紫外线和可见光。 中介层在0.23 R0.7 R区域，这部分也称为辐射输能区。这里温度下降到1.3*105K，密度下降到79 kg.m-3。 从0.7 R1 R之间的区域称为对流层，对流层的温度下降到

23、6000 K，密度为lkg.m-3。 太阳大气的最内层是光球层，这是人们看到的太阳表面，这里的温度为6000 K，密度为10-3 kg.m-3，厚约500 km。 光球层由强烈电离的气体组成，并能吸收和发射连续的辐射光谱，太阳能的绝大部分能量都由此辐射到太空。 光球层外面是色球层，厚约11041.5104 km，大部分由氢和氦组成。 这里的温度为5000 K，密度只有10-5 kg.m-3。 色球层有时出现极猛烈喷射的日焰，此时太阳的辐射量最大。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。 色球层外是伸入太空的银白色的日冕，那里的温度达105K；有时高度可达几十

24、个太阳半径。 由此看来，太阳并不是一个一定温度的黑体，而是许多层不同波长发射和吸收的辐射体。 但在应用太阳能系统时，通常把它看成是温度为6000 K的黑色辐射体。 太阳物质的组成，就质量说，氢占78.4%；氦占19.8%；至于种类繁多的金属和其他元素，总计仅占1.8%。 太阳的能源主要来自两种热核反应：一是质子-质子循环； 另一是碳-氮循环。 质子一质子循环过程，可写成如下的核反应方程式： H11+ H11 D12+e+-+h DD12+ H11 He23+Y He23十He23He24+ 2H11 式中D12是氘，e+是正电子，-是中微子，h是光子。 碳一氮循环过程由6个步骤组成，它们的核反

25、应方程式如下： H11 +C612N713+ N714+ H11 0815+ N713 C613+e+ O815N715+e+ C613 + H11 N714 + N715 + H11 C612 +He24 （2-2）这个核反应中，参与反应的碳、氮总量不变。 两种热核反应都是使4个氢原子核合成1个氦原子核（a粒子）。 在合成的过程中，质量亏损0.7%。根据爱因斯坦定律： E=mc2 1kg质量可转化为91016J的能量，在消耗1 kg氢元素时转化的能量为： 91016 J0.7% = 6.31014 J 太阳的辐射功率为3.81026W，每秒钟要消耗6l011kg氢核燃料，实际质量损失为4.2

26、109kg。 太阳上氢的储量极为丰富，按目前的辐射水平，太阳的寿命可达几十亿年。 太阳的能量以电磁波的形式向外辐射，它的辐射波长范围从0.1nm以下的宇宙射线直至无线电波的绝大部分，人眼所能感觉到的可见光（波长从400780 m）只占整个电磁辐射的很小部分。 2.1.2 到达地球的太阳辐射能 地球是太阳系的一颗行星，只能接受太阳总辐射量的1/22亿，即有1.731017W到达地球大气层上缘。由于穿越大气层时的衰减，最后约有一半的能量，即8.51016W到达地球表面。 这个数量相当目前全世界总发电量的几十万倍。 地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不大，到达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎

27、是一个常量，用太阳常数Isc来表示。 太阳常数的数值是指在平均日地距离时，地球大气层上界垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接受到的太阳能。 近年来测得的太阳常数值Isc = 1.35103W.m-2，日地距离的变化造成的影响不超过3.4%。 太阳辐射穿过地球大气层时，不仅受到大气层中的空气分子、水汽及灰尘所散射，而且受到大气中氧、臭氧、水和二氧化碳的吸收。具体地讲，太阳光谱中的X射线及其他波长更短的辐射，因在电离层被氮、氧及其他大气分子强烈吸收而不能穿越大气到达地表，大部分紫外线被臭氧吸收。 可见光能量减弱，主要是地球大气强烈散射引起的；红外光谱能量减弱，主要是由于水汽对太阳辐射选择性吸

28、收的结果； 波长超过2500 m的辐射，在大气上界本来就很低，加上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能到达地面的能量就更小。 因此，到达地面的太阳能，只考虑290-2500 m的辐射就行了。 这部分太阳辐射透过大气层时，由于大气的散射和吸收，能量同样衰减。 要讨论这部分辐射到达地面的衰减情况也很困难，其中影响最大的是云产生的散射和吸收。 在整个天空被厚云复盖时，到达地表的太阳辐射量还不及入射量的1/10；而在积云散开时，从云侧面向地面的反射量强，有时局部地区得到的太阳辐射比无云时还强。 可见，云效应的表现方式非常复杂、变化量也很大。另外，大气的压强、温度、湿度及灰尘微粒的含量，对太阳辐射的散射和吸收

29、的影响也不小，变化也很复杂，这就使计算到达地表的太阳辐射强度格外困难。 目前，人们根据实际测量和一些经验公式，将世界部分地区的太阳辐射日总量、月总量和年总量制成表格，以便查找。从测量结果看，中国大部分地区的太阳辐射量都比较大，最高地区在青藏高原，年辐射总量达9109 J.m-2a-1。如此丰富的太阳能资源，对开发利用太阳能提供了良好的条件。 2.1.3太阳能的利用 太阳能是一种洁净的自然再生能源，取之不尽，用之不竭，而且太阳能是所有国家和个人都能够得以分享的能源。 为了能够经济有效地利用这一能源，人们从科学技术上着手研究太阳能的收集、转换、贮存及输送，已经取得显著进展，这无疑对人类的文明具有重

30、大意义。 太阳能有直接太阳能和广义太阳能之分。所谓直接太阳能，就是指太阳直接辐射能量。而广义太阳能，即由太阳辐射能所产生的其他自然能，例如水力、风能、波浪能、海洋温差和生物质能等。它们的利用方式有很大区别，这里的太阳能利用仅指直接太阳能。直接太阳能的利用又分为热利用和光利用两个主要方面。 （1）太阳能的热利用 太阳能热利用系统根据温区不同又分为： 低温太阳能利用系统（80以下）； 中温太阳能利用系统（80-350）； 高温太阳利用系统（350以上）。 低温太阳能利用系统 这个领域的应用，主要包括热水器、被动式太阳房、太阳能干燥、太阳能制冷等。 近年来，低温太阳能利用系统的主要研究发展任务是：降

31、低太阳能集热器的制造成本、提高运行效率和可靠性，简化设备安装的方法。 低温太阳能利用系统中，决定成本和效率的关键部件是平板集热器。目前的平板集热器全部采用铝挤压件，这使制造工艺简化，而且为装配玻璃板和集热板提供了良好的支架。另外，密封技术取得了很大进展，吸热涂料的性能大为提高。这些成果标志着低温太阳能利用技术日趋成熟。 中温太阳能利用系统 这个系统主要给工业生产提供中温用热，例如木材的干燥、纺织品的漂白印染、塑料制品的热压成形和化工的蒸馏等。中温太阳能利用系统的集热器都要一定程度的聚光，近几年来，聚光集热器的研制有了很大的进展，开始由实验室走向市场。但聚光集热器的成本远高于平板集热器，而且中温

32、系统的蓄热比低温系统困难得多，这些问题的解决还有待进一步研究。 高温太阳能利用系统 高温太阳能利用系统主要用于大型热发电，它的集热系统需建造大型的旋转物面聚光集热器和定日镜场。这两者（特别是定日镜）的投资耗费太大，它的应用目前尚处在实验阶段。近几年来，集中目标在研究技术先进、成本较低的定日镜。 （2）太阳能的光利用 太阳能的光利用有两个方面：一是太阳能电池，二是光化学利用。 太阳能电池 太阳能电池具有方便、不需燃料和无污染等优点，近几年来得到很大发展，有可能成为未来社会能源结构中的主要成员。 太阳电池种类繁多，主要光电池系列有：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅薄膜电池、砷化镓电池和硫化镉电池等。

33、 光化学制氢 光化学制氢有几种途径：一是光化学分解水制氢，这是利用光直接照在电解液上，通过电解质的作用，将其中的水分解为氢和氧；二是光电化学电池分解水制氢，这是通过光电化学电池将太阳能转换成电能； 三是太阳光络合催化分解水制氢，这是通过络合物（催化剂）吸收光能，产生电荷分离、转移和集结，并通过一系列偶联过程，最终使水分解为氧和氢。 2.2太阳能-热能交换技术 通过转换装置将太阳辐射能转换为热能加以利用，称为太阳能热能转换技术，也称为太阳能光热利用技术。太阳能光热利用主要包括：太阳能热发电、太阳能采暖技术、太阳能制冷与空调技术、太阳能热水系统、太阳能干燥系统、太阳灶和太阳房等。 2.2.1太阳能

34、热发电技术 2.2.1.1太阳能热发电的类型和特点 太阳能热动力发电，利用反射镜或集热器将阳光聚集起来，加热水或其他介质，产生蒸汽或热气流以推动涡轮发电机发电； 利用热电直接转换为电能的装置，将聚集的太阳光和热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体发电等。 目前太阳能热发电技术主要为热动力发电系统。 太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热能转变为功则受到限制。 热力学第二定律和卡诺定律阐述了热转换为功的条件和最大转换效率，提高热机效率的主要途径是提高热源温度。太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效益，就必须提高热机效率和规模大型化. 太阳能热发电还需考虑太阳能的间隙性的不利

35、因素，为保证正常供电和发电系统正常运转，理论上有三种选择： 配置蓄电装置，把多余的电能贮存起来以供需要； 在太阳能集热器与热机之间设置贮热装置，把电负荷较低时多余的热能贮存起来，使发电机在用电高峰时能以更大的功率发电； 把太阳能发电系统和电网并联。 2.2.1.2太阳能热发电原理 太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换为热能，再通过热力循环进行发电。热源采用太阳能向蒸发器供热，工质（通常是水）在蒸发器（或锅炉）中蒸发为蒸汽并过热，进入透平，通过喷管加速后驱动叶轮旋转，带动发电机实现发电。离开透平的工质成为饱和蒸汽，进入冷凝器后向冷却介质（水或空气）释放潜热，凝结为液体工质并重新回到蒸发器中循

36、环使用。 2.2.1.3太阳能热发电系统 太阳能热发电系统包括：集热系统，热传输系统，蓄热与热交换系统，汽轮机发电系统。它的功能是把太阳光反射、集中并能变成热能，再把热能储存和转变成高温水蒸气，实现蓄热和热交换。 目前，世界上的太阳能热发电系统主要有四类：塔式电站、碟式电站、槽式电站和太阳能烟囱。 塔式电站是利用独立跟踪太阳能的定日镜，将太阳能聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，以产生很高的温度。 碟式电站是由许多镜子组成的抛物面反射镜，接收器设在抛物面的焦点处，其内部工质被加热到750左右，驱动发动机发电； 槽式电站是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状接收器上，将管内传热工质加热产生蒸汽，

37、推动常规汽轮发电； 太阳能烟囱发电系统由烟囱、集热器（平面温室）和发电机及储能系统组成，被温室加热的空气在温室中心和烟囱底部产生气流，带动发电机发电。 （1）塔式电站 塔式电站用一个中心吸收器取代火力发电站的锅炉。吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质（如水）加热，并产生温度和压力却相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮发电机组发电。 塔式电站的聚光倍数高（10003000），其介质工作温度通常大于350，因此通常被称为高温太阳能热发电。 塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。 但塔式电站建设费用高，

38、其中反射镜的费用占50%以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到20%。 塔式电站可以实现把反射镜聚集的阳光都集中在中心塔顶的焦热器系统上，获得的水蒸气温度较高（达到259），发电能力大。 目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到104kW，太阳能的直辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔顶的中心吸收器上。 计算机控制每块反射镜都能独立的根据太阳的位置来调整各自的方位和倾角，这保障了每块反射镜都能随时把太阳能反射到吸收器上。 但这无疑增加了成本，塔式电站的致命缺点是太阳能电站规模越大，反射镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升。例如，一个计划中的1MW的塔式电站，要用2.93万块反射镜，单镜面积

39、为30m2。这些反射镜布置在3km2的场地上，塔的高度为305m。图2-1为太阳能塔式电站示意图。 图2-1.太阳能塔式电站示意图（2）碟式电站 碟式电站采用碟状（也称盘状）抛物镜作集热器。如果建立一个100MW的碟状抛物镜集热器分散布置的太阳能电站，约需要1-2万个直径为6m的抛物镜。每个抛物镜上需要装一个相当复杂的高温吸收器，实现汇集上万个吸收器内的高温工作介质，不仅系统复杂，而且管路和绝热材料费用很高，目前仍未广泛推广。图2-2为碟式电站示意图。 图2-2碟式电站示意图（3）槽式电站 槽式电站与碟式电站相似，它把聚焦器分散布置，使载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸汽，再汇集至

40、汽轮机。如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传递给汽轮机回路中的工质。 这种槽式抛物镜焦热器分散式电站的优点是各聚焦集热器可同步跟踪，降低了控制代价； 缺点是能量集中过程依赖于管道和泵，其间热损失和阻力损失将增加成本。图2-3为槽形抛物镜集热器分散布置式电站原理示意图。 图2-3 槽形抛物镜集热器分散布置式电站原理示意图 槽式抛物镜集热器是一种线聚焦集热器，聚光倍数低于塔式集热器和碟式集热器，集热过程分辐射与传热、传质两步走的方式进行，加之吸收器散热面积较大，所以集热器能达到的介质工作温度一般不超过380，因此被称为中温太阳能热发电系统。

41、比较塔式、槽式和碟式三种电站，人们发现塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为点聚焦，聚光倍数高达500以上，均为高温太阳能热发电系统。 但塔式电站的跟踪代价高，碟式电站的能量集中代价大，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。 槽式电站是线聚焦，聚光倍数小于100，为中温太阳能热发电系统。 但槽式电站跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代价相对小，经济效益相对提高，所以目前槽式电站发展迅速。 2-4.建设中的索拉纳（Solana）发电站 美国亚利桑那州即将兴建目前世界上最大的太阳能发电站（见图2-4），计划于2011年并网

42、发电。该发电站已经被命名为“索拉纳（Solana）”，西班牙语中为“一个阳光灿烂的地方”，由亚利桑那州同阿文戈亚太阳能公司（AbengoaSolar）合作。它将占地1900英亩，可运行两个140兆瓦的蒸汽发电机组，达到280兆瓦的总发电量。 索拉纳发电站将利用阿文戈亚公司的集中太阳能发电低压槽技术，最大程度地收集太阳光。研究人员运用数排镜子追踪由东向西的太阳光，以最大限度地将其收集到接收管中。接收管中充满液体，经由太阳能加热后，流入热交换器中，生成蒸汽，推动发电涡轮运作。 该发电站还将包括一个热储能系统，以便可以根据需要随时发电。该系统的主要部分是一个大型的隔热罐体，该罐体中充满溶盐，和集中太

43、阳能发电技术一起用于储存接收管中液体的热量。这些热量可以在太阳光薄弱或是没有太阳光时用于发电。 （4） 烟囱发电 太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分所构成（图2-5）。 太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上；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安装烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳能辐射能，并加热土地和集热棚。 图2-5太阳能烟囱发电基本原理图 覆盖层之间的空气使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气循环

44、流动。 由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，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，产生了3个能量转换过程：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；当空气流到达涡轮机时，气流推动涡轮机转子转动，动能又转化成电能。 太阳能烟囱发电技术中的一个重要因素是集热棚表面的覆盖层，而覆盖层的花费将占到整个安装费用的45%。目前覆盖层所用材料的使用寿命为5-7年，如果采取措施，通过技术改造把覆盖层的使用寿命提高到20年，太阳能烟囱发电的成本就会降低。提高太阳能烟囱发电技术效

45、率的另一个重要因数是增加集热棚面积和烟囱的高度，修建大规模的电站。 烟囱本身使用时间长、运动部件很少、维修费用和电站运行时间长是太阳能烟囱发电的特点。太阳能烟囱发电站在运行过程中不排出SO2等有害气体，不排放温室气体CO2，也不排出固体废弃物，有利于生态环境，荒漠地区适于建造太阳能烟囱电站。 研究表明，除了进行发电外，太阳能烟囱电站还有其他应用： 一是电站能够通过电解的方法产生氢气，然后向外输出氢气； 二是利用集热棚周围的空地，在温室内从事园艺生产，如培育花卉等。 2.2.1.4 太阳能集热吸收器 太阳能发电站与火力发电站之间的最重要的区别是用集热器取代锅炉。 集热器的功用是有效的吸收太阳能而

46、又不向外扩散。集热器有多种，本章主要介绍真空管吸收器和腔体式吸收器。 （1）真空管吸收器 真空管吸收器的结构如图2-6。真空管吸收器为一置于同心玻璃管内的金属圆管，其外表面涂有光谱选择性涂层，夹层抽真空以减少对流热损。真空管吸收器主要与短焦抛物镜相配，以此可以增大吸收表面，降低光照处的热流密度，从而降低热损；真空管吸收器也可配用长焦抛物镜。 图2-6真空管吸收器的结构图 真空管吸收器的优点是金属管与玻璃管之间不存在对流热损，玻璃管外径较小且透明，从而既减少了对阳光的遮影，也通过增大热阻降低了外表面的对流热损；有选择性涂层的金属管壁对阳光的吸收率很高，但发射率却非常低。 真空管吸收器的缺点是由于

47、玻璃和金属的热膨胀系数不同，玻璃管与金属管之间存在温差，造成中温时（略低于350）真空封口处的玻璃容易脆裂，从而难以在室外环境下长期维持真空度；在中温时光学选择性涂层容易老化和脱落，难以长期维持大规模光学选择性吸收表面的热稳定性；较大的流通断面造成工作流体的雷诺数较低，热损增大。 （2）腔体式吸收器 腔体式吸收器的结构为一柱形腔体，外表面覆隔热材料，由于腔体的黑体效应，使其能充分吸收聚焦后的阳光。腔体式吸收器主要适用于长焦聚光器。图2-7为腔体式吸收器集热器剖面图。 图2-7.腔体式吸收器集热器剖面图 腔体式吸收器的优点是：吸热过程不是发生在最强聚焦区，而是在聚焦过后和发射时，并以较大的内表面

48、积向工作流体传热，致使和真空管吸收器相比具有较低的投射辐射能流密度；腔体壁温较均匀，可减小与流体之间的温差，使开口的有效温度降低，从而最终使热损降低； 经优化设计的腔体式吸收器，热性能比真空管吸收器稳定，在同样情况下，工作介质平均温度大于230时；腔体式吸收器既不需要抽真空，也不需要涂光学选择性涂层，仅采用传统的材料和制造工艺；成本低和便于维护也是腔体式吸收器的特性。腔体式吸收器的集热效率大于真空管吸收器，这使它成为槽形抛物镜集热器的吸收器。腔体式吸收器的发展已受到重视。 2.2.1.5太阳能热电站的发展趋势及相关科学问题 太阳能热发电技术涉及光学、热物理、材料、力学及自动控制等学科，是一门综

49、合性的技术，也是太阳能研究领域的难题。当前，太阳发电技术的新方案有： （1）以熔盐为传热介质的腔体式直接吸收接收器（DAR） 在DAR中有一块隔热良好、倾斜放置的吸热板，来自定日镜场的高强度太阳辐射经腔体内壁反射到吸热板上，吸热板又传给板顶端熔融的碳酸盐。 目前开展的研究是：对熔盐掺杂，提高熔盐对太阳辐射的直接吸收能力；研究吸热板与熔盐液膜之间强化传热的途径；研究熔盐在高温下的热物性参数（包括导热系数、比热容、粘度和热辐射）。 （2）勃菜敦循环 该方案是以微粒和惰性气体组成的固一气两相流为工作介质，当工作介质通过接收器时，强烈地吸收射入接收器窗口的高强度太阳辐射，并在极短时间内达到一高温状态。

50、受热的工质可直接推动燃气轮机工作。 采用耐高温且导热能力强的陶瓷材料（如碳化硅）做吸收器，实际上它是腔体内的一个换热器。当空气通过换热器后，温度升高到1000，压力达1000kPa，可直接供燃气轮机作功。由于燃气轮机排气温度高达500，利用排气产生蒸汽推动汽轮机。这种燃气蒸汽联合循环的效率可望达到40-50%。为强化传热，降低热损和缩短起动时间， 目前开发成功了一种多腔体容积式太阳能接收器。这种接收器由大量小通道组成的一个蜂窝状结构，小通道的入口面向定日镜场。当空气被压缩机驱动而通过多腔体接收器时，经聚集的高强度太阳辐射照射的腔体壁能使空气加热到很高的温度。 这种多腔体结构的突出优点是接收器入

51、口所处温度较低，减小了对环境的辐射和对流热损。同时多腔体结构不需在高压下工作，不存在腐蚀问题。主要缺点是腔体与空气之间的换热性能差。进一步的工作是研究接收器的材料、结构及因日照变化而引起的动态反应等复杂问题。 （3）两级聚光 从热力学考虑，应尽可能提高工作介质的温度，设备又不能复杂。科学家们完成的一种新的两级光学的槽型抛物镜集热器，使太阳热电站的转换效率大为提高而且成本降低。这种设计能使主级的聚光比增大2至2.5倍，并且主级聚光镜的张角可保持90甚至120，由于作为第二级的符合抛物镜可置于真空接受器之内，可使热损大为降低，工作温度为400增至500，可满足常规火电厂所需的蒸汽参数。 （4）SE

52、GS单回路系统 SEGS原来均采用双回路系统，必须装备一系列换热器。采用最新的单回路系统就不再以合成油为传热介质，而使水直接通过真空集热管。为实现这种新方案，必须深入地研究集热管中的两相流传热和高温（420）、高压（1000012000kPa）下的流动状态、温度、压力、汽击及振动等控制问题和日照变化时工况的适应问题。 （5）新一代反光镜 传统的玻璃金属反光镜价格高、反射率低，目前一种在聚合物上镀银的紧绷式反光镜不仅重量轻、成本低、反射率高并抗老化，使用两年后的反射率仍在90以上。 2.2.2太阳能供暖技术 太阳能采暖技术直接利用太阳辐射能供暖，也称太阳房。现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新

53、式太阳房具有太阳能收集器、热储存器、辅助能源系统和室内暖房风扇系统，可以节能75-90%。 太阳房具有良好的环境效益和经济效益，成为太阳能利用的重要领域。图2-8为传统的太阳房。 图2-8.传统的太阳能房屋 当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势，一是光电与光热结合，二是太阳能与建筑的结合。用太阳能代替常规能源提供建筑物的功能，包括供暖、空调和照明等，即为太阳能建筑。太阳能建筑的发展大体可分为三个阶段： （1）被动式太阳房,它是一种完全通过建筑朝向和周围环境的合理布置,内部空间和外部形体的巧妙处理，恰当选择材料，具有集取、蓄存和分配太阳热能功能的建筑。（2）主动式太阳房,以太阳集热器、管道、风机

54、或泵、散热器和贮热装置等组成的太阳能采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能供暖和空调的建筑。（3）利用光伏发电，通过光电转换设备提供建筑所需的全部能源，完全用太阳能满足建筑供暖、空调、照明和用电等一系列功能要求，即“零能房屋”。 2.2.2.1被动式太阳房 不用任何机械动力，仅靠太阳能自然供暖的方式称之为被动式太阳房。被动式太阳房的结构见图2-9，被动式太阳房是不需辅助能源，主要靠太阳能采暖。 图2-9利用温室效应被动式太阳房的结构示意图 （1）利用温室效应的被动式太阳房 图2-9所示的太阳房在向阳面利用温室效应建成集热墙，在集热墙的上部和下部向室内分别开排气孔和通风孔。选择这两种通孔时要考虑到

55、合适位置，当太阳照射到集热墙时，墙内的空气在被加热后会由于冷热空气密度不同而产生对流。由于热的空气上升，会源源不断进入室内，而室内底层的冷空气则被集热墙吸收，形成循环对流后，室内的温度慢慢升高。 当没有阳光时，关闭集热墙的通风孔，房屋的四壁和顶蓬的保温性得到保障，室温可以保持。当天气炎热时，将集热墙上部通向室内的通风孔关闭，再打开顶部的排气孔，如有地下室还可引入冷空气。这种集热墙将起抽风作用，使室内的空气加速运动，达到降温的目的。 （2）自然式被动太阳房 图2-10是另一种结构的被动式太阳房，称为自然式被动太阳房。这种太阳房南面墙采用大面积的落地窗，背面则是较封闭的实墙。冬天阳光通过落地窗直接

56、进入宅内，提供热能。这种太阳房的阳台根据太阳高度角设计，夏天阳光仅照到阳台而不进室内，并且室内空气流通。 图2-10 自然被动式太阳房的结构示意图2.2.2.2主动式太阳房 主动式太阳房不是自然接受太阳能取暖，而是安装了一套系统来实现热循环供暖。它通常在建筑物上装设一套集热、蓄热装置与辅助能源系统，实现人类主动的利用太阳能。主动式太阳房本身就是一个集热器，通过建筑设计把隔热材料、遮光材料和储能材料有机地用于建筑物，实现房屋吸收和储存太阳能。 （1）能源过剩式太阳房 图2-11是一种能源过剩式太阳房的结构示意图，被称为PV系统（Photovoltaic）。利用PV系统能把太阳能转化为电能和热能，

57、除用于建筑物自身能耗外，还含有过剩能源，因此被称为能源过剩住宅。 PV系统是90年代发展起来的一种新型的太阳能系统，它的原理是利用特殊的太阳能集热模块，把太阳能转化为电能，同时保留传统太阳能系统的供热和供暖功能。 返回 图2-11 太阳房的PV系统工作原理示意图 随着科学技术的发展，PV系统不断完善。Helitrope式PV系统将房子设计成自身可以绕中轴随太阳旋转360，这种冬天可以使起居室、卧室主要朝南以获得更多的阳光，夏天则使其背向阳光以减少照射。 在住宅顶部装有随太阳转动的集热板，以保障最大的集热面积，获得较多的太阳能；在住宅外墙设置真空式集热器作辅助能源，得到的过省能源可输出公用。 这

58、种PV系统如果安装54 m2的集热板，即可获得120 kW的电能，自身仅消耗20 kW，这远低于自身的要求，是典型的能源过剩住宅。 Schcierher能源过剩住宅的设计使PV系统的模块布满朝阳光的每一寸房顶，同时住宅具有良好的保湿、隔热、通风系统。PV系统估计每年产生5700 kW的电能，仅有十分之一用于自身。住宅实现了在房外-2050的温度下，室内常年保持15 20温度而不需要外来能源。 （2）低能耗式太阳房 图2-12是采用空气工作流来供暖系统太阳房，称为丹佛太阳房。 丹佛太阳房利用空气加热器、卵石床蓄热器及辅助热源天然气炉供暖。集热器有两组，总面积为55.7 m2，集热器相对于屋顶的倾

59、角为45。卵石蓄热介质为10,640 kg，卵石的平均直径为2.53.8 cm，热容为0.75kJ/kg。鼓风机、炉子、风闸、冷风热风调节器为辅件。 图2-12丹佛太阳房的供暖系统示意图1-太阳集热器顶部压力通风系统 2-风挡 3-冷气回流口 4-屋顶 5-热风调节器 6-调节风闸 7-炉子 8-电机带动的风闸 9-鼓风机 10-热水预热器 11-蓄热器返回 丹佛太阳房的运行方式：建筑物不需要取暖并且太阳辐射强劲时，仅开风闸，气流自集热器到热水预热器 鼓风机 蓄热装置 集热器。建筑物所需热量可直接由太阳提供时，打开或关闭部分相应的风闸，气流经集热器 水预热器 鼓风机 炉子 热风调节器 冷风回流

60、器 集热器。 太阳能不能利用，需蓄热器供暖，需打开或关闭防相应风闸，来自室内的气流经冷气回流器 蓄热器 鼓风机 炉子 热风调节器 室内。太阳能完全不能利用，只能全部利用辅助能源时，需要点燃炉子，来自室内的气流 冷气回流器 蓄热器 鼓风机 炉子 热风调节器到室内。 丹佛太阳房可采用现成的常规控制设备，但它需要较大容量的蓄热器，鼓风费用高。 低能耗式太阳房也可以采用热水供暖系统供暖。图2-13是 MIT4型房采暖系统。 图2-13热水器供暖式太阳房的系统示意图1-太阳蓄热水箱（59.4m3） 2-太阳集热器 3-膨胀水箱 4-辅助水箱 5-烧油的热水加热器 热水器供暖系统包括热水箱、集热器、膨胀水

61、箱和热水加热器。集热器面积为59.5m2,倾角60，吸热面用涂黑的铝板，蓄热器水箱的容积为5670kg，水温为60。 MIT4型房运行方式：热水供暖系统与空气供暖系统的运行方式不完全相同，与丹佛太阳房的运行方式比较，b种运行方式不能进行。如果太阳辐射强度足够大，就可以按a方式运行；室内需要热量而蓄热箱可以供热时，按工作方式c和d进行。热水供暖系统可以避免蓄热器在热量进出过程中的损失，蓄热器容积小，耗能少，但水做介质容易造成天冷时集热器结冰。 2.2.2.3光伏建筑一体化 太阳能光伏建筑一体化（Bullding Iniegrated Photovoltaic，BIPV）建筑物与光伏发电的集成化，

62、在建筑物的外围护结构表面上铺设光伏阵列产生电力。BIPV 系统可以划分为两种形式：光伏屋顶结构（PV-ROOF）和光伏墙结构（PV-Wall）。BIPV 系统一般由光伏阵列（电池板）、墙面（屋顶）和冷却空气流道、支架等组成，如图2-14所示。 2-14.BIPV系统示意图 光伏建筑一体化实现了太阳能光伏发电和建筑节能技术的结合，具有建筑、节能、技术、经济和环保相结合的优势，可归纳为：可以有效利用围护结构表面（屋顶和墙面），无需额外用地或加建其他设施；实现原地发电、原地使用，节省电站送电网的投资；采用大尺度新型彩色光伏模块，既节约外装饰材料又使建筑外观增加魅力；保证自身建筑内用电外，还可以向电网

63、供电，舒缓高峰电力需求；安装在屋顶和墙面上光伏阵列可直接吸收太阳能，避免墙面温度和屋顶温度过高，可以改善了室内环境。墙作为建筑物的玻璃幕墙，可减少建筑物的整体造价。 鉴于BIPV的诸多优点，国际能源署 （IEA）已将BIPV作为光伏推广应用的主要目标和任务，许多国家制定了屋顶光伏计划。1997年6月，美国宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”，以加速和促进美国光伏产业的快速发展。同年，欧洲宣布了百万屋顶计划，预计2010年完成。日本政府计划到2010年安装5000MW屋顶光伏发电系统。 我国的BIPV系统的研究与开发已取得了很大的发展。“九五”期间我国在深圳、北京分别成功建成17kWP、7kWP

64、光伏发电屋顶并实现并网发电。我国光伏市场年销售量将以20%的年增长速度发展，到2010年可望超过10MW。 图2-15为各式太阳房住宅的图片。其中C为能源过剩住宅，命名为 Helitrope，原意是“跟着太阳转”。生动地描绘了这幢住宅的最大特点房子自身可以绕中轴随太阳旋转360。 采用PV系统的住宅就像一部精密的机器：房子能自转，这样冬天可使起居室、卧室等主要用房朝南以获得尽量多的阳光；夏天外界气温高时，则可使主要用房背阳，避免过多的阳光进入室内。在住宅顶部有一块54的集热板，亦可同住宅一起跟着太阳转，并且可在上、下、左、右四个方向转动，使之与水平面的夹角可随着太阳高度角的变化而变化，以保证最

65、大的集热面积，获得最多的太阳能。除了顶部的集热板外，在住宅外墙还设有真空管式集热管作为辅助的集热器，增大集热功能。 A B C D图2-15各式太阳房图2-16展示了太阳能房屋内部效果。 图2-16 伦斯勒工学院开发的新型太阳能房屋内部效果图2.2.3太阳能制冷技术 太阳能制冷技术与常规能源驱动的制冷装置原则上相似，但太阳能属于低品位和低密度能源，要求太阳能制冷系统有独特的性能。 太阳能制冷系统从原理上看有两类：直接以太阳辐射热能为驱动能源，主要有吸收式制冷、吸附式制冷和喷射式制冷等。以太阳能产生的机械能为驱动能源，主要有压缩式制冷、光电式制冷和热电制冷等。 图2-17为太阳能制冷循环系统的示

66、意图。图中虚线表示标准制冷循环 目前常用的太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷系统、太阳能喷射式制冷系统、太阳能吸附式制冷和太阳能驱动压缩式制冷系统等。 图2-17太阳能制冷循环系统的示意图2.2.3.1太阳能吸收式制冷系统（1）太阳能H2OLiBr吸收式制冷系统 太阳能H2OLiBr吸收式制冷系统的研究较全面。太阳能制冷系统的性能参数与太阳能集热器的效率直接相关。在设计太阳能制冷系统时，必须考虑太阳能集热器的选择和匹配。 图2-18是太阳能H2OLiBr吸收式制冷系统的示意图。 图2-19给出了制冷系统的系统性能与最佳集热温度之间的关系，图中COP是性能参数，它是发生器、吸收器、蒸发器和冷凝器等系列温度的函数 图2-18太阳能H2OLiBr吸收式制冷系统示意图1-集热器 2-冷却塔 3-高压发生器 4-低压发生器5-辅助锅炉 6-吸收式制冷机 7-热槽 8-空调机 9-房间返回 图2-19系统性能和最佳集热温度的关系 H2O-LiBr吸收式制冷机可以利用气泡溶液的作用，再将溶液从再生器送入吸收器。这里依靠气泡泵循环吸收溶液，而靠重力循环冷工质。因此冷工质和溶液的循环不是用机械泵，而使用