1.1.2太阳能基础知识

1.太阳能

太阳是一个由炽热气体构成的球体，主要由氢和氦组成，其中氢占80%，氦占19%。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kW/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kW/m2，相当于102000TW的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外）。虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异、因时而变，这是开发和利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。

地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能及部分潮汐能都来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，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。我国太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上的地区年辐照总量大于5020000kJ/m2，年日照时数在2000h以上。

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，又无须运输，对环境无任何污染。太阳能的总量很大，我国陆地表面每年接收的太阳能就相当于1700亿吨标准煤，但十分分散，能流密度较低，到达地面的太阳能每平方米只有1000W左右。同时，地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等因素影响，时阴时晴，时强时弱，具有不稳定性，限制了太阳能的有效利用。

人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火，利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，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。太阳能作为一种新能源，与常规能源相比有三大优点。

①太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的。

②在地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用价值。

③太阳能是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪声，更不会影响生态平衡。

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均为全国最高，属世界太阳能资源丰富地区之一；四川盆地、两湖地区、秦巴山地是太阳能资源低值区；我国东部、南部及东北为资源中等区。各地区资源分类见表1-1。

表1-1 各地区资源分类

2.全国各大城市标准日照时数

全国各大城市标准日照时数见表1-2。

表1-2 全国各大城市标准日照时数

3.太阳能光照时间对照表

在计算太阳能电池的工作时间时，不应把日照时间看做每天有太阳光的时间，若选择计算时间为8h左右，会给整个太阳能光伏发电系统造成不稳定的因数。设计中应根据不同的地区的光照条件分别区分太阳能电池的有效工作时间，根据太阳光照时间对照表（见表1-3）进行计算。

表1-3 太阳光照时间对照表

只有根据这些参数才能准确计算各地区的光照时间和准确计算太阳能光伏发电系统所用的太阳能电池组件的数量和可靠系数。