太阳能 第二十二章能源与可持续发展 动植物的生长 人类的活动都无法离开太阳 这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久 你是否了解太阳 人类是否能够从距离地球1 5亿千米远处的太阳上 获取所需的能源 常规能源有 等化石能源和等 可以开发利用的新能源有 等 煤 石油 天然气 风能 水能 核能 太阳能 原子能 地热能 潮汐能 引入新课人类利用的常规能源是什么 可以开发利用的新能源有哪些呢 太阳距地球1 5亿千米 直径大约是地球的110倍 体积是地球的130万倍 质量是地球的33万倍 核心温度高达1500万摄氏度 一 太阳 巨大的核能火炉 在太阳内部 氢原子核在超高温下发生聚变 释放出巨大的核能 太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸 比原子弹爆炸威力更大 太阳就像一个巨大的 核能火炉 太阳表面温度约6000 太阳核心释放的能量向外扩散可以传送的太阳表面 太阳至今已经稳定地 燃烧 了近50亿年 而且还能继续 燃烧 50亿年 一 太阳能的来源及特点 1 太阳能的产生 太阳内部 氢原子核在超高温下发生聚变 释放出巨大的核能 2 太阳能的传递 大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射 太阳能的不足 存在分散 不稳定 转化效率低 成本高 太阳能的优点 请看一组数据吧 太阳深处的极高温度是1500万 和极高压力约2 1016Pa 据粗略估计 太阳向地球表面辐射的功率为1 7 1017w 相当于12000亿吨标准煤释放的能量 看了数据再请同学们计算一下 太阳每小时辐射到地球的总能量有多少 1 7 1017W 3600s 6 1 1020J 太阳能十分巨大 地球每小时从太阳获得的太阳能量有6 1 1020焦 这比目前全世界在一年内能源生产的总量还多 可见太阳能有多么巨大 那么太阳能会不会用完呢 根据科学家推算 太阳像现在这样不停地向外辐射能量 还可以维持50亿年以上 对于人类来说 太阳能可以说是一种取之不尽 用之不竭的永久性能源 所以太阳能的第2个优点是 太阳能供应时间长久 请同学们计算一下 太阳能以光和热的形式向四周辐射 那么它的光和热到达地球上要经过多长时间 我们到哪里去取太阳能 怎样获取呢 只要太阳能照到的地方 就有太阳能 不用专门去寻找 只要用东西接收就行了 不需要挖掘开采 太阳能分布广阔 获取方便 太阳能是最干净的能源 开发 利用太阳能不会给我们带来污染 所以 太阳能的第4个优点是 使用太阳能安全 不污染环境 一 太阳能的优点 1 太阳能十分巨大 2 太阳能供应时间长久 3 太阳能分布广阔 获取方便 4 太阳能安全 清洁 无污染 太阳光已经照耀我们的地球近50亿年 地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉 人类的日常生活 也无法离开阳光 地球上几乎所有的能源都来自太阳能 除 核能 地热能 潮汐能 太阳向外辐射的能量中 只有约二十亿分之一传递到地球 二 太阳是人类能源的宝库 太阳能是人类能源的宝库 1 化石能源来源于太阳能 2 风能 水能来源于太阳能 3 生物质能来源于太阳能 你知道我们现在使用的化石能源 煤 石油和天然气与太阳能有怎样的关系吗 阅读 思考 海洋生物 陆地生物 泥炭 煤炭 石油 天然气 太阳能 化学能 光合作用 压力 化学变化 今天我们开采化石燃料 实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能 远古时期的植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能 经过地壳的不断运动 死后的动植物躯体埋在地下和海底 经过几百万年的复杂变化 变成了煤 石油 天然气 化石能源的形成 能源分类 一次能源 常规能源 不可再生 二次能源 汽油 焦碳 煤气 蒸汽 电能等 石油 煤 天然气 生物质能 水能 可再生 新能源 不可再生 核能与原子核反应有关 可再生 太阳能 风能 海洋能 地热 潮汐能 波浪能 来自太阳辐射 1 想象如果没有太阳 我们的世界会变成什么样子 2 你们了解关于太阳的多少知识 讨论 交流 小学课文 太阳 摘录 如果没有太阳 地球上将到处是黑暗 到处是寒冷 没有风 雪 雨 露 没有草 木 鸟 兽 自然也没有人 一句话 没有太阳 就没有我们这个美丽可爱的世界 自学 阅读 156页 157页 太阳能的利用 内容 问题 人们是怎样利用太阳能的 直接利用太阳能的方式有几种 1 直接利用太阳能的方式 2 用集热气把水等物质加热 太阳能转化为内能 1 用太阳电池把太阳能转化为电能 三 太阳能的利用 人类直接利用太阳能有三条途径 讲解 例如用太阳炉 太阳能热水器等装置把太阳能转化成内能来做饭 烧水等等 也可用集热器把水加热 产生水蒸气 再推动汽轮发电机发电 这就叫太阳能热电站 把太阳能转化成内能以供利用 1 直接利用太阳能的方式 太阳能热发电电站 用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质 实现了把太阳能转化为内能 2 光热转化 太阳能的应用 热水 冷水 水箱 集热器 太阳光 集热器的原理 讲解 例如用硅光电池 也叫太阳能电池 把太阳能直接转化成电能 太阳能电池的应用已很广泛 像人造卫星上的电源 太阳能汽车上的电源 小型电视机 计算器上的电源 城市道路路灯的电源等等都可用太阳能电池 我国还用太阳能电池做航标灯的电源 铁路信号灯的电源等等 通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能 太阳能电池可以将太阳能转变为电能 在航空 航天 交通 通信等领域中有较为广泛的应用 光电转化 右图为世界上最大的太阳能发电厂之一的帕赛尔工厂 坐落在美国加州的赛尔帕工厂有52000块电池板 覆盖面积约为36万平方米 这些电池板能容纳将近四百万块太阳能电池 在一个阳光明媚日子的正午时分 它的产电能力可以达到11兆瓦 足以为8000个家庭供电 每年减少二氧化碳的排放1 3万吨 2010年 上海世博会中国馆采用了大量先进的太阳能科技 整座世博园的太阳能发电装置每年预计节电约420万千瓦时 减排二氧化碳约4100吨 讲解 万物生长靠太阳 绿色植物利用太阳光进行光合作用促使植物生长 从而将太阳能转化为化学能 通过光化转换装置把太阳能转化成化学能 三种利用太阳能的方式 能源易获取 不排放CO2 能源量大 可持续性强 能源分散 受自然条件限制 转化效率低 成本较高 太阳能技术的优缺点 既然太阳能有那么多优点 为什么不大量推广 大范围应用呢 目前还有些技术问题没有解决 三 广泛利用太阳能的困难 讲解 经计算 垂直投射到地面每平方米面积上的太阳能只有几百瓦 所以要大规模开发利用太阳能必须设置庞大的收集和转换能量的系统 目前造价还太高 影响推广 由于地球的自转和气候 季节等原因 太阳能的功率变化大 不稳定 给正常连续地使用造成困难 讲解 光热转换的效率为50 60 而光电转换的效率只有10 左右 所以还要下大力气研制高转换效率的材料 1 太阳能虽然十分巨大 但它太分散 2 太阳能不稳定 不能正常使用 3 目前太阳能转换器的效率不高 四 结束语要大规模地直接利用太阳能还要做大量的研究工作 现在已取得一定成果 只要不断努力 必将会不断有新的进展 随着科学技术的进步 应用也将越来越广泛 有人预言 到21世纪 太阳能将会成为人类的重要能源之一 2008 2010年中国太阳能利用产业分析及投资咨询报告 当煤炭 石油等不可再生能源频频告急 能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时 越来越多的国家开始实行 阳光计划 开发太阳能资源 寻求经济发展的新动力 太阳能作为一种可再生的新能源 越来越引起人们的关注 课堂小练习 1 太阳能可以直接利用 下列装置中把太阳能转化成内能的是 把太阳能转化成电能的是 A 硅光电池C 太阳集热器B 太阳灶D 太阳能热电站2 当今人类利用的常规能源是 新能源是 A 化石能源C 核能B 太阳能D 电能3 新能源中最瞩目的是 能 它的主要优点是 和不会给环境带来污染 4 虽然太阳能是最理想的新能源 但是目前我们要大规模的利用还存在一些技术困难 我们目前该怎么办 课堂在太阳内部 氢原子核在超高温下发生 释放出巨大的 能2 太阳能热水器是将太阳能转化为 能 太阳能硅光电池将太阳能转化为 能 在绿色植物的光合作用过程中太阳能被转化为 能讨论 结合地理知识 讨论我国哪些地区适宜开放太阳能 聚变核 内电化学 我国西藏 青海 新疆 甘肃 宁夏 内蒙古高原 北京奥运主场馆 鸟巢 采用绿色能源 太阳能光伏发电系统为整个场馆提供电力 是当今世界上最大的环保型体育场 白天 太阳能转化为电能 除供正常使用外 将多余的能量储存在蓄电池内供夜晚使用 这个过程中能量发生转化的情况为 太阳能 电能 光能 中考链接 化学能 电能 小明家的太阳能热水器可以贮水100kg 天气好时 吸收太阳辐射能可以使水温升的足够高 阴雨天可用电辅助加热 它的电加热器的额定电压是220V 额定功率是2000W 太阳能与热学 电学知识的综合 1 若在阳光的照射下 100kg的水温度从20 上升到50 吸收的太阳的热量是多少 2 若在阴雨天使用电加热器在额定电压下将这些水加热 使之升高相同的温度 需要多长时间 假设消耗的电能全部转化为水吸收的内能 3 实际上用电加热时间需要2h 请你写出产生这种现象的两点原因 答案 1 1 26 107J 2 1 75h 3 电加热过程中 存在热量损失或实际电压低于额定电压的情况 经典题型 设计新式太阳能住房收集 参阅相关资料 设计一个新式太阳能住房 从住房的材料 结构 门窗位置 门窗朝向以及利用平面镜反射光等方面的知识考虑 要求画出住房的图样 自制太阳集热器1 在一个黑色盘子和白色盘子中分别注入1cm深的冷水 用温度计测量初温 将玻璃板 或塑料纸 盖在盘子上 然后放在阳光下晒一个小时 移开盖板 用温度计测量水温 哪个盘中的水温高 想一想 为什么要用黑色的盘子 为什么盘子上面要盖玻璃板 请同学们举出生活生产中利用太阳能的实际例子