太阳能供电与半导体制冷箱的设计(精)

第一篇：太阳能供电与半导体制冷箱的设计(精)

太阳能供电与半导体制冷箱的设计

摘 要 太阳能的优点就是环保节能。半导体制冷器，不依靠任何制冷剂，不产生噪音，优势显著，其应用也有着十分广阔的前景。作者将太阳能与半导体制冷结合起来，并对太阳能——半导体制冷器的设计思路和相关实验作了详尽的介绍。

关键词 太阳能 热电制冷 半导体制冷器

Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌａｒ－Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ

by Zhang Xi*

Ａｂｓｔｒａｃｔ Solar energy are energy savers and environmentally benign.Do not rely on chemicals，gases or other refrigerants and do not generate noise，make semiconductor refrigeration conspicuous.Thought of designation and certain experiment of solar-powered semiconductor refrigerator is well introduced in this paper.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Solar Energy Thermoelectric-Refrigeration Semiconductor Refrigerator

0 前言

太阳辐射能作为一种能源，与煤炭、石油和核能等比较，有着独具的特点。它的优点可概括如下四点：普遍、无害、长久、巨大。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持600亿年，相对于人类发展历史的有限年代而言，完全可以说是取之不竭，用之不尽的能源。我国属太阳能资源丰富的国家之一，辐射总量在3.3×103～8.4×106kJ/m2·年之间，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000h。太阳能将成为几十年后我国乃至全世界主要的能源之一。现在利用太阳能进行制冷的方法有许多成熟技术。但无论是太阳能吸收式，或蒸汽喷射式等等，都需要用到氟、溴化锂和氨等制冷剂。相比之下，半导体制冷的优势就比较明显，现在利用半导体制冷的产品也有一些，例如海尔车用冰箱等，受到了有车族的喜爱。

太阳能和半导体制冷各有优点，能不能把它们结合起来呢？我们设计制作了一个便携式太阳能供电半导体制冷药箱，由太阳能作为它的直接能源，给它供电。其功能是为少量的药品进行低温保存。太阳能——半导体制冷箱的设计思路

1.1 制冷药箱的特点

制冷药箱应用了半导体制冷技术作为制冷系统，结合太阳能供电，可以做到无噪声、无污染、便于携带、启动快和方便在制冷制热间进行转换，在没有外接电源时，仍然可以工作，并可以对箱内的温度进行实时监控。其体积小、重量轻和方便在各种特殊条件下工作，在小功率致冷时效率高。

1.2 制冷药箱的构成（见图1）

1.2.1 制冷箱（见照片1）

下图为制冷箱实物图，a图为箱内结构，左侧为控制电路部分，右侧为制冷仓；b图下侧为太阳能可抽拉电池板，箱盖上镶嵌有温度显示器。

1.2.2 选择半导体制冷器

在制冷器的选择中应考虑以下几点：

1）被冷却物体所欲达到的温度；

2）制冷元件的最大电流数值；

3）热负载，被冷却物的发热量和从外部渗入的热量；

4）选取何种散热方式（自然对流散热、强迫对流散热或液冷等）以及热端与周围介质的热交换系数；

5）冷端同被冷却物体间取何种热交换方式（紧密接触或液体循环等）以及热交换系数；

6）冷却速度与达到温度的时间。

半导体制冷箱的热负荷可按下式计算：

实验条件：箱体的传热可视为单层平壁的传热过程，按标准条件，箱外温度t1=32℃，相对湿度为75±5%，箱内温度设为20℃。制冷箱按每小时开门2次计算，再假定每次开门箱内空气全部被置换成箱外空气，储存药品0.2kg。其他发热量取0.2W。为保险起见，将热负荷增加10%的安全系数定为QT'。经过计算可得QT'=1.1QT=4（W）其中，储物热量QP占总热负荷的50%以上，由于有温度控制电路，当箱内温度稳定后，制冷系统的工况也进入稳定工况，所以制冷箱应该是间歇工作的。

制冷箱采用空气自然对流散热的换热系统，即选择一定形式的散热片作为热交换器。由于制冷箱冷端与被冷却物采用紧密接触的热交换方式，所以制冷对象所要移走的热量，将直接被制冷器的冷端吸收，再经热电制冷效应把热量移至热端，再经各层的导热把热量传给热端散热器。散热器利用空气的自然对流把热量散到环境中，达到制冷目的。

为了使散热器有效地工作，必须选择合适的热端温度，如果它接近于环境温度，则因散热片与环境的温差太小而换热很差，如果选取热点温度比环境高得多，则会使热电制冷器的制冷系数明显下降，一般选取热端温度比环境温度高7～10℃。制冷箱选用普通氧化铝陶瓷散热

器，经估算，其换热系数为5W/m2·K左右，其散热功率也可达到50W左右。基本可以满足散热要求。

经反复考虑，并综合各种因素，选用TEC1-12705 型半导体制冷器，此为陶瓷结构式温差电制冷组件，制冷级数为1，电偶对数为127对，最大温差电流为5A，最大温差67℃，电压14.5V，尺寸为40×40×4（mm）。

1.2.3 选择太阳电池

太阳电池单体是用于光电转换的最小单元，它的面积一般为4～100cm2。太阳电池单体工作电压为0.45～0.50V，工作电流为20～25mA/cm2，将太阳电池单体进行串联，并联并封装后，就成为太阳电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，更高的能达到几百瓦。太阳电池组件包含一定数量的太阳电池，这些太阳电池通过导线连接，一个组件上，太阳电池的标准数量是36个或40个（10cm×10cm），产生16V的电压，与一个额定电压为12V的蓄电池进行有效的充电。并能使选择的半导体制冷器能够正常工作。制冷箱所选的晶体硅太阳电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，在这两个层的连接处就是所谓的PN结，太阳电池的顶部被一层减反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。被密封后具有一定的防腐、防风、防雹和防雨等能力。

本实验装置一个单元约能产生0.5V电压，经过串并组合，在足够的光源照射下，能达到约4.5V电压，2W左右的输出。并能为蓄电池有效的充电。

1.2.4 温度控制电路

1.2.4.1 硅二极管

硅二极管又称防反充二极管或阻塞二极管，考虑安装它的主要作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨天和夜晚不放电时或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳电池方阵放电。防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中，起单向导通的作用。它能承受足够大的电流，而且正向压降，反向饱和电流很小。

实际上，在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。

1.2.4.2 蓄电池组

蓄电池组的作用是贮存太阳电池方阵受光照时所转换的电能，并随时向负载供电。太阳电池发电系统对所用蓄电池最基本要求是：自放电率低，使用寿命长，深放电能力强，充电效率高，可以少维护或免维护，工作温度范围宽，价格低廉。

制冷箱选的蓄电池组由3组6节2.4V可充电电池组成，其充电方式采用“半浮充电方式”进行。即太阳电池方阵全部时间都同蓄电池组并联浮充供电，白天浮充供电运行，晚上只放电不充电。白天，当太阳电池方阵的电势高于蓄电池的电势时，负载由太阳电池方阵供电，多余的电能充入蓄电池，蓄电池处于浮充电状态，当太阳电池方阵不发电或电动势小于蓄电池电势时，全部输出功率都由蓄电池组供电，由于阻塞二极管的作用，蓄电池不会通过太阳电池方阵放电。

1.2.4.3 温度控制电路

开关闭合时，将蓄电池接入电路，太阳电池开始为其供电，开关闭合时半导体制冷器开始工作。同时发光二极管闪动，表示一切工作正常。R1为负温度系数5k热敏电阻，即当温度上升时其电阻减小，它直接贴在半导体制冷器冷端上，当制冷器开始工作时，冷端温度下降，R1电阻上升，R4两端电压下降，2端电压上升，当升到2/3Ucc时输出端为低电平，冷却停止，此时，温度略有回升，R1电阻开始下降，R4两端电压上升，2端电压下降，当降到1/3Ucc时，输出为高电平，继续冷却，如此循环往复，达到温度控制的目的，这样，半导体制冷器也将间歇工作，可以节省部分电能。10 kΩ电位器R2的作用为微调器调节电阻的大小，改变电流来达到需要的温度。电路中各晶体管均为放大电流作用。双向开关K3通过改变电流流入制冷器的方向来控制制冷制热。太阳能——半导体制冷箱样机实验报告

实验仪器：制冷药箱、三用表、全数字式光照计、可调光强式台灯和温度显示器等。

实验时间：2004年4月18日、5月14日

实验地点：北京

实验温度：最低18℃、最高28℃

2.1 下表为本实验箱太阳电池工作的状态图3为4月18日实验数据记录

说明：开路电压Voc在开关k1、k2 均打开时，有光照时太阳电池两端的电压，通过图3可以看出太阳电池的开路电压，有自己的定值，当光照达到一定的强度时，不再随光强的增大

而增大。

短路电流Isc在开关k1、k2 均打开时，从太阳电池正极直接流到负极的电流，从图3可以看出，短路电流随光照强度的增加而增大，基本上是线性的。

负载电压Vf是k2闭合时，半导体制冷器两端的电压。

负载电流If是k2闭合时，流过半导体制冷器的电流。

工作电压k2是闭合时，温控电路的电压。

2.2 蓄电池工作状态

将k1、k2均闭合，测得工作电压2.4V，工作电流500mA、负载电压1.75V。图4为制冷箱正常工作时温度随时间变化的曲线。

从a图可以看出，大约在50s左右，制冷箱就可以达到所设定的制冷温度20℃。从b图可以看出，可以长时间保持高精度的制冷温度控制。通过调节温控电路中电位器R2可以设定制冷温度。

2.3 制冷箱全天工作状态监测（5月14日）

由图5可知，由于将制冷箱的上限温度设定在20℃，所以当环境温度低于20℃时，半导体制冷器不工作，制冷箱内温度基本与环境温度相同，当外界温度高于20℃，制冷器正常工作，基本恒温在20℃，上下波动不大。另外在设计时，电池的功率满足要求。所以无论是否有充足的阳光，制冷器在24小时内均能正常工作。实验不足

由于条件所限，本实验装置没能完全达到理想的设计状态。

1）由于未购置到设计所要求的足够功率的太阳电池板，使得给蓄电池充电的能力不够。

2）散热器未采用风冷，所以加了热仓，但由于隔热系统不完善，影响了冷仓的工作。

3）因为是实验装置，温度控制电路不够紧凑，占了较大的空间。在产品设计中，还可以改进。

4）制冷设定温度是手动调整的，在产品设计中改成数字化调节也是可行的。（责编：罗增英）

参考文献 李戟洪，马伟斌，江晴等.我国首座大型太阳能空调系统.制冷学报，1999，2 罗振涛.我国的太阳热水器产业太阳能.2001，4 ：8～11 李安定.太阳能光伏发电系统工程.北京工业大学出版社，2001，12 郭孝礼.冷库制冷设计手册.农业出版社，1988 徐德胜.半导体制冷与应用技术.上海交通大学出版社，1991.12 吴业正.小型制冷装置设计指导.机械工业出版社，1998.8

第二篇：关于溴化锂机组与电制冷机组的区别

关于溴化锂机组与电制冷机组的区别

文章来源：中国节能技术与产品网 添加时间：2006-8-29 我们知道，所谓制冷与制热的概念并不确切，根据能量守恒定律，制冷与制热的过程实际上是能量转移的过程，而能量由一个空间转移到另一个空间主要是通过“传热”与“传质”来

完成的；在比较常见的水系统环境空调设备中，依工作原理的不同可分为吸收式和机械压缩式两种主要形式：溴化理机组的工作原理是以热能来驱动，通过一系列换热器之间的和热传递达到使用工况；电制冷则主要依靠电动机驱动压缩机做功来完成。完成这一过程前者是使用“溴化锂”这种锂盐的水溶液（实际是溶液中的水）作工质，后者是使用氟利昂作工质-----通过一系列或简单 或复杂的热交换和物质的转移来完成。

应该了解的是：他们是以物理能或化学能形式存在，因此人类利用能源来驱动机械，实际上是利用这两种能量互相之间的转化和转换。溴化锂吸收式与电制冷机械压缩机------这两种设备之间的重要区别就在于溴化锂要靠化学能转化为热能，利用热源比周围环境温度高，因此要传热来完成热能的转移；而电制冷主要机械加压使氟利昂气体液化，利用液体氟里昂蒸发要大量吸热的特性来完成热能的转移，仅仅就原理来说，后者比前者转移热能的效率要高许多。

据测定，溴化锂单效机组输入一个单位的热功只能得到0.8—0.9各单位的制冷能力，双效机组也仅仅达1.1---1.2；而电制冷机组随压缩机形式的不同可分为速度式和容积式两大类：前者以离心机为代表：后者又分为往复式（又分为活塞式与转子式）.螺杆式与涡旋式等几个主要机型。如果均采用水冷，在标准工况下由于采用的换热器形式不同及压缩机结构上的差异，其能效比分别为离心机1：6.0---9.0，其它机型依次为1：3.6---4.0;1：4.0---4.8和1：4.2---5.0。

即便如此，前几年内地中央空调主机市场仍被溴化锂机组占有大部分市场，浅析原因如下

因此：溴化锂机组的利用主要在有非热能或廉价能源的地方，如果从能源利用率的角度衡量，它与电制冷有不可弥补的差距。

一． 是因为电力基础设施建设跟不上，电力很紧张，造成供需矛盾，只好使用高污染、低效率的小型燃煤锅炉就近制备蒸汽来驱动溴化锂蒸汽型机组。二． 也与内地以煤为主要能源的能源结构有关系：在环保要求高标注准的今天，很多北方城市有相对污染较小的热、电联供或重型锅炉集中热力网，夏季完全可以使用溴化锂机组用来制备工艺用冷冻水，相应与燃煤发电而言即考虑了环保要求也避免了作为二次能源的电力取得的高成本；即使是燃油的溴化锂直燃机，当时的油价较低，使用费用相对较低；即便是现在，国家倡导的西气东输工程将相当程度上改善能源结构和降低燃气费用，还会有部分用户使用燃气的直燃机-----这主要是价格因素影响了决策人的选择。

三． 是溴化锂机组的几个主要生产厂家趁市场需求旺盛的东风，借助电力供求矛盾一时难以缓解之机大力鼓吹，形成了宣传攻势，误导了相当一部分用户（现在形势已然大变，政策事鼓励用电，电力容量费得到相当程度的减免，即便是采暖都可以申请采用蓄能电锅炉，并出台了相应的峰、谷电价政策）。

四． 溴化锂机组的工艺特性决定了它做的越大成本就越低,折算承担位制冷量相对越便宜,又可以冷.暖一体化,工艺结构上就决定了在比较大型的项目上,它具备一次性投资的相对地廉性.那么,又为什么近几年 间溴化锂机组的市场份额明显缩小呢?组要由于它有以下几个方面显而易见的缺点： A、机组的工况需要保持机组内部的高度真空，对机组而言保持高度真空有三个方面的作用：其

一、溴化锂机组实际上是依靠高纯度的水在真空状态下4摄氏度就可以沸腾着以物理特性，依靠水的蒸发吸收热量，在经过一系列相当复杂的传热、传质过程来达到制冷效果，如果没有真空就满足不了工艺要求；其

二、由于溴化锂溶液本身偏碱性，在有空气存在的情况下，氧原子极易与钢结构构件结合，容易造成迅速和大面积的腐蚀，正常的机体有这样的“溃疡”意味着什么后果可想而知。其

三、溴化锂机组由于构造复杂，许多涉及机组性能的辅配件需经常更换、维修，工质物质（溴化锂溶液）使用了3---5年必须在生以及机组内部经常需要清洗等诸多因素，造成每一次小故障都有可能使机组内部与空气接触，直接的结果就是整个机组内部被腐蚀。

B、溴化锂机组极易有“冷剂污染”与“结晶”两种故障：前者是高压发生器内液位过高、发生剧烈，含有锂盐的小液滴飞溅入冷剂水循环，造成水的纯度下降，不能在低温高真空下沸腾，也就没有了工况，二者两种故障是经常容易发生的（高发液位控制国际国内至今未找到合适的方法，目前比较可靠的只能用金属探棒、电机传感器发式，即使这种方式失灵的比率也是相当高，经常需要更换），一旦失灵后果就是“冷剂污染“；而“结晶”则是由于机组的各个热交换器之间存在一定的东平衡关系，如果犹如外界或机组内部原因破坏了造成管路堵塞，严重的甚至会产生内漏，造成机组停机大修。由于溴化锂机组内部有12—22个换热器，在精密的自控也是依靠传感器来工作的，溴化锂想对与电制冷机组来说构造复杂、控制点多，传感器数量也多，出故障的可能性很高，功平衡一旦市区，结晶产生，恢复起来很缓慢，十分严重的还会造成内漏或换热器报废。

C、由于以上几种现象的经常发生，溴化锂机组对看管人员的要求相当高，即使有自控装置，如前文所述的原因，通常也是不可靠的。有经验的操作人员可以防患于未然，有故障尽快采取措施，但仍免不了经常发生；如果是对机组工作原理和运行常识没有了解的人员来职守，往往集小患为大祸，造成冷量衰减，寿命缩短，十有八九不能运行到预期的15—20年的使用寿命，而许多用户所使用的操作人员往往是没有经验的；如此，对用而言受到的影响与损失是不可预估的。

以上讲了溴化锂机组本身固有的一些弱点，但任何事都有多面性，需要全面衡量利与弊：如果有大量废热或可以使用廉价能源，其使用的经济效益佳；另外，如果保养恰当，人员责任心强，也可以完成预期寿命；故不能完全一概而论。

电制冷主机也是有其不适用的地方：比如，电制冷冷暖一体的风冷热泵机组其相对能耗较大，且不适合在冬季平均气温低于零摄氏度地区使用；某些制冷压缩机型号与工艺并不适合在较大或较小的系统中，比如四种主要形式的制冷压缩机，往复式与涡旋式比较适宜小型机组，螺杆式适合于中型项目，而离心机单机最小在50万大卡以上，小于150万大卡的项目一般不采用，这是因为电机拖动是无论做工与否都要好电，而作为环境空调主机的制冷机组其负荷是经常变化的，如果压缩机较少，容易造成浪费。

电制冷压缩机活塞往复式与螺杆式从结构区分均有办封闭、全封闭与开启式之分；螺杆机还有单螺杆和双螺杆的不同；离心机油单级与多级之分；涡旋机基本形制大同小异；单就其适配经济比较：耗电最省的是离心机和开启式双螺杆机，其次是半封闭螺杆和涡旋机，较差的是往复式机组；从使用寿命方面比较：最耐用的是开启双螺杆，其他依次是全封闭双螺杆、涡旋式、多级离心式、半封闭双螺杆、单螺杆核单级离心式，最短的是往复式，因而他们的单位时间维护成本是依次升高的，这是由各种形制的机组工作原理及制作工艺决定的。

但是现在之所以某些技术与工艺并不是最有“含金量”的机组仍有较大的销量，除了成本上的差别，也是由于各个品牌企业大都实行经销代理制，在经销商享用护推荐过程中出现了偏差------也就是说：用户并未购买到技术经济性最佳的产品。

溴化锂机组与电制冷机组，每种产品都有其适用范围，互相之间也重合或曰可替代性，具体情况应具体对待，只要抱着科学的态度，认真选择合适的产品，同样可以达到少花钱多办事的目的。

现代科技发展至今，基础科学，材料力学研究的成果基本上市共享的，机组是否耐用，用户是否方便，选用了名牌就意味这一定的保障，关键在于品牌企业都有成熟的管理机制和企业文化，自然在每一个阶段都会向业界推出最好的产品：但用户却未必选用，根本上讲是由于新材料新工艺使新产品成本较高。

机组的品质好坏与价格高低直接相关，而不同的企业对市场有不同的举措，有些着眼于品牌形象，实行“差异化”战略，主做高端市场---同一时期只推品质最好的产品，如“日立”；有些招着眼于满足客户需要，兼顾低端市场，同一时期有不用层次的产品分别面对不同的需要，几个美国品牌尤其劳特斯、约克、开利，就是如此。

以上内容侧重于共性方面，如有特例，由于篇幅内容的局限性，可以另外探讨；因此，这份材料仅供参考。

第三篇：《太阳能》教学设计

第三节

太阳能

●教学目标

1.知识与技能

●知道太阳能是人类能源的宝库 ●了解太阳能的优点．

●知道直接利用太阳能的两条途径． 2.过程与方法

●培养学生的观察能力.●初步分析问题和解决问题的能力.3.情感、态度与价值观目标

通过课文讲解,使同学们养成实事求是的科学态度,热爱科学的情感.●教学重点

初步认识太阳的结构，知道太阳能是人类能源的宝库 ●教学难点

太阳能的利用 ●教学方法

讲授、合作 探究 交流。●教具准备

有关挂图、录像资料等 ●课时安排 1课时 ●教学过程

一、温故致新

教师：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？

学生：常规能源有煤、石油、天然气等化石燃料和风力、水力资源等等，可以开发利用的新能源有核能、太阳能、地热能、潮汐能等等．

教师：回答得很好，前面我们已经学习了核能的开发和利用，用铀做燃料的反应堆虽然能大大减少能源的消耗，但是铀的储量也是有限的，而且使用时要产生放射性污染；轻核的 1 / 6 聚变虽然比裂变干净，还能释放更多的能量，但是至今还没有真正解决和平利用的问题，所以还要开辟新能源．随着科学技术的发展，人们发现太阳不但一直间接地向人类提供生存和发展的能量，而且还是可能为人类长期地直接提供巨大能量的新能源．今天我们就来学习太阳能．

二、创设情境 导入新课

思考：

1、想象如果没有太阳，我们的世界会变成什么样子？

2、太阳巨大的能量是怎样产生的？人类又是怎样利用太阳能的呢？ 学生讨论

三、探求新知

学生先阅读课本找出下列问题答案

1、太阳能的优点有哪些？

2、为什么说煤和石油是来源于上亿年前的太阳上的核能？

3、太阳能的利用还有哪些困难？

四、重点突破

（一）太阳——巨大的“核能火炉”

1、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1 500万摄氏度。

太阳能结构图

2、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，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。

3、太阳能供应时间长久．

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，太

/ 6 阳表面温度约6 000 ℃，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。太阳能可以说是一种取之不尽，用之不竭的永久性能源.（二）太阳是人类能源的宝库

教师：我们到哪里去取太阳能？怎样获取呢？

太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。

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。

煤、石油、天然气的形成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。

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。

煤 石油 想想议议

根据图说明太阳辐射到地球的能量的利用、转化和守恒的情况。

/ 6

有了雨水形成水能。

地球表面的部分水吸收太阳能变为水蒸气上升，遇冷后凝结成云，再遇冷空气形成雨，植物通过光合作用从太阳能中获取能量，以化学能的形式储存在植物体内，人类和动物从植物或其他动物处获取生物质能以维持生命

教师先请同学议论：如何利用太阳能？然后总结．

（三）太阳能的利用

利用太阳能的方法：

1．把太阳能转化成内能以供利用＞（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．）

2．通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能（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）

想想做做

1.在一个黑色盘子和一个白色盘子中分别注入约1cm深的冷水，用温度计测量初温。2.将玻璃板（或透明塑料纸）盖在盘子上，然后放在阳光下晒一个小时。3.移开盖板，用温度计测量水温。哪个盘中的水温高？ 想一想，为什么用黑色的盘子？为什么盘子上要盖玻璃板？ 结论：黑色盘中水温高

原因：黑色的物质易吸收太阳光的热量，比如你穿黑色衣服比穿白色的热，盖玻璃是为了防止热量散失。

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、使用太阳能安全、不污染环境 太阳能的缺点

/ 6 教师：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．

1、能源分散

（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．

2、受自然条件限制

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

3、转化效率低

目前太阳能转换器的效率不高（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）

4、成本较高

总结：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．

四、课堂小结

1、太阳----巨大的“核能火炉”

2、太阳能是人类能源的宝库

3、太阳能的利用

目前直接利用太阳能的方式有两种： 光热转化——把太阳能转化成内能以供利用；

光电转化——通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能。

五、随堂练习

1、下列说法正确的是（）

A．原子弹爆炸属于原子核聚变

B．在太阳内部，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸

C．化石燃料、水能、地热能都属于新能源

D．做功冲程中，热机是将机械能转化为内能

/ 6 2．当今人类利用的常规能源是（AD），新能源是（BC）。

A.化石燃料 B.核能 C.太阳能 D.电能

3.关于太阳能电池，下列说法中错误的是（D）A.太阳能电池使用寿命长，不需燃料

B.太阳能电池产生的电压较低

C.太阳能电池使用方便，但目前转化效率很低 D.太阳能电池的制造成本低，有利于普遍推广

4、关于太阳能的利用,下列说法错误的是(B)A.太阳能可以转化为内能 B.太阳能不能直接转化为电能 C.利用太阳能安全清洁无污染

D.对人类而言，太阳能几乎是取之不尽、用之不竭的

●板书设计

22.3 太阳能

1、太阳——巨大的“核能火炉”

2、太阳是人类能源的宝库

3、太阳能的利用的两种方式：

光热转化——把太阳能转化成内能以供利用；

光电转化——通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能。

●布置作业

动手动脑学物理：1、2、、4 ●教后反思

本节课主要采用讲授、合作 探究 交流推理教学方法，同时采用先进的教学手段，使学生多方位获取知识。本节探究太阳能的活动，是让学生经历类似科学家研究太阳能的过程，一个利用证据逻辑推理及想象作出合理解释的过程。通过阅读资料和研讨认识煤、石油和天然气的成因，认识它们与太阳能的联系。认识到煤、石油、天然气的能量实际上是储存了亿万年的太阳能。从而了解我们使用的能量大多最终来自太阳。让学生知道要从小做起，从我做起，为整个社会达成节能环保的目标尽自己的一份力。

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第四篇：太阳能教学设计

《太阳能》教学设计

授课教师：胡彩苑

一、教学目的

1．了解太阳能的优点． 2.知道太阳能是人类能源宝库 3．知道直接利用太阳能的两条途径． 4.认识太阳能装置

二、教学用具

有关挂图、录像资料等．

三、教学重点：太阳能的利用。

教学难点：对使用太阳能装置的认识。

四、教学过程

1．引入新课

教师：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？

学生：常规能源有煤、石油、天然气等化石燃料和风力、水力资源等等，可以开发利用的新能源有核能、太阳能、地热能、潮汐能等等．

教师：回答得很好，前面我们已经学习了核能的开发和利用，用铀做燃料的反应堆虽然能大大减少能源的消耗，但是铀的储量也是有限的，而且使用时要产生放射性污染；轻核的聚变虽然比裂变干净，还能释放更多的能量，但是至今还没有真正解决和平利用的问题，所以还要开辟新能源．随着科学技术的发展，人们发现太阳不但一直间接地向人类提供生存和发展的能量，而且还是可能为人类长期地直接提供巨大能量的新能源．今天我们就来学习太阳能．

2．进行新课

板书：＜ 太阳能＞(1)太阳能的优点

①太阳能十分巨大．

教师：同学们想想，太阳能有什么优点呢？

板书：＜

（一）太阳能的优点＞

学生：太阳能非常巨大，从前面表中可见，太阳能向周围空间辐射的总功率达3.8×1026瓦．

板书：＜1．太阳能十分巨大＞

教师：说得很好，太阳能十分巨大．同学们知道太阳能辐射到地球表面的总功率是多少吗？（学生通过查看课本答）

教师：同学们计算一下，太阳每小时辐射到地球的总能量有多少？（学生上黑板计算）

教师：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．

②太阳能供应时间长久．

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60亿年以上，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：

板书：＜2．太阳能的供应时间十分长久＞

③太阳能分布广阔，获取方便．

教师：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）

教师：很好，所以太阳能的第3个优点是：

板书：＜3．太阳能分布广阔，获取方便，无需挖掘开采和运输＞

④使用太阳能安全、不污染环境．

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：

板书：＜4．太阳能安全、不污染环境＞

(2)人类直接利用太阳能有两条途径

教师先请同学议论：如何利用太阳能？然后总结．

板书：＜

（二）直接利用太阳能的两条途径

＜1.把太阳能转化成内能以供利用＞

师讲解：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．

＜2．通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能＞

师讲解：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

(3)利用太阳能的困难

教师：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．

板书：＜

（三）广泛利用太阳能的困难＞

＜1． 太阳能虽然十分巨大，但它太分散＞

师讲解：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．

＜2．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＞

＜2． 目前太阳能转换器的效率不高＞ 师讲解：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

(4)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．

五、课堂小结

六、作业布置

第五篇：《太阳能》教学设计

《太阳能》教学设计

一、教学目标

（一）知识与技能

1．知道太阳能的由来及其优点，是地球巨大的天然能源，也是一种重要的新能源。2．大致了解利用太阳能的方式及其新进展。

（二）过程与方法

通过对太阳能及其转化情况的讨论，培养用能量转化观点分析问题的习惯。

（三）情感态度和价值观

初步了解太阳能利用的现状和广泛利用太阳能存在的困难，产生高效利用太阳能的意识。

二、教学重难点

本节是由“太阳──巨大的‘核能火炉’”、“太阳是人类能源的宝库”、“太阳能利用”三部分内容组成。从太阳能的来源了解太阳，它是上一节核能的应用。地球上的能源大多来自于太阳，并且太阳能分布广泛，具有巨大的应用前景。所以正确认识太阳能及其巨大应用前景是本节教学重点。太阳能在实际生活中应用的场合很多，但大多学生并没有注意，所以本节最后通过实例说明了人类利用太阳能的状况，对各种太阳应用的实例进行分类，总结出利用太阳能主要通过三种方式，所以结合实例知道利用太阳能的三种方式是本节教学难点。重点：正确认识太阳能的来源及其巨大的应用前景。难点：结合实例知道利用太阳能的三种方式。

三、教学策略

太阳就是一个巨大的核能火炉，它的能量来自于核聚变，对于太阳的能量来源、结构、历史及寿命，可以通过观察科教片《宇宙与人》，通过视频中介绍的太阳来了解太阳。太阳是人类能源的宝库，地球上除了地热能、核能及潮汐能等少数几种能源不是来自太阳，其余能源大多来自于太阳。可以从能量转化的角度来认识人类使用的能源，通过对煤、石油的形成过程，认识到这些能源是亿万年前的动、植物储存的太阳能。通过视频和图片，对生活中使用的太阳能进行分类，主要有三种类型：一类是把太阳能转化为热能的，如太阳能热水器；第二类是把太阳能转化为电能的，如太阳能电池；第三类是把太阳能转化为化学能的，如植物的光合作用。分析这些使用太阳能的实例，总结出太阳能的优点，提出问题，为什么现在没有大规模使用太阳能呢？因为太阳能的使用还有些没有解决的问题，如成本高、功率小、太阳能转化的效率还比较低等。解决太阳能存在的问题，将为人类能源的可持续发展提供保障。

四、教学资源准备 科教片《宇宙与人》、太阳能电池板、小灯泡、导线、开关、带太阳能电池的计算器、实物投影、多媒体课件整合网络。

五、教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图

创设情景（5分钟）

展示多彩的地球：植物、变幻的色彩、利用的能源等，这些美丽的景色、多彩的世界都离不开太阳！

学生观看视频，了解太阳对地球及人类的重要性 创造课堂情景，激发学生的兴趣和求知欲

引入新课（5分钟）

人类使用的很多能源，如化石能源、风能、光能等都是来自于太阳，下面我们对太阳能进行一个初步的了解

知道人类使用的很多能量都来自于太阳，认识到了解太阳能的必要性 提出本节课的教学内容

新课内容（25分钟）

太阳──巨大的“核能火炉”

阅读课本中的内容，思考下列问题： 1．地球距离太阳有多远？ 2．太阳有多大？ 3．太阳有多热？

4．太阳的能量来源是什么？

5．太阳的年龄是多少？它还能燃烧多少年？ 播放《宇宙与人》中有关太阳的介绍。

结论：太阳核心的原子核发生的聚变反应，使太阳核心释放的巨大核能向外扩散，传送到太阳表面，大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射 学生带着问题阅读课本，交流后回答： 太阳距地球约1．5×108km；太阳的直径约是地球的110倍，它的质量约是地球的33万倍；太阳表面的温度约6000℃，内核的温度高达1．5×107℃；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；太阳像一个巨大的“核能火炉”，它已经燃烧了近50亿年，它还能再燃烧约50亿年 ? 培养学生的自学能力 ? ? ? ? ? 通过观察视频，对太阳有进一步的了解

太阳是人类能源的宝库

太阳就是一个巨大的核聚变的能量库，它每秒向外辐射的总能量高达3．74×1026J，相当于每秒钟燃烧1．28×1026t的标准煤。但从太阳发射出来的总能量中，到达地球的太阳能只是太阳向外辐射能量的20亿分之一。

但即使射向地球的太阳能也不能完全照射到人类经常居住和生活的地区。/ 了解人类常用的能源，如风能、生物质能、化石能源等，你能说出它们的大致形成过程吗？ 人类使用的很多能源都直接或间接来自于太阳能，那是不是人类使用的所有能源都来自于太阳呢？ 小结：

人类利用风能、水能、生物质能其实都是间接地利用太阳能。太阳是人类能源的宝库 ? ? 介绍太阳辐射能量，初步了解太阳是人类能源的一个天然宝库。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 学生通过讨论，介绍几种常用能源的形成过程。如风能是由于太阳照射空气，使空气冷热不同，形成对流而成风；生物质能是由植物的光合作用积聚而成的，来自于太阳。

学生讨论，得出结论：人类使用的能源中除地热能、潮汐能、核能以外的能源几乎都来自于太阳 ? ? 培养观察思考、自学能力。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 培养学生的归纳总结的能力

太阳能的利用

地球上的能量大都来源于太阳能。在生产生活中你见过利用太阳能的实例吗？ 展示太阳能利用的图片，太阳能热水器、太阳能汽车、植物的光合作用、太阳灶、太阳能电池等。你能从能量转化的角度给它们进行分类吗？ 小结：

利用太阳能的过程就是把太阳能转化为其他形式能的过程，主要有三个方面：光热转换、光电转换和光化转换。

展示一些以太阳能电池为电源的计算器、收音机等。讨论：

你能说说太阳能使用的优点和缺点吗？

学生说出生活中利用太阳能的实例，如太阳能热水器、太阳能电池等。? 学生讨论，尝试进行分类。

把太阳能转化为热能：太阳能热水器、太阳灶； 把太阳能转化为电能：太阳能电池、太阳能汽车； 把太阳能转化为化学能：植物的光合作用。? 学生讨论太阳能使用的优点和缺点 优点：环保无污染，可再生。

缺点：现阶段太阳能利用率较低，成本较高等。加强物理与生活应用的联系。? ? ? ? ? ? 培养学生的合作学习、归纳总结能力。

总结（5分钟）课堂小结：

1．通过这节课你学到了什么？

2．为什么说太阳是人类能源的宝库？ 3．太阳能利用有哪些途径？ 学生梳理本节课知识内容。1．总结本节课的主要内容，了解了太阳的基本知识，知道人类使用的能源大多来自于太阳。2．人类使用的各种能源除了潮汐能、核能、地热能等，大多来自于太阳能。3．太阳能的利用主要利用了光热转换、光电转换和光化转换 培养学生总结归纳的能力

作业布置

完成《动手动脑学物理》第1～2题 按要求完成 知识巩固