第一篇：太陽能供電與半導體制冷箱的設計(精)

太陽能供電與半導體制冷箱的設計

摘 要 太陽能的優點就是環保節能。半導體制冷器，不依靠任何制冷劑，不產生噪音，優勢顯著，其應用也有著十分廣闊的前景。作者將太陽能與半導體制冷結合起來，并對太陽能——半導體制冷器的設計思路和相關實驗作了詳盡的介紹。

關鍵詞 太陽能 熱電制冷 半導體制冷器

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

太陽輻射能作為一種能源，與煤炭、石油和核能等比較，有著獨具的特點。它的優點可概括如下四點：普遍、無害、長久、巨大。按照目前太陽質量消耗速率計，太陽內部的熱核反應足以維持600億年，相對于人類發展歷史的有限年代而言，完全可以說是取之不竭，用之不盡的能源。我國屬太陽能資源豐富的國家之一，輻射總量在3.3×103～8.4×106kJ/m2·年之間，全國總面積2/3以上地區年日照時數大于2000h。太陽能將成為幾十年后我國乃至全世界主要的能源之一。現在利用太陽能進行制冷的方法有許多成熟技術。但無論是太陽能吸收式，或蒸汽噴射式等等，都需要用到氟、溴化鋰和氨等制冷劑。相比之下，半導體制冷的優勢就比較明顯，現在利用半導體制冷的產品也有一些，例如海爾車用冰箱等，受到了有車族的喜愛。

太陽能和半導體制冷各有優點，能不能把它們結合起來呢？我們設計制作了一個便攜式太陽能供電半導體制冷藥箱，由太陽能作為它的直接能源，給它供電。其功能是為少量的藥品進行低溫保存。太陽能——半導體制冷箱的設計思路

1.1 制冷藥箱的特點

制冷藥箱應用了半導體制冷技術作為制冷系統，結合太陽能供電，可以做到無噪聲、無污染、便于攜帶、啟動快和方便在制冷制熱間進行轉換，在沒有外接電源時，仍然可以工作，并可以對箱內的溫度進行實時監控。其體積小、重量輕和方便在各種特殊條件下工作，在小功率致冷時效率高。

1.2 制冷藥箱的構成（見圖1）

1.2.1 制冷箱（見照片1）

下圖為制冷箱實物圖，a圖為箱內結構，左側為控制電路部分，右側為制冷倉；b圖下側為太陽能可抽拉電池板，箱蓋上鑲嵌有溫度顯示器。

1.2.2 選擇半導體制冷器

在制冷器的選擇中應考慮以下幾點：

1）被冷卻物體所欲達到的溫度；

2）制冷元件的最大電流數值；

3）熱負載，被冷卻物的發熱量和從外部滲入的熱量；

4）選取何種散熱方式（自然對流散熱、強迫對流散熱或液冷等）以及熱端與周圍介質的熱交換系數；

5）冷端同被冷卻物體間取何種熱交換方式（緊密接觸或液體循環等）以及熱交換系數；

6）冷卻速度與達到溫度的時間。

半導體制冷箱的熱負荷可按下式計算：

實驗條件：箱體的傳熱可視為單層平壁的傳熱過程，按標準條件，箱外溫度t1=32℃，相對濕度為75±5%，箱內溫度設為20℃。制冷箱按每小時開門2次計算，再假定每次開門箱內空氣全部被置換成箱外空氣，儲存藥品0.2kg。其他發熱量取0.2W。為保險起見，將熱負荷增加10%的安全系數定為QT'。經過計算可得QT'=1.1QT=4（W）其中，儲物熱量QP占總熱負荷的50%以上，由于有溫度控制電路，當箱內溫度穩定后，制冷系統的工況也進入穩定工況，所以制冷箱應該是間歇工作的。

制冷箱采用空氣自然對流散熱的換熱系統，即選擇一定形式的散熱片作為熱交換器。由于制冷箱冷端與被冷卻物采用緊密接觸的熱交換方式，所以制冷對象所要移走的熱量，將直接被制冷器的冷端吸收，再經熱電制冷效應把熱量移至熱端，再經各層的導熱把熱量傳給熱端散熱器。散熱器利用空氣的自然對流把熱量散到環境中，達到制冷目的。

為了使散熱器有效地工作，必須選擇合適的熱端溫度，如果它接近于環境溫度，則因散熱片與環境的溫差太小而換熱很差，如果選取熱點溫度比環境高得多，則會使熱電制冷器的制冷系數明顯下降，一般選取熱端溫度比環境溫度高7～10℃。制冷箱選用普通氧化鋁陶瓷散熱

器，經估算，其換熱系數為5W/m2·K左右，其散熱功率也可達到50W左右。基本可以滿足散熱要求。

經反復考慮，并綜合各種因素，選用TEC1-12705 型半導體制冷器，此為陶瓷結構式溫差電制冷組件，制冷級數為1，電偶對數為127對，最大溫差電流為5A，最大溫差67℃，電壓14.5V，尺寸為40×40×4（mm）。

1.2.3 選擇太陽電池

太陽電池單體是用于光電轉換的最小單元，它的面積一般為4～100cm2。太陽電池單體工作電壓為0.45～0.50V，工作電流為20～25mA/cm2，將太陽電池單體進行串聯，并聯并封裝后，就成為太陽電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，更高的能達到幾百瓦。太陽電池組件包含一定數量的太陽電池，這些太陽電池通過導線連接，一個組件上，太陽電池的標準數量是36個或40個（10cm×10cm），產生16V的電壓，與一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效的充電。并能使選擇的半導體制冷器能夠正常工作。制冷箱所選的晶體硅太陽電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴散層是N區，在這兩個層的連接處就是所謂的PN結，太陽電池的頂部被一層減反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。被密封后具有一定的防腐、防風、防雹和防雨等能力。

本實驗裝置一個單元約能產生0.5V電壓，經過串并組合，在足夠的光源照射下，能達到約4.5V電壓，2W左右的輸出。并能為蓄電池有效的充電。

1.2.4 溫度控制電路

1.2.4.1 硅二極管

硅二極管又稱防反充二極管或阻塞二極管，考慮安裝它的主要作用是避免由于太陽電池方陣在陰雨天和夜晚不放電時或出現短路故障時，蓄電池組通過太陽電池方陣放電。防反充二極管串聯在太陽電池方陣電路中，起單向導通的作用。它能承受足夠大的電流，而且正向壓降，反向飽和電流很小。

實際上，在一定條件下，一串聯支路中被遮蔽的太陽電池組件，將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產生的能量。被遮蔽的太陽電池組件此時會發熱，這就是熱斑效應。這種效應能嚴重的破壞太陽電池。有光照的太陽電池所產生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽電池由于熱斑效應而遭受破壞，最好在太陽電池組件的正負極間并聯一個旁路二極管，以避免光照組件所產生的能量被受遮蔽的組件所消耗。

1.2.4.2 蓄電池組

蓄電池組的作用是貯存太陽電池方陣受光照時所轉換的電能，并隨時向負載供電。太陽電池發電系統對所用蓄電池最基本要求是：自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，可以少維護或免維護，工作溫度范圍寬，價格低廉。

制冷箱選的蓄電池組由3組6節2.4V可充電電池組成，其充電方式采用“半浮充電方式”進行。即太陽電池方陣全部時間都同蓄電池組并聯浮充供電，白天浮充供電運行，晚上只放電不充電。白天，當太陽電池方陣的電勢高于蓄電池的電勢時，負載由太陽電池方陣供電，多余的電能充入蓄電池，蓄電池處于浮充電狀態，當太陽電池方陣不發電或電動勢小于蓄電池電勢時，全部輸出功率都由蓄電池組供電，由于阻塞二極管的作用，蓄電池不會通過太陽電池方陣放電。

1.2.4.3 溫度控制電路

開關閉合時，將蓄電池接入電路，太陽電池開始為其供電，開關閉合時半導體制冷器開始工作。同時發光二極管閃動，表示一切工作正常。R1為負溫度系數5k熱敏電阻，即當溫度上升時其電阻減小，它直接貼在半導體制冷器冷端上，當制冷器開始工作時，冷端溫度下降，R1電阻上升，R4兩端電壓下降，2端電壓上升，當升到2/3Ucc時輸出端為低電平，冷卻停止，此時，溫度略有回升，R1電阻開始下降，R4兩端電壓上升，2端電壓下降，當降到1/3Ucc時，輸出為高電平，繼續冷卻，如此循環往復，達到溫度控制的目的，這樣，半導體制冷器也將間歇工作，可以節省部分電能。10 kΩ電位器R2的作用為微調器調節電阻的大小，改變電流來達到需要的溫度。電路中各晶體管均為放大電流作用。雙向開關K3通過改變電流流入制冷器的方向來控制制冷制熱。太陽能——半導體制冷箱樣機實驗報告

實驗儀器：制冷藥箱、三用表、全數字式光照計、可調光強式臺燈和溫度顯示器等。

實驗時間：2004年4月18日、5月14日

實驗地點：北京

實驗溫度：最低18℃、最高28℃

2.1 下表為本實驗箱太陽電池工作的狀態圖3為4月18日實驗數據記錄

說明：開路電壓Voc在開關k1、k2 均打開時，有光照時太陽電池兩端的電壓，通過圖3可以看出太陽電池的開路電壓，有自己的定值，當光照達到一定的強度時，不再隨光強的增大

而增大。

短路電流Isc在開關k1、k2 均打開時，從太陽電池正極直接流到負極的電流，從圖3可以看出，短路電流隨光照強度的增加而增大，基本上是線性的。

負載電壓Vf是k2閉合時，半導體制冷器兩端的電壓。

負載電流If是k2閉合時，流過半導體制冷器的電流。

工作電壓k2是閉合時，溫控電路的電壓。

2.2 蓄電池工作狀態

將k1、k2均閉合，測得工作電壓2.4V，工作電流500mA、負載電壓1.75V。圖4為制冷箱正常工作時溫度隨時間變化的曲線。

從a圖可以看出，大約在50s左右，制冷箱就可以達到所設定的制冷溫度20℃。從b圖可以看出，可以長時間保持高精度的制冷溫度控制。通過調節溫控電路中電位器R2可以設定制冷溫度。

2.3 制冷箱全天工作狀態監測（5月14日）

由圖5可知，由于將制冷箱的上限溫度設定在20℃，所以當環境溫度低于20℃時，半導體制冷器不工作，制冷箱內溫度基本與環境溫度相同，當外界溫度高于20℃，制冷器正常工作，基本恒溫在20℃，上下波動不大。另外在設計時，電池的功率滿足要求。所以無論是否有充足的陽光，制冷器在24小時內均能正常工作。實驗不足

由于條件所限，本實驗裝置沒能完全達到理想的設計狀態。

1）由于未購置到設計所要求的足夠功率的太陽電池板，使得給蓄電池充電的能力不夠。

2）散熱器未采用風冷，所以加了熱倉，但由于隔熱系統不完善，影響了冷倉的工作。

3）因為是實驗裝置，溫度控制電路不夠緊湊，占了較大的空間。在產品設計中，還可以改進。

4）制冷設定溫度是手動調整的，在產品設計中改成數字化調節也是可行的。（責編：羅增英）

參考文獻 李戟洪，馬偉斌，江晴等.我國首座大型太陽能空調系統.制冷學報，1999，2 羅振濤.我國的太陽熱水器產業太陽能.2001，4 ：8～11 李安定.太陽能光伏發電系統工程.北京工業大學出版社，2001，12 郭孝禮.冷庫制冷設計手冊.農業出版社，1988 徐德勝.半導體制冷與應用技術.上海交通大學出版社，1991.12 吳業正.小型制冷裝置設計指導.機械工業出版社，1998.8

第二篇：關于溴化鋰機組與電制冷機組的區別

關于溴化鋰機組與電制冷機組的區別

文章來源：中國節能技術與產品網 添加時間：2006-8-29 我們知道，所謂制冷與制熱的概念并不確切，根據能量守恒定律，制冷與制熱的過程實際上是能量轉移的過程，而能量由一個空間轉移到另一個空間主要是通過“傳熱”與“傳質”來

完成的；在比較常見的水系統環境空調設備中，依工作原理的不同可分為吸收式和機械壓縮式兩種主要形式：溴化理機組的工作原理是以熱能來驅動，通過一系列換熱器之間的和熱傳遞達到使用工況；電制冷則主要依靠電動機驅動壓縮機做功來完成。完成這一過程前者是使用“溴化鋰”這種鋰鹽的水溶液（實際是溶液中的水）作工質，后者是使用氟利昂作工質-----通過一系列或簡單 或復雜的熱交換和物質的轉移來完成。

應該了解的是：他們是以物理能或化學能形式存在，因此人類利用能源來驅動機械，實際上是利用這兩種能量互相之間的轉化和轉換。溴化鋰吸收式與電制冷機械壓縮機------這兩種設備之間的重要區別就在于溴化鋰要靠化學能轉化為熱能，利用熱源比周圍環境溫度高，因此要傳熱來完成熱能的轉移；而電制冷主要機械加壓使氟利昂氣體液化，利用液體氟里昂蒸發要大量吸熱的特性來完成熱能的轉移，僅僅就原理來說，后者比前者轉移熱能的效率要高許多。

據測定，溴化鋰單效機組輸入一個單位的熱功只能得到0.8—0.9各單位的制冷能力，雙效機組也僅僅達1.1---1.2；而電制冷機組隨壓縮機形式的不同可分為速度式和容積式兩大類：前者以離心機為代表：后者又分為往復式（又分為活塞式與轉子式）.螺桿式與渦旋式等幾個主要機型。如果均采用水冷，在標準工況下由于采用的換熱器形式不同及壓縮機結構上的差異，其能效比分別為離心機1：6.0---9.0，其它機型依次為1：3.6---4.0;1：4.0---4.8和1：4.2---5.0。

即便如此，前幾年內地中央空調主機市場仍被溴化鋰機組占有大部分市場，淺析原因如下

因此：溴化鋰機組的利用主要在有非熱能或廉價能源的地方，如果從能源利用率的角度衡量，它與電制冷有不可彌補的差距。

一． 是因為電力基礎設施建設跟不上，電力很緊張，造成供需矛盾，只好使用高污染、低效率的小型燃煤鍋爐就近制備蒸汽來驅動溴化鋰蒸汽型機組。二． 也與內地以煤為主要能源的能源結構有關系：在環保要求高標注準的今天，很多北方城市有相對污染較小的熱、電聯供或重型鍋爐集中熱力網，夏季完全可以使用溴化鋰機組用來制備工藝用冷凍水，相應與燃煤發電而言即考慮了環保要求也避免了作為二次能源的電力取得的高成本；即使是燃油的溴化鋰直燃機，當時的油價較低，使用費用相對較低；即便是現在，國家倡導的西氣東輸工程將相當程度上改善能源結構和降低燃氣費用，還會有部分用戶使用燃氣的直燃機-----這主要是價格因素影響了決策人的選擇。

三． 是溴化鋰機組的幾個主要生產廠家趁市場需求旺盛的東風，借助電力供求矛盾一時難以緩解之機大力鼓吹，形成了宣傳攻勢，誤導了相當一部分用戶（現在形勢已然大變，政策事鼓勵用電，電力容量費得到相當程度的減免，即便是采暖都可以申請采用蓄能電鍋爐，并出臺了相應的峰、谷電價政策）。

四． 溴化鋰機組的工藝特性決定了它做的越大成本就越低,折算承擔位制冷量相對越便宜,又可以冷.暖一體化,工藝結構上就決定了在比較大型的項目上,它具備一次性投資的相對地廉性.那么,又為什么近幾年 間溴化鋰機組的市場份額明顯縮小呢?組要由于它有以下幾個方面顯而易見的缺點： A、機組的工況需要保持機組內部的高度真空，對機組而言保持高度真空有三個方面的作用：其

一、溴化鋰機組實際上是依靠高純度的水在真空狀態下4攝氏度就可以沸騰著以物理特性，依靠水的蒸發吸收熱量，在經過一系列相當復雜的傳熱、傳質過程來達到制冷效果，如果沒有真空就滿足不了工藝要求；其

二、由于溴化鋰溶液本身偏堿性，在有空氣存在的情況下，氧原子極易與鋼結構構件結合，容易造成迅速和大面積的腐蝕，正常的機體有這樣的“潰瘍”意味著什么后果可想而知。其

三、溴化鋰機組由于構造復雜，許多涉及機組性能的輔配件需經常更換、維修，工質物質（溴化鋰溶液）使用了3---5年必須在生以及機組內部經常需要清洗等諸多因素，造成每一次小故障都有可能使機組內部與空氣接觸，直接的結果就是整個機組內部被腐蝕。

B、溴化鋰機組極易有“冷劑污染”與“結晶”兩種故障：前者是高壓發生器內液位過高、發生劇烈，含有鋰鹽的小液滴飛濺入冷劑水循環，造成水的純度下降，不能在低溫高真空下沸騰，也就沒有了工況，二者兩種故障是經常容易發生的（高發液位控制國際國內至今未找到合適的方法，目前比較可靠的只能用金屬探棒、電機傳感器發式，即使這種方式失靈的比率也是相當高，經常需要更換），一旦失靈后果就是“冷劑污染“；而“結晶”則是由于機組的各個熱交換器之間存在一定的東平衡關系，如果猶如外界或機組內部原因破壞了造成管路堵塞，嚴重的甚至會產生內漏，造成機組停機大修。由于溴化鋰機組內部有12—22個換熱器，在精密的自控也是依靠傳感器來工作的，溴化鋰想對與電制冷機組來說構造復雜、控制點多，傳感器數量也多，出故障的可能性很高，功平衡一旦市區，結晶產生，恢復起來很緩慢，十分嚴重的還會造成內漏或換熱器報廢。

C、由于以上幾種現象的經常發生，溴化鋰機組對看管人員的要求相當高，即使有自控裝置，如前文所述的原因，通常也是不可靠的。有經驗的操作人員可以防患于未然，有故障盡快采取措施，但仍免不了經常發生；如果是對機組工作原理和運行常識沒有了解的人員來職守，往往集小患為大禍，造成冷量衰減，壽命縮短，十有八九不能運行到預期的15—20年的使用壽命，而許多用戶所使用的操作人員往往是沒有經驗的；如此，對用而言受到的影響與損失是不可預估的。

以上講了溴化鋰機組本身固有的一些弱點，但任何事都有多面性，需要全面衡量利與弊：如果有大量廢熱或可以使用廉價能源，其使用的經濟效益佳；另外，如果保養恰當，人員責任心強，也可以完成預期壽命；故不能完全一概而論。

電制冷主機也是有其不適用的地方：比如，電制冷冷暖一體的風冷熱泵機組其相對能耗較大，且不適合在冬季平均氣溫低于零攝氏度地區使用；某些制冷壓縮機型號與工藝并不適合在較大或較小的系統中，比如四種主要形式的制冷壓縮機，往復式與渦旋式比較適宜小型機組，螺桿式適合于中型項目，而離心機單機最小在50萬大卡以上，小于150萬大卡的項目一般不采用，這是因為電機拖動是無論做工與否都要好電，而作為環境空調主機的制冷機組其負荷是經常變化的，如果壓縮機較少，容易造成浪費。

電制冷壓縮機活塞往復式與螺桿式從結構區分均有辦封閉、全封閉與開啟式之分；螺桿機還有單螺桿和雙螺桿的不同；離心機油單級與多級之分；渦旋機基本形制大同小異；單就其適配經濟比較：耗電最省的是離心機和開啟式雙螺桿機，其次是半封閉螺桿和渦旋機，較差的是往復式機組；從使用壽命方面比較：最耐用的是開啟雙螺桿，其他依次是全封閉雙螺桿、渦旋式、多級離心式、半封閉雙螺桿、單螺桿核單級離心式，最短的是往復式，因而他們的單位時間維護成本是依次升高的，這是由各種形制的機組工作原理及制作工藝決定的。

但是現在之所以某些技術與工藝并不是最有“含金量”的機組仍有較大的銷量，除了成本上的差別，也是由于各個品牌企業大都實行經銷代理制，在經銷商享用護推薦過程中出現了偏差------也就是說：用戶并未購買到技術經濟性最佳的產品。

溴化鋰機組與電制冷機組，每種產品都有其適用范圍，互相之間也重合或曰可替代性，具體情況應具體對待，只要抱著科學的態度，認真選擇合適的產品，同樣可以達到少花錢多辦事的目的。

現代科技發展至今，基礎科學，材料力學研究的成果基本上市共享的，機組是否耐用，用戶是否方便，選用了名牌就意味這一定的保障，關鍵在于品牌企業都有成熟的管理機制和企業文化，自然在每一個階段都會向業界推出最好的產品：但用戶卻未必選用，根本上講是由于新材料新工藝使新產品成本較高。

機組的品質好壞與價格高低直接相關，而不同的企業對市場有不同的舉措，有些著眼于品牌形象，實行“差異化”戰略，主做高端市場---同一時期只推品質最好的產品，如“日立”；有些招著眼于滿足客戶需要，兼顧低端市場，同一時期有不用層次的產品分別面對不同的需要，幾個美國品牌尤其勞特斯、約克、開利，就是如此。

以上內容側重于共性方面，如有特例，由于篇幅內容的局限性，可以另外探討；因此，這份材料僅供參考。

第三篇：《太陽能》教學設計

第三節

太陽能

●教學目標

1.知識與技能

●知道太陽能是人類能源的寶庫 ●了解太陽能的優點．

●知道直接利用太陽能的兩條途徑． 2.過程與方法

●培養學生的觀察能力.●初步分析問題和解決問題的能力.3.情感、態度與價值觀目標

通過課文講解,使同學們養成實事求是的科學態度,熱愛科學的情感.●教學重點

初步認識太陽的結構，知道太陽能是人類能源的寶庫 ●教學難點

太陽能的利用 ●教學方法

講授、合作 探究 交流。●教具準備

有關掛圖、錄像資料等 ●課時安排 1課時 ●教學過程

一、溫故致新

教師：人類利用的常規能源是什么？可以開發利用的新能源有哪些呢？

學生：常規能源有煤、石油、天然氣等化石燃料和風力、水力資源等等，可以開發利用的新能源有核能、太陽能、地熱能、潮汐能等等．

教師：回答得很好，前面我們已經學習了核能的開發和利用，用鈾做燃料的反應堆雖然能大大減少能源的消耗，但是鈾的儲量也是有限的，而且使用時要產生放射性污染；輕核的 1 / 6 聚變雖然比裂變干凈，還能釋放更多的能量，但是至今還沒有真正解決和平利用的問題，所以還要開辟新能源．隨著科學技術的發展，人們發現太陽不但一直間接地向人類提供生存和發展的能量，而且還是可能為人類長期地直接提供巨大能量的新能源．今天我們就來學習太陽能．

二、創設情境 導入新課

思考：

1、想象如果沒有太陽，我們的世界會變成什么樣子？

2、太陽巨大的能量是怎樣產生的？人類又是怎樣利用太陽能的呢？ 學生討論

三、探求新知

學生先閱讀課本找出下列問題答案

1、太陽能的優點有哪些？

2、為什么說煤和石油是來源于上億年前的太陽上的核能？

3、太陽能的利用還有哪些困難？

四、重點突破

（一）太陽——巨大的“核能火爐”

1、太陽距地球1.5億千米，直徑大約是地球的110倍，體積是地球的130萬倍，質量是地球的33萬倍，核心溫度高達1 500萬攝氏度。

太陽能結構圖

2、在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生聚變，釋放出巨大的核能。太陽核心每時每刻都在發生氫彈爆炸，太陽就像一個巨大的“核能火爐”。

3、太陽能供應時間長久．

那么太陽能會不會用完呢？根據科學家推算，太陽像現在這樣不停地向外輻射能量，太

/ 6 陽表面溫度約6 000 ℃，太陽至今已經穩定地“燃燒”了近50億年，而且還能繼續“燃燒”50億年。太陽能可以說是一種取之不盡，用之不竭的永久性能源.（二）太陽是人類能源的寶庫

教師：我們到哪里去取太陽能？怎樣獲取呢？

太陽向外輻射的能量中，只有約二十億分之一傳遞到地球。

太陽光已經照耀我們的地球近50億年，地球在這近50億年中積累的太陽能是我們今天所用大部分能量的源泉。人類的日常生活，也無法離開陽光。

煤、石油、天然氣的形成遠古時期的植物通過光合作用將太陽能轉化為生物體內的化學能。經過地殼的不斷運動，死后的動植物軀體埋在地下和海底。經過幾百萬年的復雜變化，變成了煤、石油、天然氣。

今天我們開采化石燃料，實際上是在開采上億年前地球接收的太陽能。

煤 石油 想想議議

根據圖說明太陽輻射到地球的能量的利用、轉化和守恒的情況。

/ 6

有了雨水形成水能。

地球表面的部分水吸收太陽能變為水蒸氣上升，遇冷后凝結成云，再遇冷空氣形成雨，植物通過光合作用從太陽能中獲取能量，以化學能的形式儲存在植物體內，人類和動物從植物或其他動物處獲取生物質能以維持生命

教師先請同學議論：如何利用太陽能？然后總結．

（三）太陽能的利用

利用太陽能的方法：

1．把太陽能轉化成內能以供利用＞（講解：例如用太陽爐、太陽能熱水器等裝置把太陽能轉化成內能來做飯、燒水等等，也可用集熱器把水加熱，產生水蒸氣，再推動汽輪發電機發電——這就叫太陽能熱電站．）

2．通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化成電能（講解：例如用硅光電池——也叫太陽能電池，把太陽能直接轉化成電能．太陽能電池的應用已很廣泛，像人造衛星上的電源、太陽能汽車上的電源，小型電視機、計算器上的電源，城市道路路燈的電源等等都可用太陽能電池，我國還用太陽能電池做航標燈的電源，鐵路信號燈的電源等等）

想想做做

1.在一個黑色盤子和一個白色盤子中分別注入約1cm深的冷水，用溫度計測量初溫。2.將玻璃板（或透明塑料紙）蓋在盤子上，然后放在陽光下曬一個小時。3.移開蓋板，用溫度計測量水溫。哪個盤中的水溫高？ 想一想，為什么用黑色的盤子？為什么盤子上要蓋玻璃板？ 結論：黑色盤中水溫高

原因：黑色的物質易吸收太陽光的熱量，比如你穿黑色衣服比穿白色的熱，蓋玻璃是為了防止熱量散失。

太陽能的優點

1、太陽能十分巨大

2、太陽能供應時間長久

3、太陽能分布廣闊，獲取方便

4、使用太陽能安全、不污染環境 太陽能的缺點

/ 6 教師：既然太陽能有那么多優點，為什么不大量推廣、大范圍應用呢？目前還有些技術問題沒有解決．

1、能源分散

（講解：經計算，垂直投射到地面每平方米面積上的太陽能只有幾百瓦，所以要大規模開發利用太陽能必須設置龐大的收集和轉換能量的系統，目前造價還太高，影響推廣．

2、受自然條件限制

由于地球的自轉和氣候、季節等原因，太陽能的功率變化大，不穩定，給正常連續地使用造成困難

3、轉化效率低

目前太陽能轉換器的效率不高（講解：光熱轉換的效率為50～60%，而光電轉換的效率只有10%左右．所以還要下大力氣研制高轉換效率的材料）

4、成本較高

總結：要大規模地直接利用太陽能還要做大量的研究工作，現在已取得一定成果，只要不斷努力，必將會不斷有新的進展，隨著科學技術的進步，應用也將越來越廣泛．有人預言，到21世紀，太陽能將會成為人類的重要能源之一．

四、課堂小結

1、太陽----巨大的“核能火爐”

2、太陽能是人類能源的寶庫

3、太陽能的利用

目前直接利用太陽能的方式有兩種： 光熱轉化——把太陽能轉化成內能以供利用；

光電轉化——通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化成電能。

五、隨堂練習

1、下列說法正確的是（）

A．原子彈爆炸屬于原子核聚變

B．在太陽內部，太陽核心每時每刻都在發生氫彈爆炸

C．化石燃料、水能、地熱能都屬于新能源

D．做功沖程中，熱機是將機械能轉化為內能

/ 6 2．當今人類利用的常規能源是（AD），新能源是（BC）。

A.化石燃料 B.核能 C.太陽能 D.電能

3.關于太陽能電池，下列說法中錯誤的是（D）A.太陽能電池使用壽命長，不需燃料

B.太陽能電池產生的電壓較低

C.太陽能電池使用方便，但目前轉化效率很低 D.太陽能電池的制造成本低，有利于普遍推廣

4、關于太陽能的利用,下列說法錯誤的是(B)A.太陽能可以轉化為內能 B.太陽能不能直接轉化為電能 C.利用太陽能安全清潔無污染

D.對人類而言，太陽能幾乎是取之不盡、用之不竭的

●板書設計

22.3 太陽能

1、太陽——巨大的“核能火爐”

2、太陽是人類能源的寶庫

3、太陽能的利用的兩種方式：

光熱轉化——把太陽能轉化成內能以供利用；

光電轉化——通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化成電能。

●布置作業

動手動腦學物理：1、2、、4 ●教后反思

本節課主要采用講授、合作 探究 交流推理教學方法，同時采用先進的教學手段，使學生多方位獲取知識。本節探究太陽能的活動，是讓學生經歷類似科學家研究太陽能的過程，一個利用證據邏輯推理及想象作出合理解釋的過程。通過閱讀資料和研討認識煤、石油和天然氣的成因，認識它們與太陽能的聯系。認識到煤、石油、天然氣的能量實際上是儲存了億萬年的太陽能。從而了解我們使用的能量大多最終來自太陽。讓學生知道要從小做起，從我做起，為整個社會達成節能環保的目標盡自己的一份力。

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第四篇：太陽能教學設計

《太陽能》教學設計

授課教師：胡彩苑

一、教學目的

1．了解太陽能的優點． 2.知道太陽能是人類能源寶庫 3．知道直接利用太陽能的兩條途徑． 4.認識太陽能裝置

二、教學用具

有關掛圖、錄像資料等．

三、教學重點：太陽能的利用。

教學難點：對使用太陽能裝置的認識。

四、教學過程

1．引入新課

教師：人類利用的常規能源是什么？可以開發利用的新能源有哪些呢？

學生：常規能源有煤、石油、天然氣等化石燃料和風力、水力資源等等，可以開發利用的新能源有核能、太陽能、地熱能、潮汐能等等．

教師：回答得很好，前面我們已經學習了核能的開發和利用，用鈾做燃料的反應堆雖然能大大減少能源的消耗，但是鈾的儲量也是有限的，而且使用時要產生放射性污染；輕核的聚變雖然比裂變干凈，還能釋放更多的能量，但是至今還沒有真正解決和平利用的問題，所以還要開辟新能源．隨著科學技術的發展，人們發現太陽不但一直間接地向人類提供生存和發展的能量，而且還是可能為人類長期地直接提供巨大能量的新能源．今天我們就來學習太陽能．

2．進行新課

板書：＜ 太陽能＞(1)太陽能的優點

①太陽能十分巨大．

教師：同學們想想，太陽能有什么優點呢？

板書：＜

（一）太陽能的優點＞

學生：太陽能非常巨大，從前面表中可見，太陽能向周圍空間輻射的總功率達3.8×1026瓦．

板書：＜1．太陽能十分巨大＞

教師：說得很好，太陽能十分巨大．同學們知道太陽能輻射到地球表面的總功率是多少嗎？（學生通過查看課本答）

教師：同學們計算一下，太陽每小時輻射到地球的總能量有多少？（學生上黑板計算）

教師：地球每小時從太陽獲得的太陽能量有6.1×1020焦，這比目前全世界在一年內能源生產的總量還多，可見太陽能有多么巨大．

②太陽能供應時間長久．

那么太陽能會不會用完呢？根據科學家推算，太陽像現在這樣不停地向外輻射能量，還可以維持60億年以上，對于人類來說，太陽能可以說是一種取之不盡，用之不竭的永久性能源，所以太陽能的第2個優點是：

板書：＜2．太陽能的供應時間十分長久＞

③太陽能分布廣闊，獲取方便．

教師：我們到哪里去取太陽能？怎樣獲取呢？（只要太陽能照到的地方，就有太陽能，不用專門去尋找；只要用東西接收就行了，不需要挖掘開采）

教師：很好，所以太陽能的第3個優點是：

板書：＜3．太陽能分布廣闊，獲取方便，無需挖掘開采和運輸＞

④使用太陽能安全、不污染環境．

太陽能是最干凈的能源，開發、利用太陽能不會給我們帶來污染．所以，太陽能的第4個優點是：

板書：＜4．太陽能安全、不污染環境＞

(2)人類直接利用太陽能有兩條途徑

教師先請同學議論：如何利用太陽能？然后總結．

板書：＜

（二）直接利用太陽能的兩條途徑

＜1.把太陽能轉化成內能以供利用＞

師講解：例如用太陽爐、太陽能熱水器等裝置把太陽能轉化成內能來做飯、燒水等等，也可用集熱器把水加熱，產生水蒸氣，再推動汽輪發電機發電——這就叫太陽能熱電站．

＜2．通過光電轉換裝置把太陽能直接轉化成電能＞

師講解：例如用硅光電池——也叫太陽能電池，把太陽能直接轉化成電能．太陽能電池的應用已很廣泛，像人造衛星上的電源、太陽能汽車上的電源，小型電視機、計算器上的電源，城市道路路燈的電源等等都可用太陽能電池，我國還用太陽能電池做航標燈的電源，鐵路信號燈的電源等

(3)利用太陽能的困難

教師：既然太陽能有那么多優點，為什么不大量推廣、大范圍應用呢？目前還有些技術問題沒有解決．

板書：＜

（三）廣泛利用太陽能的困難＞

＜1． 太陽能雖然十分巨大，但它太分散＞

師講解：經計算，垂直投射到地面每平方米面積上的太陽能只有幾百瓦，所以要大規模開發利用太陽能必須設置龐大的收集和轉換能量的系統，目前造價還太高，影響推廣．

＜2．由于地球的自轉和氣候、季節等原因，太陽能的功率變化大，不穩定，給正常連續地使用造成困難＞

＜2． 目前太陽能轉換器的效率不高＞ 師講解：光熱轉換的效率為50～60%，而光電轉換的效率只有10%左右．所以還要下大力氣研制高轉換效率的材料

(4)結束語

要大規模地直接利用太陽能還要做大量的研究工作，現在已取得一定成果，只要不斷努力，必將會不斷有新的進展，隨著科學技術的進步，應用也將越來越廣泛．有人預言，到21世紀，太陽能將會成為人類的重要能源之一．

五、課堂小結

六、作業布置

第五篇：《太陽能》教學設計

《太陽能》教學設計

一、教學目標

（一）知識與技能

1．知道太陽能的由來及其優點，是地球巨大的天然能源，也是一種重要的新能源。2．大致了解利用太陽能的方式及其新進展。

（二）過程與方法

通過對太陽能及其轉化情況的討論，培養用能量轉化觀點分析問題的習慣。

（三）情感態度和價值觀

初步了解太陽能利用的現狀和廣泛利用太陽能存在的困難，產生高效利用太陽能的意識。

二、教學重難點

本節是由“太陽──巨大的‘核能火爐’”、“太陽是人類能源的寶庫”、“太陽能利用”三部分內容組成。從太陽能的來源了解太陽，它是上一節核能的應用。地球上的能源大多來自于太陽，并且太陽能分布廣泛，具有巨大的應用前景。所以正確認識太陽能及其巨大應用前景是本節教學重點。太陽能在實際生活中應用的場合很多，但大多學生并沒有注意，所以本節最后通過實例說明了人類利用太陽能的狀況，對各種太陽應用的實例進行分類，總結出利用太陽能主要通過三種方式，所以結合實例知道利用太陽能的三種方式是本節教學難點。重點：正確認識太陽能的來源及其巨大的應用前景。難點：結合實例知道利用太陽能的三種方式。

三、教學策略

太陽就是一個巨大的核能火爐，它的能量來自于核聚變，對于太陽的能量來源、結構、歷史及壽命，可以通過觀察科教片《宇宙與人》，通過視頻中介紹的太陽來了解太陽。太陽是人類能源的寶庫，地球上除了地熱能、核能及潮汐能等少數幾種能源不是來自太陽，其余能源大多來自于太陽。可以從能量轉化的角度來認識人類使用的能源，通過對煤、石油的形成過程，認識到這些能源是億萬年前的動、植物儲存的太陽能。通過視頻和圖片，對生活中使用的太陽能進行分類，主要有三種類型：一類是把太陽能轉化為熱能的，如太陽能熱水器；第二類是把太陽能轉化為電能的，如太陽能電池；第三類是把太陽能轉化為化學能的，如植物的光合作用。分析這些使用太陽能的實例，總結出太陽能的優點，提出問題，為什么現在沒有大規模使用太陽能呢？因為太陽能的使用還有些沒有解決的問題，如成本高、功率小、太陽能轉化的效率還比較低等。解決太陽能存在的問題，將為人類能源的可持續發展提供保障。

四、教學資源準備 科教片《宇宙與人》、太陽能電池板、小燈泡、導線、開關、帶太陽能電池的計算器、實物投影、多媒體課件整合網絡。

五、教學過程 教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖

創設情景（5分鐘）

展示多彩的地球：植物、變幻的色彩、利用的能源等，這些美麗的景色、多彩的世界都離不開太陽！

學生觀看視頻，了解太陽對地球及人類的重要性 創造課堂情景，激發學生的興趣和求知欲

引入新課（5分鐘）

人類使用的很多能源，如化石能源、風能、光能等都是來自于太陽，下面我們對太陽能進行一個初步的了解

知道人類使用的很多能量都來自于太陽，認識到了解太陽能的必要性 提出本節課的教學內容

新課內容（25分鐘）

太陽──巨大的“核能火爐”

閱讀課本中的內容，思考下列問題： 1．地球距離太陽有多遠？ 2．太陽有多大？ 3．太陽有多熱？

4．太陽的能量來源是什么？

5．太陽的年齡是多少？它還能燃燒多少年？ 播放《宇宙與人》中有關太陽的介紹。

結論：太陽核心的原子核發生的聚變反應，使太陽核心釋放的巨大核能向外擴散，傳送到太陽表面，大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射 學生帶著問題閱讀課本，交流后回答： 太陽距地球約1．5×108km；太陽的直徑約是地球的110倍，它的質量約是地球的33萬倍；太陽表面的溫度約6000℃，內核的溫度高達1．5×107℃；在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生聚變，釋放出巨大的核能；太陽像一個巨大的“核能火爐”，它已經燃燒了近50億年，它還能再燃燒約50億年 ? 培養學生的自學能力 ? ? ? ? ? 通過觀察視頻，對太陽有進一步的了解

太陽是人類能源的寶庫

太陽就是一個巨大的核聚變的能量庫，它每秒向外輻射的總能量高達3．74×1026J，相當于每秒鐘燃燒1．28×1026t的標準煤。但從太陽發射出來的總能量中，到達地球的太陽能只是太陽向外輻射能量的20億分之一。

但即使射向地球的太陽能也不能完全照射到人類經常居住和生活的地區。/ 了解人類常用的能源，如風能、生物質能、化石能源等，你能說出它們的大致形成過程嗎？ 人類使用的很多能源都直接或間接來自于太陽能，那是不是人類使用的所有能源都來自于太陽呢？ 小結：

人類利用風能、水能、生物質能其實都是間接地利用太陽能。太陽是人類能源的寶庫 ? ? 介紹太陽輻射能量，初步了解太陽是人類能源的一個天然寶庫。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 學生通過討論，介紹幾種常用能源的形成過程。如風能是由于太陽照射空氣，使空氣冷熱不同，形成對流而成風；生物質能是由植物的光合作用積聚而成的，來自于太陽。

學生討論，得出結論：人類使用的能源中除地熱能、潮汐能、核能以外的能源幾乎都來自于太陽 ? ? 培養觀察思考、自學能力。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 培養學生的歸納總結的能力

太陽能的利用

地球上的能量大都來源于太陽能。在生產生活中你見過利用太陽能的實例嗎？ 展示太陽能利用的圖片，太陽能熱水器、太陽能汽車、植物的光合作用、太陽灶、太陽能電池等。你能從能量轉化的角度給它們進行分類嗎？ 小結：

利用太陽能的過程就是把太陽能轉化為其他形式能的過程，主要有三個方面：光熱轉換、光電轉換和光化轉換。

展示一些以太陽能電池為電源的計算器、收音機等。討論：

你能說說太陽能使用的優點和缺點嗎？

學生說出生活中利用太陽能的實例，如太陽能熱水器、太陽能電池等。? 學生討論，嘗試進行分類。

把太陽能轉化為熱能：太陽能熱水器、太陽灶； 把太陽能轉化為電能：太陽能電池、太陽能汽車； 把太陽能轉化為化學能：植物的光合作用。? 學生討論太陽能使用的優點和缺點 優點：環保無污染，可再生。

缺點：現階段太陽能利用率較低，成本較高等。加強物理與生活應用的聯系。? ? ? ? ? ? 培養學生的合作學習、歸納總結能力。

總結（5分鐘）課堂小結：

1．通過這節課你學到了什么？

2．為什么說太陽是人類能源的寶庫？ 3．太陽能利用有哪些途徑？ 學生梳理本節課知識內容。1．總結本節課的主要內容，了解了太陽的基本知識，知道人類使用的能源大多來自于太陽。2．人類使用的各種能源除了潮汐能、核能、地熱能等，大多來自于太陽能。3．太陽能的利用主要利用了光熱轉換、光電轉換和光化轉換 培養學生總結歸納的能力

作業布置

完成《動手動腦學物理》第1～2題 按要求完成 知識鞏固