太阳能光热转换张毓花.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,太阳能利用技术,1,要求学生记好笔记、理解每节课所讲述的内容,按时完成作业,上课不得迟到、早退、玩手机等,课程要求,2,课程的目的,培养学生对能源重要性的认识，了解不可再生能源的储存量及开采状况和可再生能源的发展状况；,了解各种太阳能利用技术基本知识；（知识）,了解各种太阳能利用技术原理及实际应用；（技能）,熟悉太阳能电池的制造工艺的原理、特点、及发展趋势,了解目前太阳能产业市场现状及未来发展趋势；（其它）,3,太阳与地球 -,太阳,（1）,太阳是银河系中1.5亿颗恒星之一,太阳的直径,1.361106,km,太阳的质量1.98210,27,t，是地球质量的30多万倍,（2）,太阳内部一直进行核聚变，释放出巨大能量。,太阳表面温度 5762K，,中心（840）10,6,K,按目前太阳热核反应的消耗速度，可足以维持60亿年。,概述,4,太阳的基本结构,太阳是一个由炽热气体构成的球体，主要组成是氢和氦，其中氢占80%，氦占19%。,5,太阳与地球 -太阳辐射,（1）,太阳以辐射方式传热，辐射功率约为3.7510,26,W,地球获得的太阳能量约1.710,17,W,，仅占亿分之一，但它却相当于人类现有各种能源总和的上千万倍。,6,太阳与地球,-太阳辐射,太阳辐射的紫外光部分具有杀菌作用,可见光部分可使植物发生光合作用,红外光部分能提高植物的温度，并加速水分的蒸发,7,太阳与地球 -,太阳辐射,大气层外太阳辐射强度1367,W,/m,2,。,大气层可吸收、反射太阳光，地球表面的太阳辐射强度受大气透明度影响很大。,晴天地球表面的太阳辐射强度可达1,kw,/m,2,，云雾天时，显著下降。,8,太阳能来源,太阳能是指太阳内部进行着,由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能量,，不断地向宇宙空间辐射能量。,太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。,9,太阳常数,太阳常数指在太阳地球间平均距离外，在地球大气层以上垂直于太阳光线的平面上，单位面积，单位时间内的太阳辐射能的数值，该数值是个常数，一般取1367瓦/平方米。（4920千焦/平方米,.,时）。由于通过地球外大气层吸收反射，太阳光到达地面的辐射强度大大降低,10,太阳辐射能和到达地球的太阳能,整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的，高达3.82610的33次方尔格或37.310的6次方兆焦，相当于每秒钟燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。,太阳辐射到达地球陆地表面的能量，大约为17万亿千瓦，仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%。即使这样，它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。,11,我国的太阳能资源 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502万千焦/平方米，年日照时数在2000小时以上。,12,我国的太阳能资源情况,（一）资源丰富区,（年太阳辐照量大于150万千卡/M2）,新疆南部、西藏西部、青海西部。,（二）资源较丰富区,（年太阳辐照量120-150万千卡/M2）,新疆北部、青海东部、西藏东南部。,（三）资源一般区,（年太阳辐照度100-120万千卡/M2）,湖南、安徽、浙江、江西、福建。,4资源贫乏区,（年太阳辐照度小于100万千卡/M2）,四川大部、贵州大部、成都平原,。,13,太阳能概念,广义,：不仅包括狭义的太阳能，还包括地球上的风能、水能、海洋能、波浪能、生物质以及部分潮汐能。而化石燃料，从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。,狭义：,指通过光热、光电和光化学的手段直接转换的太阳辐射能。,14,太阳能的优点：,(一)优点,1、蕴藏量大，取之不尽，用之不竭。,太阳质量为1.98210,27,吨。按目前太阳热核反应的消耗速度，可足以维持60亿年。,2、年辐照量是目前世界上可以开发利用的最大的能源资源。,地球接受的太阳辐照量为130万亿T标煤/年。而目前全球的能源消耗总量为100亿T标煤/年，不到太阳到达地球年辐照量的万分之一。,3、分布广泛，几乎地球上任何地方，都可直接开发利用。,4、洁净环保无污染。,5、可自由免费利用。,15,（二）缺点,1、分散、能量密度低。地面接受的太阳辐射能在1KW/M2左右。,2、不稳定，受季节、昼夜、天气阴晴云雨等因素影响。,3、太阳能利用设备的初投资相对较大。,16,太阳能利用的主要方式,1、,太阳能光热利用技术,它是目前太阳能利用技术中效率最高、技术上最成熟、经济效益最好的一种太阳能利用技术。,2、,太阳能光伏发电技术,将太阳的光能转换成电能，并加以利用。它是太阳能利用技术今后的发展趋势。目前太阳能光电转换的效率还比较低，成本仍然太高。在我国，目前主要用在远离电网的偏远地区。,3、,太阳能制氢利用技术,利用太阳能通过分解水或其它途径转换成氢能。如电解水制氢、光化学分解制氢。目前，太阳能制氢技术还处在研究阶段。,4、太阳能生物质能转换利用技术,植物经过光合作用把二氧化碳和水合成成有机物（生物质能），并放出氧气。光合作用是地球上最大规模转换利用太阳能的途径。,17,太阳能利用的主要方式 -,光热光伏利用主要技术,光热利用,1、太阳热水器（系统）,2、太阳灶,3、太阳房,4、太阳能温室,5、太阳能干燥等,光伏利用,1、户用太阳能电池电源,2、太阳能电围栏,3、太阳能路灯,4、太阳能光伏水泵,5、太阳能黑光灯,6、太阳能卫星电视接收系统,7、太阳能电器,8、太阳能卫星电源等,9、太阳能汽车、游船,18,太阳能利用简史,人类利用太阳能已有3000多年历史.将太阳能作为一种能源和动力加以利用,只有300多年的历史.,近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师,所罗门德考克斯,在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起.该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器.,19,在1615年1900年之间,世界上研制了多台太阳动力装置和一些其它太阳能装置,(这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光,发动机功率不大,工质主要是水蒸气,价格昂贵,实用价值不大,大部分为太阳能爱好者个人研制).,20世纪的100年间，太阳能科技产生和演变的历史大体可分为七个阶段。,第一阶段（19001920年）：低波峰上升趋势,这一阶段太阳能研究的重点：仍是太阳能动力装置，但采用聚光方式多样化，开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64KW，实用目的比较明确，造价仍然很高。,20,第二阶段（19201945年）：低谷停滞时期,由于矿物燃料的大量利用和第二次世界大战(19351945年)影响,太阳能不能满足当时对能源的急需,因此参加研究太阳能工作的人数和研究项目大为减少,使太阳能研究工作逐渐受到冷落.,第三阶段（19451965年）：恢复和发展阶段,二战结束后，有识之士注意到石油和天然气资源正在迅速减少,呼吁人们重视,成立了太阳能学术组织,举办学术交流和展览会,从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和发展.,21,这一阶段，太阳能基础理论和基础材料的研究取得了进展，如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术获得了重大突破。平板集热器发展很快。,技术逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成了一批实验性太阳房。初步研究了难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术。,由于太阳能利用技术处于成长阶段,尚不成熟,并且投资大,效果不理想,难以与常规能源竞争,因而得不到公众,企业和政府的重视与支持。,第四阶段（19651973年）：停滞不前阶段,22,第五阶段(19731980年)：能源危机冲击后的觉醒发展时期,这一阶段,开发利用太阳能成为政府行为,不少国家制定了近期和远期阳光计划,取得了一批成果,如真空集热管,非晶硅太阳电池,光解水制氢,太阳能热发电等.太阳能热水器,太阳电池等产品开始实现商业化,太阳能产业逐渐形成,但规模较小,经济效益尚不理想.,1973年第一次石油危机之后,尤其是工业发达国家,重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持,在世界上再次掀起了开发利用太阳能热潮。,在各国制定的太阳能发展的计划中,普遍存在要求过高,过急问题,对实施过程中困难估计不足,希望在较短的时间内实现大规模利用太阳能,取代矿物能源.,23,第六阶段（19801992年）：低谷徘徊时期,第七阶段(1992年至今)：环保激励下的持续发展时期,由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，确立了可持续发展模式之后，各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作起出低谷，逐渐得到加强。,第六阶段（19801992年）：低谷徘徊时期,由于世界石油价格大幅度回落,太阳能产品价格居高不下,缺乏竞争力,太阳能技术没有重大突破,没有实现提高效率和降低成本的目标;核电发展较快,对太阳能的发展起到了一定的抑制作用.所以世界许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费.,24,这一阶段,在太阳能热利用方面,太阳能热水器和热水系统得到了较为普遍的应用。,a.太阳能热水器主要供应生活和洗浴热水,希腊,以色列.中国等.,b.太阳能热水系统主要作为辅助热源与常规能源系统联合运行,既能供应生活和洗浴热水,还可为建筑供暖,如：欧洲,澳大利亚等。,c.太阳能热水器主要用于对游泳池加热.如美国.,25,太阳能热发电主要指聚光类太阳能热发电,是利用聚光集热器将太阳辐射能转换成热能,并通过热力循环持续发电的技术.它有塔式系统,槽式系统和碟式系统等不同形式的示范装置.,太阳能光伏发电指通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统.目前,广泛使用的光电转换器件是晶体硅太阳能电池,生产工艺成熟已进入大规模产业化生产,发展迅速.,太阳能发电主要包括太阳能热发电与太阳能光伏发电.,26,我国绝大部分的光伏产品都出口到欧美及日本等国外市场，,国内对太阳能光伏的应用主要集中在农村电气化和离网型太阳能光伏产品，真正并网型太阳能光伏市场目前还远未形成。内需市场发展严重不足。,我国太阳能光伏产业的硅材料主要依靠进口,特别是多晶硅原料,严重依赖进口。,多晶硅2001年 2540美元/kg 2006年 200美元/kg 发电成本：由1.5元/KW升至4元/KW,我国太阳能发电技术存在的问题,我国太阳能产业,尤其是光伏产业的核心技术及制造装备主要在国外,我国太阳能专利申请前三名的机构;皇明太阳能集团134项专利(发明专利8项),中国科学院87项(发明专利38项),上海交通大学73项(发明专利58项)。,27,有3种：,即光热转换，光电转换，光化学转化。,太阳能是一种辐射能,具有即时性,必须即时转换成其它形式的能量才能被利用和储存。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换装置。,集热器,:通过吸收面可以将太阳能转换成热能。,太阳能电池,:利用光伏效应将太阳能转换成电能。,光化学转换,:植物通过光合作用可将太阳能转换成生物质能.,从理论上讲,太阳能可以直接或间接地转换成任何形式的能量,但转换次数越多,则太阳能转换的最终效率就越低。,太阳能基本转换形式,1.2太阳能集热器,28,太阳能加热热水原理,-温室效应原理,1、太阳光透过透明玻璃板照射到太阳集热板上，,2、集热板吸收太阳光把光能转变成热能，并把热能传导给储热水箱内的水，,3、由于太阳能热水器的保温系统有效地减少了热量损失，从而使储热水箱内的水温不断升高。,提高利用效率的关键点,1、多吸收太阳光,2、减少反射和发射,3、减少散热损失,29,非聚光集热器,:如平板集热器和真空管集热器,能够利用太阳辐射中直射辐射和散射辐射,集热温度较低。,聚光集热器,:能将太阳光聚集在面积较小的吸热面上,可获得较高的温度,但只能利用直射辐射,且要跟踪太阳。,按太阳能集热器是否聚光：,聚光集热器、非聚光集热器,集热器种类,30,太阳能集热器的基本类型,a）直晒式平板集热器，温升010 b）透明盖板式集热器,太阳能集热器的基本类型,31,c）透明盖板式集热器（空气），温升050,d）真空管集热器，温升10150,32,e）点聚焦集热器，温升100,f）线聚焦集热器，温升50150,33,太阳热水器（系统）组成,太阳集热器,储热水箱,太阳集热器和,水箱支架,上下水及循环,管路、水泵阀门,系统保温,辅助加热,控制器,34,太阳集热器的种类,平板集热器,1、全铜板芯,2、铜铝复合板芯,3、全铝板芯,4、钢板芯,5、塑料板芯,真空管集热器,1、全玻璃真空管集热器（管）,2、热管真空管集热器,35,平板集热器,透光板,吸热板芯,吸热涂层,保温层,外框,36,平板集热器工作原理：,当平板集热器工作时,太阳辐射穿过透明盖板,投射在吸热板上,吸热板吸收并转换成热能,然后将热量传递给板内的传热工质,传热工质温度因而升高,作为集热器的有用能量输出,与此同时,吸热板由于温度升高不可避免地要通过传导,对流和辐射等方式向四周散热,造成集热器的热量损失。,平板型集热器,工作原理,37,38,材料,:主要有平板玻璃和玻璃钢板,平板玻璃应用最广泛.,主要功能,：透过太阳辐射，使其投射在吸热板上,保护吸热板,使其不受灰尘及雨雪的侵蚀,形成温室效应,阻止吸热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热。,材料特性,：对太阳透射比高；材料对太阳辐射的吸收率和反射率要较小。,当太阳辐射投射到一个物体上时,部分辐射能量将被吸收,部分将被反射,部分将透过物体,根据能量守恒定律,应有:,透明盖板,39,作用,：,吸收太阳能并将其内的集热介质加热。,提高集热效率的措施,：集热板常经特殊处理或涂有选择性涂层，以提高集热板对太阳光的吸收率。集热板本身的热辐射要很小，以减少集热板对环境的散热。,太阳能吸收涂层概念,：为使集热板最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能，在集热板上覆盖深色的涂层，称其为太阳能吸收涂层。,集热板,40,太阳辐射可近似地认为是温度6000K的黑体辐射，约90%的太阳辐射能集中在0.32m波长范围内,而太阳集热器的吸热体一般为4001000K,其热辐射能主要集中在230m波长范围内。,当采用高的太阳吸收比,又有低的发射率的涂层材料,就可以保证尽可能多地吸收太阳辐射的同时，又尽可能减少集热板本身的热辐射损失。,太阳能吸收涂层分类,非选择性吸收涂层,：是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层。,选择性吸收涂层,：是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。,41,选择性吸收涂层制备方法,：,喷涂法、化学法、电化学法，真空蒸发法、磁控溅射法等。用这些方法制备的选择性吸收涂层绝大多数的太阳吸收比都可达到0.90以上，但其发射率范围有明显区别。,表2.1各种方法制备的选择性吸收涂层的发射率,制备方法,涂层材料举例,发射率,喷涂方法,硫化铅、氧化钴、氧化铁、铁锰铜氧化物,0.300.50,化学方法,氧化铜、氧化铁,0.180.32,电化学方法,黑铬、黑镍、黑钴、铝阳极氧化,0.080.20,真空蒸发方法,黑铬/铝、硫化铅/铝,0.050.12,磁控溅射方法,铝-氮/铝，铝-碳氧/铝，不锈钢-碳/铝等,0.040.09,42,隔热层,分布在集热板的底部和侧面，可防止集热器向周围散热。,外壳,它是集热器的骨架，应具有一定的机械强度，良好的水密封性能和耐腐蚀性能。,43,主要优点,：它是金属流道集热器，单位平方米成本最低，寿命最长，在世界部分地区，平板集热器全年总得热量高于其它形式集热器。金属板芯平板集热器被普遍采用。,缺点,：在低温环境中，透过盖板玻璃的散热损失较大，导致整个集热器效率低。（由其本身结构造成的，不易解决）。,平板型集热器的优缺点,44,a按集热板芯材料分,钢板铁管；全铜；全铝；铜铝复合；不锈钢；塑料；其它非金属。,b按结构分,管板式；扁盒式；管翅式；热管翅片式；蛇形管式。,c按盖板分,：,单层或多层玻璃、玻璃钢集热器；高分子透明材料集热器；透明隔热材料集热器。,目前，国内外普遍使用的是全铜集热器和铜铝复合集热器。,平板集热器分类,45,平板板芯,铝板芯,铜铝复合板芯,全铜板芯,不锈钢板芯,46,铝板芯,铝和金一次挤压成型，热阻小，传热效率高,需采用氩弧焊接，焊接难度大,易电解腐蚀，对水质要求较严,47,铜铝复合板芯,铜管流道，耐腐蚀，水质清洁,铝片吸热，传热快，比铜片成本低,与上下联管须通过过渡接头焊接，易渗漏,损坏后修复困难,48,铜铝复合板芯极管与板条的焊接,过渡接头一端为圆形，与极管铜焊，另一端为菱形，与板条锡焊,过渡接头与板条锡焊处强度低，易,49,全铜板芯,导热性最好,抗腐蚀能力强,承压性高,50,原理,为了减少平板集热器的热损,提高集热温度,在20世纪70年代研制出真空集热管,即将吸热体与透明盖层间的空气抽成真空的太阳集热器。其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内,大大提高了热性能.,将若干支真空集热管组装在一起，即构成真空管集热器，为了增加太阳光的采集量，有的在真空热管的背部还加装了反光板。,分类,真空集热管可分为,全玻璃真空集热管；玻璃U形管真空集热管；金属热管真空集热管等。,2.3.2真空管集热器的原理与分类,51,52,全玻璃真空管,47*1200 国标,47*1350,47*1500 国标,58*1500,58*1800,53,54,55,玻璃真空热管,具有真空管的优点，且管内不走水，不炸管,可承压运行,热管本身质量直接影响产热效果,56,金属热管,具有平板、真空管的优点,保温好,热管质量,57,组成,聚光集热器主要由聚光器、吸光器和跟踪系统三大部分组成。,分类,按聚光原理分：反射聚光；折射聚光,反射聚光又可分为旋转抛物面镜（点聚焦）；槽形抛物面镜（线聚焦）,反射聚光器有：旋转抛物面镜聚光集热器和槽形抛物面镜聚光集热器以及其它反射式聚光器。,2.3.3 聚光集热器原理与分类,58,其它反射式聚光器,：圆锥反射镜、球面反射镜、条形反射镜、斗式槽形反射镜、抛物面镜聚光器等以及应用在塔式太阳能发电站的聚光镜定日镜。,定日镜由许多平面反射镜或曲面反射镜组成，在计算机控制下这些反射镜将阳光都反射至同一吸收器上，吸收器可以达到很高的温度，获得很大的能量。,59,集热器匹配不同,用途也就不同,名称也不同.,如太阳热水器，太阳灶，太阳能干燥器，太阳房，太阳能温室，太阳能空调等。,旋转抛物面镜聚光集热器，可以获得高温，但要进行二维跟踪。,槽形物面镜聚光集热器可以获得中温，只要进行一维跟踪。,这两种聚光集热器在20 世纪初就有应用,通过不断的完善和改进,(如提高反射面的加工精度,研制高反射材料,开发高可靠性跟踪机构等)。它们完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求,但由于造价高,限制了它们的广泛应用,商业化程度较低。,60,太阳能热水器概念,太阳能热水器是太阳能集热器的一种形式，是以水为工质来收集太阳能，供应热水的一种有代表性的装置。应用于洗浴、采暖、干燥、养殖和游泳等领域。,分类,太阳能热水器按结构分：闷晒式、管板式、聚光式、真空管式、热管式。,按流体流动的方式分：闷晒式、直流式、循环式,2.4太阳能热水器,61,分类,分为有胆和无胆两类：,有胆：指太阳能闷晒盒内装有黑色塑料或金属的盛水胆。当太阳照射到闷晒盒时，盒内温度升高，使水胆内的水被加热。当水温达到一定要求时，把热水放出来使用。目前市场上塑料单筒式或多筒式热水器都属于这种类型。一般都是家庭季节性使用。,特点,闷晒式太阳能热水器结构简单，造价低。,2.4.1 闷晒式,62,塑料袋式热水器也是有胆闷晒式热水器，只是简化了闷晒盒，而以透明塑料袋盖在盛水袋之上，上面的塑料袋充气，起着集热器隔热玻璃的作用，在太阳的照射下，形成温室效应，使下面的黑色塑料袋吸收太阳的辐射热，并直接将热传递给袋内的水。这种热水器的热水产量不大。但携带方便，可供旅行使用。,63,组成,直流式太阳能热水器由集热器，蓄热水箱和相应的管道组成。,特点,水在这种系统中并不循环（故称直流式）；,水的流量通常都比较小（为了使集热器中流出来的水有足够的温度）,2.4.2 直流式,64,特点,自然循环式太阳能热水器,靠冷热水的重力差循环,无须其它动力和控制元件即可正常工作,简单可靠。一般自然循环式太阳能平板集热器热水工程系统适合于北方三季和南方全季使用,可以和电加热、燃油、燃气相结合,满足阴雨天的使用需求。,平板集热器采光面积大,中低温区的平均热效率高,其三季使用的性能价格比较高。,2.4.3 循环式（是应用最广泛的热水器）,分类,按水循环的动力原理分：自然循环；强制循环,65,66,依靠循环泵的动力将水箱内的水抽出,经集热器循环加热后再流回水箱,从而将水箱内的水加热。,水泵靠循环控制器控制运行;温度分层小,水箱的位置低于集热器。水泵停止运转后,集热器内的水全部自动回流水箱,保证冬季不冻。适合于四季使用的热管式真空管集热器、平板集热器,可以和电加热,燃油,燃气相结合,全天候使用。,强制循环式的控制方式常见的有：光敏自动控制,温差比较自动控制,定温放水自动控制和手动强制循环。,强制循环式太阳能热水器,67,家用太阳热水器,闷晒式,平板式,真空管式,68,红泥塑料袋式太阳能热水器,成本低，重量轻，便于运输携带，安装简单,没有保温，水热的快，凉的也快,简易、方便，适合夏季使用,69,圆桶式太阳能热水,有单圆筒、双圆筒、三圆筒、多圆筒多种规格,加工工艺简单，成本低，适合工厂化生产,保温较好，热效率较高，水质清洁,适合春夏秋三季使用,70,方箱式太阳能热水器,储水箱为方箱或梯形,有效吸热面积大，热效率高,承压能力差，不便于工厂化生产,71,平板型太阳能热水器,有效采光面积大，水箱和集热板保温较闷晒型好，效率高,工厂化生产程度更高,不抗冻，结冰将造成致命损坏,集热器是核心部件,72,真空管型太阳能热水器,保温水箱,支架,反光板,真空管,73,真空管太阳能热水器原理,74,热管型太阳能热水器,特点,利用物质相变传递热量,热容小，启动快，并具有单向导热特性,管内不走水，抗冻性好，可在-40下使用,75,二次换热太阳能热水系统,平板,热管,U形管,76,太阳能热水器的选择,春夏秋三季使用的用户，可选择闷晒型、平板型或者真空管型太阳能热水器。全年使用的用户，可选择真空管型太阳能热水器；北方高寒地区，冬季气温低于零下25度的地区，全年使用，可选择热管型太阳能热水器。,洗澡人数多，选采光面积大一点的，反之，可选小一点的,。,77,太阳能热水器的安装,牢固可靠，防风雪、防雷雨,不破坏楼房防水层,防漏电,管路及保温规范,与建筑相协调,78,太阳能热水器的使用,落水使用,顶水使用,79,技术图书,太阳能热水系统手册 太阳能利用技术,袁家普主编，2008.12 罗运俊，何梓年，王长贵编，2005.1,化学工业出版社 化学工业出版社,太阳能热水器及相关产品标准汇编 中国太阳能热水器标准检测和认证体系,中国标准出版社第二编辑室编2008.11 胡润青，王宗，谢秉鑫编2009.1,中国标准出版社 化学工业出版社,2.4.4 太阳能热水器技术图书与相关企业,80,可再生能源建筑应用技术指南,徐伟主编2008.11,中国建筑工业出版社,中国地源热泵发展研究报告（2008年）,徐伟主编2008.12,中国建筑工业出版社,中国可再生能源产业发展报告（2008年）,王忠颖，任东明，高虎编，2009.7,化学工业出版社,81,清华阳光能源开发有限公司（清华阳光公司）,清华阳光公司是由清华大学所属的清华控股有限公司控投股，北京一轻集团和首钢股份强势加盟的高新技术企业。,目前，已建成世界上技术先进的全玻璃真空集热管生产基地和具有自动化的太阳能热水器生产线。Al-N/Al涂层，“晒乐”牌集热管。,太阳能热水器技术始终处于国际领先地位。,相关公司,82,力诺集团与德国Paradigma公司建立中外合资企业。集太阳能光热，光伏工程多类型多方面利用的综合性企业，是亚洲最大的太阳能生产企业，拥有同步世界太阳能先进的工艺、设备和技术。全自动生产流水线，,CPCU,形集热管生产线全部实现欧洲最高标准，达到国际先进水平。,力诺瑞特太阳能成印度最大的太阳能供应商，日本政府指定太阳能工程用集热器，韩国工程市场中市场份额最高的真空管集热器，成为唯一通过非政府测试的中国产品。力诺瑞特国际贸易拓展到6大洲30多个国家和地区。,山东力诺瑞特新能源有限公司,83,山东力诺新材料有限公司,它隶属于力诺集团,成立于1998.7,是力诺全玻璃真空太阳能集热管的两大生产基地之一,是目前全国最大的全玻璃真空太阳能集热管生产基地。,山东皇明集团,它的主要产品是太阳能热水器,全玻璃真空集热管，太阳能锅炉,太阳能与建筑结合,太阳能高温热发电,太阳能光伏发电,太阳能光电照明,温屏节能玻璃,太阳能空调等。,84,江苏淮阴辉煌太阳能有限公司,它创建于1997年,是我国规模专业化生产,销售全玻璃真空太阳能集热管及太阳能热水器的行业骨干企业之一。它有4个分厂,5个子公司,为国内最大规模的太阳能整机产业链。已形成适合各种消费层次的系列太阳能产品,别墅型太阳能热水器,光电光伏等产品。,北京天普,主要是生产太阳能热水器,拥有太阳能光电,地源热泵中央空调,新能源建筑等多个分支机构。年生产能力1000万支玻璃真空集热管和50万台(套)太阳能热水器。,85,太阳灶,利用太阳辐射能，直接转换成供人们炊事使用的热能，以代替一般炉灶，即为太阳灶。,分类,太阳灶种类很多，以原理结构上分：闷晒式（箱式）、聚光式、热管传导式,太阳灶,86,太阳灶特征,太阳灶的结构简单,制作方便,成本较低。,箱式太阳灶可以利用太阳辐射的直射和散射两部分,灶温一般低于200,不适合炒菜,可用于煮饭,烧热水等。,聚光式太阳灶只能利用太阳能的直射部分,但相对来说功率较大温度可达500左右,可用于煮饭,烧开水,炒菜。,它是气候干燥,燃料奇缺地区的能源问题解决的有效途径之一。,87,2.5.1闷晒式,闷晒式太阳灶又叫“箱式太阳灶”（因为它的形状像一个热箱），它工作时被置于太阳光下长时间闷晒，缓慢地积蓄热量，箱内温度一般可达120150，适合于闪蒸食品或作为保温器和医疗器具的消毒用。,88,主要由箱体,保温层,吸收层,食品架等。,箱体大小按需要设计,我国农村家庭使用的闷晒式太阳灶一般为：100cm70cm30cm.。箱体用木板或木框加纸板做成,在箱体两侧及底层加有保温层,保温材料可选用棉花或其它无异味、不挥发的保温材料（对食品不产生毒性）。保温层朝向箱内的表面涂以黑色,以便吸收太阳的辐射热,箱内应安装支撑食具的铁丝架。箱盖为活动式,密封性能要好,开启要方便,箱盖装有双玻璃.玻璃要求平整,透光率高,两层玻璃的间距为1cm。,闷晒式太阳灶的构造,89,太阳光线(主要是可见光和近红外光线),几乎能够全部透过平板玻璃(如果玻璃的透光率很高)。当阳光透过玻璃进入保温箱体后,遇到黑色的吸收体,光即转变为热。(在物理学上,热的辐射也是一种物质运动形式,主要为红外辐射,其波长较长.)玻璃盖板的功能正好起到让短波阳光进,不让长波红外线出的作用,箱体四周和底部均有保温隔热材料可减弱热辐射外逸。,尽管箱体总是要散失一部分热量,但箱内的温度随着闷时间的延续,将会逐渐升温,直到到达平衡为止。所以,这种太阳灶的箱内最高温度取决于保温材料的优劣。通常采用棉花保温,可达150左右,对于炊事使用已足够。,闷晒式太阳灶的工作原理,90,在缩短闷晒时间或在多云的条件下,灶温会下降,太阳灶的效率降低。,采取的措施：在箱侧面加装反光镜,增大受光面积;在箱底加装金属油箱(簿盒),借助油的储热作用维持太阳间歇性照射时箱内的温度稳定。,在条件允许的情况下,盖面玻璃的表面可以加涂一层光谱选择性材料(如二氧化硅之类的透明涂料),来改变阳光的吸收与发射,提高太阳灶的效率。,如何提高闷晒式太阳灶的效率？,91,闷晒式太阳灶要注意放置在向阳背风的地方,(因为风的流动会引起热的损失),这样箱内温度是逐渐积累起来的。,一般夏日阳光好时,闷熟米饭大约需3h,一天可做午、晚两顿饭,闷晒时间较长,但不用人看管,具有较好的保温性,使用方便,可以节省柴草,适合部分农村使用。,注意事项及常识,92,聚光式太阳灶是将较大面积的阳光聚焦到锅底,使温度达到较高的程度,以满足炊事要求。,聚光式太阳灶的关键部件是聚光镜,聚光镜的性能与镜面材料的选择以及其几何形状的设计有关。,聚光镜,最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜底板(或用水泥,铁皮,钙塑材料等加工底板成型),也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。,聚光镜几何形状设计,大都采用旋转抛物面的聚光原理。在数学上,若抛物线绕主轴旋转一周,所得的面即称为“旋转抛物面”也可将抛物面分割成若干段的反射镜,光学上称为“菲涅耳镜”。,2.5.2 聚光式,93,若有一束平行光沿主轴射向这个抛物面,遇到抛物面会反光,则光线都会集中反射到定点的位置,于是形成聚光。,太阳灶使用时,要求在锅底形成一个焦面,才能达到加热的目的.,聚光器的聚光比（K）=采光面积/焦面面积,采光面积是指太阳灶在使用时反射镜面阳光的有效投影面积.,聚光比是决定聚光式太阳灶的功率和效率的重要因素。,例如：在我国,设计一个500700W功率的聚光式太阳灶,通常采光面积为1.52.0m,2,。个别大型蒸汽太阳灶也是聚光式太阳灶,采光面积较大,有的达到5 m,2,以上。,聚光式太阳灶的工作原理,94,95,a.采用偏轴聚焦原理设计太阳灶。,旋转抛物面聚光镜是按照阳光从主轴线方向入射,所以往往在通过焦点上的锅具会留下一个阴影,这样会减少阳光的反射,直接影响太阳灶的效率。,b.聚光式太阳灶的架体,一般用金属管材弯制,锅架高度应适中,要便于操作,镜面仰角可灵活调节。为了移动方便,可在架底部安装两个小轮,但必须保证灶体的稳定性。,c.在有风的地方,太阳灶要能抗风不倒。可以锅底部位加装防风罩,以减少锅底因受到风的影响而功率下降。,d.太阳灶装有自动跟踪太阳的跟踪器,会增加整灶的造价。,中国农村推广的一些聚光式太阳灶,大部分为水泥壳体加玻璃镜面,造价低,便于就地制作。,设计注意事项,96,它是由伞式反射镜面,(,直径,1.6m),支架和锅架组成,可以拆卸,.,在上海冬季晴天,(,气温,12,风力,45,级,),40min,可烧开,2kg,的水,.,五月份中午,1112,点,(,气温,24),20min,可烧开,3kg,的水。,15min,能煮熟,1kg,米饭,还可用来炒菜、熬中药等。,各种伞式太阳灶其规格大同小异,反射镜面有用小平面镜一块块拼成的,也有用抛光好的薄铝板。还有制成折伞式的太阳灶,在折叠伞内面贴上一层涂铝的聚乙烯薄膜,这种伞雨天可以挡雨,晴天可以遮阳,将它打开,内面对准太阳,就成了太阳灶。,伞式太阳灶,97,热管式太阳灶分为两个部分,：,室外收集太阳能的集热器,即自动跟踪的聚光式太阳灶。,热管,热管式太阳灶的工作原理,热管式太阳灶是将热管的受热端即沸腾段置于聚光太阳灶的焦点处,而把释热端即凝结段置于散热处或蓄热器中。,热管是一种利用汽化潜热高效传递热能的强化传热元件,.,利用管体的特殊构造和传热介质受蒸发与凝结作用,把热量从管的一端传到另一端,这样太阳热就从户外引入室内,使用较为方便。,2.5.3 热管式,98,热管是一种传热性极好的人工构件、常用的热管由三部分构成：主体为一根封闭的金属管，内部有少量工作介质和毛细结构。管内的空气及其它杂物必须排除在外。,热管工作时利用了3种物理学原理：,a.在真空状态下，液体的沸点降低。,b.同种物质的汽化潜热比显热高得多。,c.多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。,热管的构成及其物理学原理,99,热管典型的构造和工作过程分为4个过程,热量被导入热管,与热源靠近一段(蒸发段)内的液体吸热而蒸发;蒸汽携带汽化潜热经空腔流向另一段(冷凝段);汽体经管壁与外界冷媒体换热放出潜热而完成了传热任务,冷凝成液体;经毛细结构的抽吸力量或重力回流到蒸发段进入下一个工作循环。,热管典型的构造和工作过程,100,太阳房的概念,太阳房是一种能够集热、蓄热、分配所积存的热能的建筑。,太阳房技术,101,1主动式太阳房,由太阳能集热系统、贮能系统、备用能源系统、房间供暖能量的输送系统等组成。,（,能采暖,能降温,最简便,建造容易,不需要安装特殊的动力设备。）,2被动式太阳房,利用建筑本身作为集热装置，依靠建筑方位的合理布置，以自然热交换的方式（辐射、对流、传导）使建筑物在冬季尽可能多地吸收和贮存热量，已达到供暖的目的,。（,比较复杂一点,使用方便舒适。空调制冷式太阳房：更为讲究高级的一种太阳房。）,3空调制冷式太阳房。,太阳房的分类,102,主动式太阳房,103,主动式太阳房特点：,建筑物方位的合理布置；,窗、墙和屋顶等建筑构件的专门设计；,选用性能优良的建筑材料；,以太阳能集热器作为热源的一种环保型节能建筑；,通过热水或热风系统对室内进行供暖。,要有一定的太阳集热面积,约为采暖建筑面积的 10%30%；,集热器无法连续稳定地提供热量，为满足连续供暖的要求，需要有相应的辅助能源和储热装置（如储水箱或固体蓄热器）进行配套。,常用的两类主动式太阳房和它们的集热供热系统。,104,105,由图2.7可知：系统分为3个循环回路：,集热回路：主要包括集热器,储存器,集热器热交换器,过滤器,循环泵等。,采暖回路：主要包括蓄热水箱,散热器,辅助热源,电动阀等,.,采暖回路是指采暖房间中热媒的循环回路。,生活用热水回路：主要包括热水热交换器,预热水箱,辅助加热水箱,泵等。自来水经热水热交换器后进入预热水箱,经预热后的水从预热水箱顶部循环到辅助加热水箱中,在辅助加热水箱内水温上升到希望的温度,供房间各处使用。任何家用热水系统都必须使用调温阀或其它方法,以确保输送的热水温度不会过高。,106,特点,仅仅依靠建筑物方位的合理布置；,通过窗、墙和层顶等建筑构件的专门设计；,选用性能优良的建筑材料；,以自然交换的方式来获取太阳能；,冬季能采暖,夏季可散热(达到冬暖夏凉为主要目标)；,不需要添置(如水泵,管道等)附加设备；构建方便,造价低；能节约常规能源,不需要特殊的日常维护。,对太阳能的接收和利用效率低。（建筑物的热工性能指标也较低）。,被动式太阳房,107,分类,被动式太阳房分为直接受益式和蓄热墙式。,直接受益式：结构简单,房屋本身就是集热蓄热器,利用向阳面的大玻璃窗,(,在严寒地区最好采用双层玻璃,),接受日光的直接辐射。房屋地板采取符合吸热的措施,如深色水泥地板或辅砖等。屋顶和墙壁也要作保温处理,如加装泡沫塑料吊顶或护壁,以了防止热量散失。夜间要用保温窗帘。,108,图2.5 被动式太阳房的类型,a)直接受益式 b)集热蓄热墙式 c)蓄热屋顶式 d)温室蓄热墙式 e)对流蓄热综合式,109,直接受益式,被动,太阳房,让阳光直接加热采暖房间，把房间作为太阳集热器、贮热器和配热装置的综合体。,白天有阳光时，墙和地板吸热，夜晚向外释放热量，使室温维持在一定的水平。只要有一定的房檐，夏天就能避免阳光直射，同时由于墙体得隔热性能较好，因此，夏季可得到比较凉爽的效果。,它是被动式太阳房中最简单的一种。,110,集热蓄热墙式太阳房,阳光首先照射到带玻璃外罩的集热墙上，然后通过墙体传热和空气流动两种方式向室内供热,夏季时，打开夏季用风口，室外空气经位于房屋北面的风口进入室内，使室内保持较凉爽的感觉,。,111,蓄热墙式：不完全靠太阳光直接射入室内,而是通过向阳面的蓄热墙将空气加热,并使热风进入室内采暖。夏季则利用蓄热墙起到抽风的作用,加强室内空气对流,达到降温的效果。,112,蓄热墙的工作原理,：当阳光辐射到蓄热墙时,把墙体加热,可在玻璃与墙体之间加热空气。由于空气密度小,即形成上升的热气流,通过上风口,热风进入室内采暖。室内底层较凉的空气由下风口自动吸入空气通道。如此循环往复,室内温度则逐渐上升。当夏日时,空气加热后从排风孔排出,打开北面小窗,凉风进入室内,加强了空气流使室温得到下降。,20世纪70年代,我国在北京,天津,河北,内蒙古,辽宁,甘