簡述光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)及原理

1、簡述光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)及原理1概述太陽能必須經(jīng)過各種轉(zhuǎn)換，才可能方便地服務(wù)社會。各種太陽能利用成功的關(guān)鍵在于太陽能 轉(zhuǎn)換技術(shù)。現(xiàn)代意義上的太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)開發(fā)的全部內(nèi)容可歸納為兩個主要方面：（1）高效地收集太陽能，主要技術(shù)內(nèi)容有：選擇性表面技術(shù)；受光面的光學(xué)設(shè)計；集熱體的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。（2）將收集的太陽能高效地轉(zhuǎn)換為其他形式的有用能，主要技術(shù)內(nèi)容有：盡可能降低能量轉(zhuǎn)換過程中的各種熱、電損失；優(yōu)異的系統(tǒng)設(shè)計。太陽能光熱轉(zhuǎn)換在太陽能工程中占有重要地位，其基本原理是通過特制的太陽能采光 面，將投射到該面上的太陽能輻射能作最大限度地采集和吸收，并轉(zhuǎn)換為熱能，加熱水或空 氣，為各種生產(chǎn)過程

2、或人們生活提供所需的熱能。2平板集熱所謂平板集熱，就是集熱裝置的采光面積等于集熱面積；若采光面大于集熱面積，稱為聚 光集熱。兩者的概念是相對而言的。平板集熱具有以下特點：采光面等于集熱面；集熱面可以采集太陽直射輻射能、散射輻射能和反射輻射能；集熱面固定安裝，不跟蹤太陽視位置；熱損失系數(shù)較大，工作溫度通常均在80r以下；結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低廉。2. 1太陽能平板集熱器太陽能平板集熱器是典型的平板集熱，簡稱平板集熱器。平板集熱器的分類按集熱工質(zhì)分類水集熱普通的太陽能平板熱水器、公用熱水系統(tǒng)，幾乎都采用水作為集熱工質(zhì)?？諝饧療崽柲芨稍锖吞柗坎膳募療嵫b置，通常均以空氣作為集熱工質(zhì)。防凍液集熱高寒

3、地區(qū)經(jīng)常采用防凍液和水作為集熱工質(zhì)的雙循環(huán)太陽能集熱。按集熱體表面光學(xué)特性分類黑面一般是在集熱體表面涂刷或噴涂一層黑色涂料，簡稱黑面，目前較少采用。光譜選擇性吸收面這是經(jīng)過化學(xué)、電鍍等工藝制成的選擇性吸收面，應(yīng)用廣泛。按透明蓋板層數(shù)分類單層透明蓋板兩層或多層透明蓋板太陽能平板集熱器的透明蓋板，通常多采用單層，特殊情況用兩層，極少情況用三層或不用。典型平板集熱器的基本組成平板集熱器的典型結(jié)構(gòu)由集熱體、透明蓋板、隔熱層和殼體四部分組成。集熱體它是太陽輻射能、轉(zhuǎn)換為熱能并傳向集熱工質(zhì)的關(guān)鍵部件，是太陽能平板集熱器的關(guān)鍵部件，其 特性參數(shù)決定了平板集熱器的工作性能，一般應(yīng)具備以下特性：表面光譜選擇性能

4、好，集熱板面的太陽輻射吸收率高，熱反射率低；具有優(yōu)良的傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)計；密封性能好，能承受一定的工作壓力；與集熱工質(zhì)具有良好的相容性；對環(huán)境具有良好的耐天候性；制作工藝簡單。一般集熱體多采用金屬制作。集熱體表面噴涂黑色涂料或制作光譜選擇性吸收涂層。透明蓋板在集熱體的上方，覆蓋一層或多層透明蓋板，一方面降低集熱體對環(huán)境的散熱損失，起到隔 熱作用；另一方面保護集熱板面，免受風霜雨雪和塵埃等的直接侵襲。它具備以下特性：光學(xué)性能好，陽光透光率高，而吸收率和反射率低；隔熱性好；機械性能好，能承受一定的風壓、冰雹等外力和熱應(yīng)力的作用耐老化性能好，長年暴露在大氣環(huán)境和陽光下，上述各種特性均無明顯惡化。隔熱層隔熱

5、層是集熱體底部和四側(cè)填充的一定厚度的絕熱材料，以降低集熱體的熱損失。它具備以下特 性：導(dǎo)熱系數(shù)低；不吸濕，不吸水；具有一定的機械結(jié)構(gòu)強度。殼體殼體將集熱體、透明蓋板和隔熱層裝配成一體，構(gòu)成一個完整的太陽能集熱器。整個殼體要 有一定的整體剛度和機械強度，以便保護集熱體和隔熱層不受外部環(huán)境的各種損傷和影響，且便 于裝配。陽光透過透明蓋板照射到集熱體上，其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?并傳向流體通道中的工質(zhì)，小部分反射向透明蓋板。這樣，從集熱器底部入口的冷工質(zhì)，在流體 通道中的熱能所加熱，溫度逐漸升高，加熱后的集熱工質(zhì)，帶著有用的熱能從集熱器的出口端流 出。如此循環(huán)，將投射的太陽輻

6、射能蓄入儲水箱中備用，成為有用能量收益。與此同時，由于吸 熱體溫度升高，通過透明蓋板和外殼向環(huán)境散失熱量，構(gòu)成平板太陽集熱器的熱損失。這樣的換 熱循環(huán)過程，一直維持到集熱溫度達到某個平衡點時為止。太陽能平板集熱器在70年代就已經(jīng)發(fā)明和應(yīng)用，自從80年代發(fā)明真空管集熱器，在整個 業(yè)界太陽能平板集熱器就慢慢退出市場（在廣東，云南，海南等省至今還有在推廣和使用）。因為太陽能平板集熱器自身的設(shè)計特點決定了它的散熱損失較大，故溫度大多運行在60r以下。 真空管集熱器是在平板集熱器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型集熱裝置。目前，市場上已開發(fā)很多形式的 真空集熱管，最常用的有全玻璃真空集熱管、熱管式真空集熱管、u形管真

7、空集熱管等。全玻璃真空管由玻璃外管、玻璃內(nèi)管、選擇性吸收涂層、彈簧支架（固定卡）、 吸氣劑等部件組成，其形狀如一只細長的暖水瓶膽。J 2 3456圖3一全玻璃真空管結(jié)構(gòu)示意圖1.玻璃外管 2.玻璃內(nèi)管3.選擇性吸收涂層 4.真空彈簧支架（固定卡） 6.吸氣劑 7.保護帽全玻璃真空管的一端開口，將內(nèi)玻璃管和外玻璃管的管口進行環(huán)狀熔封；另 一端分別封閉成半球形圓頭，內(nèi)玻璃管用彈簧支架支撐于外玻璃管上，以緩沖熱 脹冷縮引起的應(yīng)力。在內(nèi)玻璃管和外玻璃管之間的夾層抽成高真空。在外玻璃管 尾端一般粘結(jié)一只金屬保護帽。內(nèi)玻璃管的外表面涂有選擇性吸收涂層。彈簧支 架上裝有吸氣劑，它在蒸散以后用于吸收真空集熱管

8、運行時產(chǎn)生的氣體，起保持 管內(nèi)真空度的作用。真空管太陽能的特點：1.真空管太陽能工作原理是采用內(nèi)管的吸熱涂層對太陽光吸收，加熱內(nèi)管里 的水，在與水箱或速箱進行交換，提高水溫。作它在吸熱的同時也會進行散熱， 而熱量的傳遞只有三種方式：輻射，傳導(dǎo)，對流。真空管太陽能的三種散熱傳熱 方式均很小，內(nèi)管的水銀涂層防止熱量輻射；內(nèi)外管中間的真空層防止熱量傳導(dǎo)； 至于熱量的對流散發(fā)對真空管太陽能而言，幾乎為零。2.真空管太陽能的使用壽命長：內(nèi)外涂層在真空的環(huán)境里不受氧化，在不受外力的情況下壽命超20年以上。3.各種環(huán)境的影響：散熱小，保溫效果好，抗凍能力強（在南極都有優(yōu)良表 現(xiàn)）；真空管對風的阻力小，抗風能

9、力強；真空管是圓形的形狀，受外來沖擊力小，抗冰雹能力強。4.真空管太陽能管的熱效率高。2. 2平板集熱設(shè)計3真空管集熱4太陽能空氣加熱太陽能空氣加熱集熱器為平板型集熱器，也稱為太陽能空氣集熱器。它是在寒冷天氣中加熱 空氣以保持舒適環(huán)境的最佳選擇。目前，不少太陽能采暖多采用熱水系統(tǒng)，兩者相比各有其優(yōu)缺點；至于太陽能干燥器，均采 用太陽能空氣集熱器。太陽能空氣集熱器由四部分組成，吸熱板、透明蓋板、隔熱層和殼體。為了提升太陽能集熱器的有用能量收益的能量品質(zhì)，擴展更高溫度的太陽能利用領(lǐng)域，就必 須提高太陽能集熱裝置的高溫運行特性，唯一的途徑就是發(fā)展聚光集熱，提高集熱溫度。聚光集熱器主要由聚光器、接收器

10、和跟蹤系統(tǒng)三大部分組成。按照聚光原理區(qū)分，聚光集熱 器基本可分為反射聚光和折射聚光兩大類，每一類中按照聚光器的不同又可分為若干種。為了滿 足太陽能利用的要求，簡化跟蹤機構(gòu)，提高可靠性，降低成本，在本世紀研制開發(fā)的聚光集熱器 品種很多，但推廣應(yīng)用的數(shù)量遠比平板集熱器少，商業(yè)化程度也低。70年代，國際上出現(xiàn)一種復(fù)合拋物面鏡聚光集熱器（CPC），它由二片槽形拋物面反射 鏡組成，不需要跟蹤太陽，最多只需要隨季節(jié)作稍許調(diào)整，便可聚光，獲得較高的溫度。其 聚光比一般在10以下，當聚光比在3以下時可以固定安裝，不作調(diào)整。當時，不少人對C PC評價很高，甚至認為是太陽能熱利用技術(shù)的一次重大突破，預(yù)言將得到廣泛

11、應(yīng)用。但幾 十年過去了，CPC仍只是在少數(shù)示范工程中得到應(yīng)用，并沒有象平板集熱器和真空管集熱 器那樣大量使用。我國不少單位在七八十年代曾對CPC進行過研制，也有少量應(yīng)用，但現(xiàn) 在基本都已停用。其他反射式聚光器還有圓錐反射鏡、球面反射鏡、條形反射鏡、斗式槽形反射鏡、平 面。拋物面鏡聚光器等。此外，還有一種應(yīng)用在塔式太陽能發(fā)電站的聚光鏡-定日鏡。定日 鏡由許多平面反射鏡或曲面反射鏡組成，在計算機控制下這些反射鏡將陽光都反射至同一吸 收器上，吸收器可以達到很高的溫度，獲得很大的能量。利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，歷史上曾有人在法國巴黎用二塊透鏡聚集 陽光進行熔化金屬的表演。有人利用一組透鏡并輔以平面鏡組裝成太陽能高溫爐。顯然，玻 璃透鏡比較重，制造工藝復(fù)雜，造價高，很難做得很大。所以，折射式聚光器長期沒有什么 發(fā)展。70年代，國際上有人研制大型菲涅耳透鏡，試圖用于制作太陽能聚光集熱器。菲涅 耳透鏡是