《太阳能的利用》 省赛一等奖

太阳能的利用太阳能利用，实际上是分两种：光热和光电。太阳能（SolarEnergy），一般是指太阳光的辐射能量，太阳能是一种可再生能源，广义上的太阳能是地球不同品牌的太阳能热水器上许多能量的来源，如风能，生物质能，潮汐能、水的势能等等。太阳能利用的基本方式可分为光—热利用、光—电利用、光—化学利用、光—生物利用四类。在四类太阳能利用方式中，光—热转换的技术最成熟，产品也最多，成本相对较低。如：太阳能热水器、开水器、干燥器、太阳灶、太阳能温室、太阳房、太阳能海水淡化装置以及太阳能采暖和制冷器等。太阳能光热发电比光伏发电的太阳能转化效率较高，但应用还不普遍。在光热转换中，当前应用范围最广、技术最成熟、经济性最好的是太阳能热水器的应用太阳能利用光热利用：它是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。太阳能发电：未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式主要有两种：①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。http②光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。光化利用：这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。光生物利用：通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。工作原理阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水便轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。制造材料编辑太阳能热水器是由集热部件（真空管式为真空集热管，平板式为平板集热器）、保温水箱、支架、连接管道、控制部件等组成。集热器系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器太阳能热水器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在太阳照射度达到一定值的时候。目前中国市场上最常见的是全玻璃太阳能真空集热管。结构分为外管、内管，在内管外壁镀有选择性吸收涂层。平板集热器的集热面板上镀有黑铬等吸热膜，金属管焊接在集热板上，平板集热器较真空管集热器成本稍高，近几年平板集热器呈现上升趋势，尤其在高层住宅的阳台式太阳能热水器方面有独特优势。全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅特硬玻璃制造，选择性吸热膜采用真空溅射选择性镀膜工艺。保温水箱储存热水的容器。通过集热管采集的热水必须通过保温水箱储存，防止热量损失。太阳能热水器的容量是指热水器中可以使用的水容量，不包括真空管中不能使用的容量。对承压式太阳能热水器，其容量指可发生热交换的介质容量。太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成。水箱内胆是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要。市场上有不锈钢、搪瓷等材质。保温层保温材料的好坏直接关系着保温效果，在寒冷季节尤其重要。较好的保温方式是聚氨脂整体发泡工艺保温。外壳一般为彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板。保温水箱要求保温效果好，耐腐蚀，水质清洁。支架支撑集热器与保温水箱的架子。要求结构牢固，稳定性高，抗风雪，耐老化，不生锈。材质一般为不锈钢、铝合金或钢材喷塑。连接管道太阳能热水器是将冷水先进入蓄热水箱，然后通过集热器将热量输送到保温水箱。蓄热水箱与室内冷、热水管路相连，使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的太阳能管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。太阳能管道必须做保温处理，北方寒冷地区需要在管道外壁铺设伴热带，以保证用户在寒冷冬季也能用上太阳能热水。控制部件一般家用太阳能热水器需要自动或半自动运行，控制系统是不可少的，常用的控制器是自动上水、水满断水并显示水温和水位，带电辅助加热的太阳能热水器还有漏电保护、防干烧等功能。市场上有手机短信控制的智能化太阳能热水器，具有水位水位查询、故障报警、启动上水、关闭上水、启动电加热等功能，方便了用户。3简介编辑集热原理太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。真空管工作原理图：吸热过程真空管式热水器的吸热时，太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。平板式热水器，一般为分体式热水器，介质则在集热板内因热虹吸自然循环，将太阳辐射在集热板的热量及时传送到水箱内，水箱内通过热交换（夹套或盘管）将热量传送给冷水。介质也可通过泵循环实现热量传递。循环管路家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力。真空管式太阳能热水器为直插式结构，热水通过重力作用提供动力。平板式太阳能热水器通过自来水的压力（称为顶水）提供动力。而太阳能集中供热系统均采用泵循环。由于太阳能热水器集热面积不大，考虑到热能损失，一般不采用管道循环。使用过程平板式太阳能热水器为顶水方式工作，真空管太阳能热水器也可实行顶水工作的方式，水箱内可以采用夹套或盘管方式。顶水工作的优点是供水压力为自来水压力，比自然重力式压力大，尤其是安装高度不高时，其特点是使用过程中水温先高后低，容易掌握，使用者容易适应，但是要求自来水保持供水能力。顶水工作方式的太阳能热水器比重力式热水器成本大，价格高。4工作原理编辑1.温差控制集热循环太阳能热水地暖系统中有集热器温测器和水温感应器，集热系统吸收太阳能辐射后，集热管温度上升，当集热器温度和水箱温度水温差△t设定值时，检测系统发出指令，循环泵将中央热水器中的冷水输入集热器中，水被加热后再回到水箱中，使水箱内的水达到设定的温度。2.地暖管道循环系统增加一台热水循环泵，通过控制器控制地暖管道循环。当水温达到设定温度时，自动启动地暖循环泵，使高温水通过地暖盘管在室内循环，从而使室内温度不断提高。当水箱水温低于某一设定值时，自动停止地暖管道循环泵。5分类编辑就其结构来说，大体可分为以下几类：1、从集热部分来分：1）玻璃真空管太阳能热水器可细分为全玻璃真空管式、热管真空管式、U型管真空管式/真空管集热、储热一体化闷晒式。常用的为全玻璃真空管式，其优点：安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式使太阳能热水器全年全天候正常运行，环境温度低时效率仍然比较高。其缺点在于体积比较庞大、玻璃管易碎、管中容易集结水垢、不能承压运行。2）平板型太阳能热水器平板型太阳能热水器可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圆管式和热管式。其优点：具有整体性好、热水器展览会寿命长、故障少、安全隐患低、能承压运行，安全可靠，吸热体面积大，易于与建筑相结合，耐无水空晒性强等优点，其热性能也很稳定。其缺点由于盖板内为非真空，保温性能差，故环境温度较低时集热性能较差，采用辅助加热时相对耗电。环境温度低或要求出水温度高时热效率较低。如冻坏需更换整个集热板，适合冬天不结冰的南方地区选用。3)陶瓷中空平板型太阳能热水器陶瓷太阳能板是以普通陶瓷为基体，立体网状钒钛黑瓷为表面层的中空薄壁扁盒式太阳能集热体。陶瓷太阳能板整体为瓷质材料，不透水、不渗水、强度高、刚性好，不腐蚀、不老化、不退色，无毒、无害、无放射性，阳光吸收率不会衰减，具有长期较高的光热转换效率。经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测，陶瓷太阳能板的阳光吸收比为，混凝土结构陶瓷太阳能房顶的日得热量为，远高于国家标准。陶瓷太阳能板制造、使用成本低，阳光吸收比不衰减，与建筑同寿命，可以用于与原房顶共用结构层、保温层、防水层、结构简单、保温隔热效果好于原房顶、与建筑一体化的混凝土结构陶瓷太阳能房顶、向阳墙面、阳台护栏面，为建筑提供热水、取暖、空调；为工农业、养殖业提供热能；可用于荒漠大规模太阳能热水发电、风道发电、海水淡化、苦咸水淡化、变沙漠为农田。2、从结构来分类：1）紧凑式太阳能热水器：就是将真空玻璃管直接插入水箱中，利用加热水的循环，使得水箱中的水温升高，这是市场最常规的太阳能热水器。2）分体式热水器：分体式热水器是将集热器与水箱分开，可大大增加太阳能热水器容量，不采用落水式工作方式，扩大了使用范围。3、从水箱受压来分：1）承压式太阳能热水器：太阳能热水器的出水是有压力的。一般为顶水式工作，不一定采用承压式水箱。2）非承压式太阳能热水器：普通太阳能热水器都是属于非承压式热水器，它的水箱有一根管子与大气相通，是利用屋顶和家里的高度落差，使用水时产生压力。其安全性，成本，使用寿命都比承压式要显著得多。6应用方案编辑应用场景随着传统能源成本的不断上升及环境的持续恶化，太阳能热水工程解决方案越来越多地被应用于居民住宅、别墅、酒店、旅游风景区、科技园区、医院、学校、工业厂区、农业种植养殖区等众多领域，针对不同领域热水使用情况进行合理设计与配置，达到能源的综合利用，降低成本投入。解决方案[1]太阳能热水工程主要由太阳能集热器、储热系统、控制系统、换热系统、辅助能源系统、保温材料、管路系统及配件等部分组成。太阳能集热器吸取太阳的热量，加热管道中的水，加热后的水靠循环泵通过管路输送至储热装置，通过整体能源系统的设计可为锅炉、热泵等提供基础热水，通过管路输送至各热点使用。系统组成：太阳能集热器：1.适合安装在屋顶及其他可固定安装位置（钢结构支架上等）安装；2.集热器美观大气，可任意角度安装，维护方便；3.集热器型号多样，可满足任何空间安装，客户选择多样化。储热系统：1.专利工程水箱，防腐性能强，水嘴设计规范合理，连接管路方便；2.保温层为聚氨酯发泡一次成型，发泡均匀，保温效果好；3.型号齐全，可满足用户80吨以下热水需求；4.可满足400平米以下建筑单户采暖需求。换热系统：1.选用高效高质量换热器，换热效果好；2.采用换热系统，系统水质好；3.设计独立换热系统可满足用户多种多样用热点水质、水压和水量的需求。控制系统：1.采用PLC程序模块控制，多点控制，精度高，性能稳定；2.控制界面人性化，模块清晰，操作方便。辅助能源系统：1.多种辅助热源可供选择，电辅助、燃气辅助、燃煤锅炉辅助、燃油锅炉辅助、热泵辅助都可以根据用户特点选择；2.系统得热量多，热损失小。保温材料：1.采用聚苯乙烯泡沫材料，保温好，散热小；2.保温外敷铝箔，美观，防辐射散热。管路系统及配件：1.管路选用标准PVC管材，经济合理；2.配件标准设计，防锈防腐蚀。方案特点热水效果保证：全年全天24小时充足水量供应，即开即热；热水品质保证：压力恒定，水温稳定，水质干净；系统集成设计：系统整体考虑，搭配辅助热源，专业软件分析，系统高效可靠，人性化设计；系统质量保证：对集热器、水箱、循环泵、管路等各个环节给予全面保障，确保系统安全稳定运行20年以上；系统智能控制：全数据显示、智能化控制、分户计量、信息准确。7特点编辑高科技产品，铜铝阳极化复合板芯或全紫铜板芯，表面处理工艺高，传热性能好，吸热能力强，产水量大。系统保温性能好，蓄热能量大，保温水箱有蓄水功能，可满足大批量人员集中使用热水，亦可作停水时应急水源之用。太阳能热水器系统全自动静态运行，无需专人看管、无噪音、无污染、无漏电、失火、中毒等危险，安全可靠，环保节能利国利民。具有排污净化功能，水源洁净无污染。真空管式太阳能热水器保温性能好，抗冻能力强。大面积安装对楼面有隔热作用8技术缺陷编辑太阳能热水器理论上是一次投资，使用不花钱。实际上不可能。原因是无论任何地方，每年都有阴云雨雪天气以及冬季日照不足天气。在此气候下主要靠电加热制热水（也有一些产品是靠燃气加热），每年平均有25%~50%以上的热水需要完全靠电加热（地区之间不尽相同，阴天多的地区实际耗电量还要大。上海地区近三年的统计数据表明，平均每年阴雨天高达67%，满负荷利用太阳能热水器其70%的热能来自电或者燃气）。这样一来太阳能热水器实际耗电量比热泵热水器大。此外，敷设在太阳能热水器室外管路上的“电热防冻带（只在北方地区有）”，也要消耗大量电能。除此以外，太阳能热水器在结构上还存在多种难以解决的技术缺陷。1、热水管路长达十几米，每次使用都要浪费很多水。以典型的Φ12毫米水管计算，每1米长度存水为公斤。若太阳能热水管长度平均为15米，则每次使用都要浪费大约公斤水。若平均每天使用6次，则每天浪费公斤水；每月浪费360公斤水；每年浪费4320公斤水；十年浪费43200公斤水！以浪费水为代价节省一些电,恐怕无论是政府还是老百姓若知道这些都不会认可。中国的660多个城市中，一半以上城市不同程度缺水，其中严重缺水的有111个，每年因缺水影响工业产值就达到2000多亿元。2、需要一整天的日照才能把水晒热，天气好的时候也只能保证晚上有热水，白天和夜间很少有热水可用。不能保证使用者24小时热水供应，舒适性差。3、太阳能热水器的采光板必须安装在屋顶上，既庞大笨重，又影响建筑美观（越是高档住宅区越明显），还容易损坏屋顶防水层。4、光电互补，实际上没法恰当的实现。市场90%的太阳能热水器存在着难以克服的顽症：冬天水温达不到，或者只能产生少量热水；这些产品只能在夏秋季阳光充足的时候用，冬季日照弱时根本不能用，或者产生的热水太少，不好用，客户经常投诉；其实，真正的太阳能热水器必须是一年四季都能用的。热水使用量比较大的时间是集中在冬天，而冬天的集热效果又不能满足使用要求，基本上受气候条件的限制，摆脱不了普通太阳能热水器“靠天吃饭”的局限，很难保证冬天照样有充足的热水。很多太阳能经销商为弥补热水产量不足，需要增加电辅助或者油锅炉，但是这样形成双重投资，增加客户的经济负担。消费者实际使用时候因此会白白浪费很多电能，并进一步减少使用的舒适度。太阳能热水器为了在日照不足天气也能有热水，基本都采用了所谓的“光电互补”技术，也就是在太阳能热水器上再增加一个电加热器。理论上说，只要热水不足就可以“让”该电热管加热。这听起来很美。实际上由于消费者使用热水模式很复杂，一年365天日照情况也不是固定。所以根本没办法恰当的解决“何时启动电加热最合适”。采用温度控制、时间控制实际上都不行（因为日照充足天气刚注的自来水温度也低于设定温度，若单纯采用温度控制，那么会在不需要电加热时候也通电）。使得这个初看上去简单的“电加热控制”问题没有任何太阳能厂家完善的解决——百分之百的太阳能厂家都算在内。5、还有一条严重缺点就是现在市场99%以上都是非常落后的“非承压式”（包括太阳能热水器领域几个强势品牌，销售的全部都是这种非承压式），俗称“落水式”。其进水、出水只有一根水管，使用非常不方便，根本就谈不上舒适。10日常维护编辑1.安装太阳能热水器时，输水管内可能沾有尘埃或油味，首次使用时可打开水龙头先排除杂物。2.太阳能热水器内的存水，应根据当地的水质状况作定期的排放，排水时间可选于早上集热器较低温时。3.太阳能热水器表面，依地区落尘量而作定期的擦试，下雨时能起到自行清洗，保持热水器的表面清洁可得到较高的集热效率。4.连续晴天多日不使用热水时，其热水温度很高，在使用太阳能热水器时请先开冷水，后开热水，以免烫伤。5.水龙头出口端一般都有滤网装置，水管内的水垢杂物会聚集于此网，应定期自行拆下清洗，可加大水量流出顺畅。6.冬季，管道被冻住是很