太阳能基本知识

太阳能基本知识
作者：不详时间：2006-11-2 10:04:00
太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，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，这就是太阳能。

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。

太阳能的总量很大，我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤，但十分分散，能流密度较低，到达地面的太阳能每平方米只有1000瓦左右。

同时，地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等影响，时阴时晴，时强时弱，具有不稳定性。

根据太阳能的特点，必须解决以下四个基本技术问题，才能有效地加以利用。

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1、太阳能采集?
2、太阳能转换?
3、太阳能贮存?
4、太阳能输运
太阳能开发利用是当今国际上一大热点，经过最近20多年的努力，太阳能技术有了长足进步，太阳能利用领域已由生活热水，建筑采暖等扩展到工农业生产许多部门，人们已经强烈意识到，一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代——太阳能时代即将来到。

太阳能利用的基本知识
（1）、太阳的基本结构
太阳能是一个炽热气体构成的球体，主要由氢和氦组成，其中氢占80%，氦占19%。

（2）、太阳常数
太阳常数是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/米2。

（4920千焦/米2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。

（3）、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3.826×1033尔格或37.3×106兆焦，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。

（4）、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/米2，年日照时数在2000小时以上。

（5）、太阳能的特点
太阳能的优点
太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大优点：
第一，它是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说是取之不尽，用之不竭。

第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对
交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。

第三，太阳能是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。

太阳能的缺点
太阳能的利用有它的缺点：
第一，能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。

往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。

第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。

（6）、太阳能利用的技术领域
人类直接利用太阳能有三大技术领域，即光热转换、光电转换和光化学转换，此外，还有储能技术。

太阳光热转换技术的产品很多，如热水器、开水器、干燥器，采暖和制冷，温室与太阳房，太阳灶和高温炉，海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。

浅析：“太阳能集热工程”组成及其原理
太阳能中央热水系统是由集热器、保温水箱、控制系统、自动上水控制箱、循环泵、管路配件等有机组合而成的集热供水系统。

它是由集热器吸收太阳能辐射转换成热能，把冷水变成热水；由自动上水控制箱实现自动上水，并通过调节控制系统达到：
温差循环——提高集热效率；
管道循环——打开水嘴即出热水；
定时定温电加热措施——恒温供热水；
24小时恒温供水；
恒压供水（≤0.6Mpa）；
防冻装置——冬季照常使用。

整个系统自动运行，使用安全，维护方便。

组合式结构，可根据用水量、安装场地、用户需求来进行灵活的排列组合。

保温水箱内设有电加热装置，根据用户需要和实际情况，电加热功率可以适当增减，满足阴雨天及冬季用热水的要求，实现光电互补，微电脑智能化控制，确保全天候供应足量的热水。

太阳能工程常识
产品选型：作为工程使用的产品，不仅对产品质量有较高的要求，同时在产品设计上也要符合工程产品要求。

不能把一般的产品运用在工程设计上，因为市面上零售的产品为家庭设计使用型，如果运用在工程中故障率较高，热效率低，达不到设计意图。

管道设计：工程联接管材的设计特别重要，如果系统管道设计不合理容易出现水头阻力太大，出水量小，热水供应量不足，有时可能出现热水短路等问题。

严重的影响了系统的正常运行，管道设计上尽量要求水路平衡，管道口径要求与系统设计匹配，计算管道合理流量。

辅助能源：太阳能集热器是靠天吃饭，如果遇到阴雨雾雪天气太阳能光照不足，集热器无法获取足够的能量，这时太阳能工程不能满足正常用水要求，这时需要第二能源作为辅助。

一般太阳能工程选择电加热管、电锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉等辅助能源设备，设备型号选用要考虑到阴雨雾雪最大热水需求量，必免影响正常的热水需求，同时又要实现投资的经济合理性。

控制系统：电气控制是太阳能工程的重要组成部分，它可以实现热水工程的智能化控制，比如：自动上水，水满自停，显示水温水位，自动或定时电加热、定时出水、管道循环以及增压等控制。

控制系统选用特别重要，因为电气有一定的不稳定性，故障率较高，需要特别维护。

控制系统要求正规厂家进行生产，这样才有系统质量保证。

降低系统故障率，提高太阳能工程的整体性能。

补水系统：太阳能工程能够提供出连续不断的热水，这就须要有充足的水源进行补充。

一般采用浮球箱作为补水工具，浮球箱可以起到限流限压作用，对太阳能工程补水稳定，安全可靠。

在北方寒冷季节，需要对浮球箱进行保温必要时在内部增加电加热，保证冷水能够及时补充，不影响系统正常运行。

太阳能工程常见问题
一、设计之前了解的问题：
1、单位的建筑条件：
建筑物集热面积的大小、形状、建筑物高度以及允许放置水箱的位置（楼顶、地面、地下室等）大多不一样而不相同。

2、用户单位要求情况：
日均用水总量；用户是每日定时一次使用还是随时使用；要求用水温度；用水使用位置；实际用途：洗浴用水、浴池加温、鱼池加温、环境（种植或养殖大棚）加温。

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3、地理位置及条件：
根据用户的地理纬度和冬季最低环境温度、四季日照条件、朝阳的方向是否有遮挡，分析安装条件。

4、用户单位辅助能源的条件：
确定采用（电加热器，电锅炉，燃油、燃气锅炉，水源、地源或空气源热泵机组等）一种方案或二种以上的组合方案。

5、用户单位的水压与电压：
了解用户单位的水压与电压以及供应情况。

二、常见的几种设计方案
1、家用太阳能热水器的串并联方案。

在用户要求不是很高的情况下较为常见，适宜在用户条件比较简单的环境使用。

安装数量太多则载荷过重，对于建筑物会有不利影响。

设计中注意上下水主管路的直径与串并联数量关系，避免补水量与用水量产生矛盾。

2、自然循环设计方案。

在小吨位用水量中也很普遍，不适于大吨位用水量方式。

这种方式比较简单，有一定的要求，水箱与太阳能集热器的高度问题，水箱的支架要计算载荷问题和防风问题，符合《钢结构设计规范》，无论是采用什么方式的太阳能集热器，其串并联的数量要求合理，应符合《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》。

3、定温放水设计方案。

通过集热器与水箱之间的温差，控制进凉水方式将达到设定温度的热水顶入水箱，水箱的热水注满后通过温差循环继续增温，这也是很多太阳能公司目前使用的方案。

这种方式在日照条件好时一般没有问题，在日照条件较差时，应注意在这种方案中及时补水，使水箱内应具有一定的水量，防止电加热器干烧。

当水箱的水温低于设定温度时，要求辅助能源设备及时启动，保证用户的正常使用。

另外，在设计中根据用户的使用要求不同，分别设定采用每日定时加热方式与定温随时加热方式。

在北方要有低温防冻保护功能。

4、温差循环设计方案。

通过控制器的设定，使水箱一次注满水，达到最高水位，采用太阳能集热器与水箱内的温差，
控制循环泵工作，不断提升水箱中的水温，这是一种很实用的温差循环方案。

设计中根据热水使用的用途不同而设定出水温度。

每日定时上水，当达到最低水位时，随时自动补水，保证水箱中一定的水量。

根据用户条件，辅助能源设备可以采用一种或二种以上的方案。

设计中根据用户的需求不同，可以设定是每日定时加热方式还是定温随时加热方式。

在北方要求低温防冻保护功能。

三、控制器功能及系统设计：
1、水箱温度显示：
可以随时观察水箱中的水温，这是用户使用中需要经常了解的太阳能系统工作的重要数据。

2、集热器温度显示：
可以随时观察集热器中的水温，这是系统调试时需要了解太阳能系统工作的重要因素之一。

3、水位状态的显示：
采用五级水位显示，水位状态一目了然。

这也是用户使用中需要经常了解的重要数据。

4、定时加热时间：
设定每天的加热时间，控制器在设定时间根据水温判断是否需要自动启动加热功能。

5、设定加热温度：
设定的范围适用于不同用户的需求，洗浴温度一般在30℃－75℃范围为宜，其它用途根据需求设定，最高可以设定99℃。

6、设定加热方式：
采用定时加热或恒温加热。

定时加热是在设定的时间，每日一次加热到设定温度；恒温加热是在水温低于设定温度一定值时随时上水并加热，达到设定温度时则停止加热。

7、设定上水时间
设定每天的上水时间，控制器在设定时间使水位自动启动上水至最高水位止，采用电磁阀还是水泵可根据需要确定。

8、低水位自动补水：
当水位下降到最低水位时，控制器应该无条件自动补满水，保证水箱中有充足的用水。

9、水箱温度控制：
水箱中的出水温度根据用途来设定，洗浴温度、大棚采暖温度、物料烘干温度等各种不同需求，设定的温度各不相同。

10、系统防冻问题：
除了注意保温材料的厚度问题，可以采用管路排空法；也可以采用全系统循环法或同时采用电伴热带保护法，当系统温度达到低温范围时，可以采用上述的各种方法进行系统防冻保护。

11、远程监控：
有一些用户需要在控制室以外的位置需要了解太阳能系统是否正常工作，当控制器工作出现故障会及时发现。

12、使用热水的恒温循环：
具有使用热水的循环功能，可以使热水循环管路始终保持与储热水箱温度接近或相同，用户在任意水龙头打开时即出热水，使用户的热水使用具有方便性。

13、增加采暖功能：
根据设定温度满足南方地区主要取暖以及北方地区部分取暖要求，还可以为生产活动（蔬菜、花卉大棚）中的部分起到增温工作和烘干室的部分工作，节省常规能源。

14、电气控制柜：
控制柜内电路的总控制器及各分路控制器，注意使用功率匹配的熔断器、断路器、漏电保护器、继电器及交流接触器等，当发生供电设备短路或漏电现象，总控制器和各路分控制器及时切断电路，查明故障原因后方可恢复。

温度控制器与电气控制之间应正确安装，必须接好保护地。

15、安装形式：
根据环境条件，可采用多种角度安装方式，采用强制循环方式可以从0度到90度任意安装运行。

16、储能保温水箱：
适宜采用SMC玻璃钢组装式保温水箱或不锈钢组合式水箱。

这二种水箱的主要特点：干净卫生、永不生锈、符合卫生标准、重量轻、结构合理、现场组装场地要求较低。

水箱设计寿命均在30年以上。

水箱外部采用高性能材料保温及防护处理。

17、防雷措施：
太阳能集热系统主体为金属结构，将钢结构与楼房原避雷系统连接，就可以有效地防止雷击。

18、防风处理：
太阳能系统的角钢支架采用螺栓紧固或焊接方式连接在一起，集热器的支架采用角钢和屋面女儿墙连接或与其它可以固定的位置连接，应符合《钢结构设计规范》，可达到防风效果。