太阳能利用技术

太阳能利用技术

太阳能利用课程讲义

第一章:太阳能的基本知识

太阳的内部构造:

太阳外部有“外三层”，依次为光球层、色球层和日冕层。太阳能利用的特点

优点:普遍性、洁净性、数量大、长久性。

局限:不稳定、强度弱、不连续。

我国的太阳能资源分布:由西向东，逐渐减少。

太阳能的利用方式有:

光能?化学能、光能?热能、光能?电能、光能?生物质能第二章太阳能集热器太阳能集热器定义:吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置太阳能集热器的分类

, 按集热器的传热工质类型分:液体集热器、空气集热器 , 按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分:聚光型集热器、非聚光型集热器 , 按集热器是否跟踪太阳分为:跟踪集热器、非跟踪集热器 , 按集热器内是否有真空空间分为:平板型集热器、真空管集热器 , 按集热器的工作温度范围分为:低温集热器、中温集热器、高温集热器平板型太阳能集热器

, 定义:太阳能热利用系统中，接收太阳辐射并向其传热工质传递热量的非聚光型部件。其中吸热体结构基本为平板形状。

1、平板型太阳能集热器组成

, 主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。 2、平板式集热器特点

, 平板集热器结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强、吸

热面积大等特点，最有利于实现太阳能系统与建筑结合;

, 采用回流排空技术，平板集热器太阳能系统可以方便地解决防冻和防

过热等技术难点;

, 高效平板集热器太阳能系统在同等面积前提下与真空管太阳能系统

相比，可以提供更多生活热水;

3、平板型太阳能集热器的工作原理

, 基本能量平衡方程

, 在单位时间内，集热器吸收的太阳辐射能等于同一时间内集热器损失

的能量、集热器输出的有用的能量和集热器本身热容变化量之和。

, 能量平衡关系数学方程

, 真空管型太阳能集热器

定义:真空管集热器是将单根真空管装配在复合抛物面反射镜的底面，兼有平板和固定式聚光的特点，它能吸收太阳光的直射和80%的散射。真空管型太阳能集热器特点

, 热管式太阳能集热器热管的热容极小，在多云间晴的低日照条件下能

迅速起动，有效收集热量。所以即使对于日照条件不太高的地区也可

有效使用，应用地域很广;

, 由于被加热的工质不直接流入真空管内，所以系统管路可承受较高工

作压力(?6kg/cm2)，承压能力很强;

, 热管式太阳能集热器采用热管传热技术，集热管内无水，不会因高寒地区气温过低而冻破集热管，从而影响使用，而且因管中无水，若一

支热管破损，不会影响整机工作。

, 热管式传热方式使系统即便在-50?的气温条件下仍能正常运行，而且具有抗直径25mm以下冰雹冲击的能力;集热器为单元式结构，便于

搬运、安装。当系统中某根真空管需要维修时，可在不妨碍系统运行

的情况下进行更换，安装维修很方便。

, 另外水压高，冷凝端换热，特别适用集体系统的应用;热效率高，闷晒温度达250 ?，工作温度为70-120 ?。由热管式真空管构成的太

阳能集热器具有热效率高和工作温度高的优点

, 不仅可以用于太阳能热水，还可用于公用热水、太阳能采暖、太阳能空调、热泵系统、海水淡化、医用杀菌，等诸多领域。

, 与传统集热器比较，具有以下优点:

, (1)用热管传输热量，可避免普通集热器存在的集热管冬天晚间结冰问题。

, (2)由于重力辅助热管的“热二极管”的作用，热量只能从吸热板向换热器输送，能防止晚上或阴天时的倒流散热。

, (3)热容小，启动性能好。

, (4)热管式真空管集热器兼有平板型与玻璃真空管平板型集热器的优点

, 2.4.3 真空管型太阳能集热器的数学模型

, 假设条件

, (1)忽略真空管内空气对流和传导热损失;

, (2)真空管玻璃外壳与周围环境的传热系数为常数; , (3)真空管总热损系数UL在一定温度范围内为常数;

, (4)忽略热管管壁、导热块和集管管壁的传导热阻;

, (5)忽略吸热板与热管蒸发段之间以及导热块与热管冷凝段、集管

之间的接触热阻;

, (6)热管内传热介质蒸汽的湿度均匀一致。

, 根据能量守恒定律，单位时间内集热器得到的有用能量等于集热器吸收的太阳辐射能量减去集热器向周围环境散失的能量，即

, (2-1) QSQ,,ul

, 式中S—单位时间内太阳辐射总量，Qu—单位时间内集热器得到的有

用能量，QL—单位时间内集热器热损失量，W

, 将S和QL的数学表达式代入式(2-1)可得

QAIAUTT,,,,,()，，uppLpa, (2-2) e

, 集热器效率可定义为集热器得到的有用功率与投射到集热器上的太阳辐射功率之比，即 Qu,,AIs, (2-3)

, 将式(2-2)代入式(2-3)，得到热管式真空管集热器的瞬时效率方程

ATT,，，ppa(2-4) ,,,,,U，，L,,eAI，，s

, 真空管集热器的总热损失系数UL是真空管热损失系数Ut和保温盒热损失系数Ub之和。

UUU,，, (2-5) Ltb

, 效率因子F’

, 在某些情况下，热管式真空管集热器的瞬时效率方程需用热管温度

A,,TT,，，phaTh表示 ,,,',,FU，，,,Le,,AI，，s,,

, F’的物理意义是:集热器实际的有用能与假想吸热板温度为热管温度

时有用能量之比。

12, F’的表达式: tanh2mWD,，，，，U,,，，LF,,m,, mWD,2,,，，,,

, 式中: W—吸收板宽度，m;D—热管蒸发段外径，m

λ—吸热板导热系数，W/m.?;δ—吸热板厚度，m

, 热转移因子FR

, 如果用集管工质进口温度Ti表示热管式真空管集热器的瞬时效率方

A,,TT,，，pia程，则有 ,,,,,FU，，,,RLe,,AI，，s,,

, 式中Ti—集管工质进口温度，?

, FR其物理意义是集热器实际的有用能与假想吸热板温度为工质进口

温度时的有用能之比。

, 为了推导FR，在忽略热管管壁、导热块和集管管壁的传导热阻以及它

们之间接触热阻的前提下，可以认为沿集管流动的工质是处于等壁温

Th加热状态之下。

第三章太阳能热水器

, 基本结构

, 由太阳能集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。 , 工作原理

, 是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水

储存。