1、太阳能的热利用太阳能的热利用Solar Thermal Technology1背景之一背景之一国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年）中华人民共和国国务院2l十个重点领域十个重点领域第一是第一是能源能源l五大优先主题五大优先主题节能节能;煤煤;油气油气;新能源新能源;电网电网l可再生能源低成本规模化开发利用可再生能源低成本规模化开发利用 l重点研究开发大型风力发电设备；l沿海与陆地风电场和西部风能资源密集区建设技术与装备；l高性价比太阳光伏电池及利用技术；高性价比太阳光伏电池及利用技术；l太阳能热发电技术；太阳能热发电技术；l太阳能建筑一体化技术（光热及光伏）；太阳能建筑一体化技
2、术（光热及光伏）；l生物质能和地热能等开发利用技术。3背景之二背景之二可再生能源中长期发展规划（2007年9月）中华人民共和国国家发展和改革委员会4重点发展领域：重点发展领域：l太阳能太阳能1、太阳能发电太阳能发电 户用光伏发电系统；建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施；较大规模的太阳能光伏电站和太阳能热发电电站。2、太阳能热利用太阳能热利用 太阳能一体化建筑；太阳能集中供热水工程；太阳能采暖和制冷示范工程。水电水电、生物质能、生物质能、风电、风电、太阳能、其它可再生能源、太阳能、其它可再生能源5l太阳并不是一个一定温度的黑体，而是许多层不太阳并不是一个一定温度的黑体，而是许多层不同波长发
3、射和吸收的辐射体。但在应用太阳能系同波长发射和吸收的辐射体。但在应用太阳能系统时，通常把它看成是温度为统时，通常把它看成是温度为的的。太阳黑体辐射太阳黑体辐射6 Represents the entire electromagnetic radiation(visible light,infrared,ultraviolet,x-rays,and radio waves)7到达地球的太阳辐射能到达地球的太阳辐射能l地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不大，地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不大，到达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎是一个常量，到达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎是
4、一个常量，用用来表示。来表示。l太阳常数的数值是指在平均日地距离时，地球大气层上太阳常数的数值是指在平均日地距离时，地球大气层上界垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接受到界垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接受到的太阳能。近年来测得的太阳常数值的太阳能。近年来测得的太阳常数值AM0=1350W/m2，的变化造成的影响不超过的变化造成的影响不超过3.4%。lAM0，太空常用，太空常用，1350W/m2 lAM1.5，地面常用，地面常用，844W/m2 8 太阳辐射穿过地球大气层时的衰减太阳辐射穿过地球大气层时的衰减l太阳光谱中的太阳光谱中的及其它波长更短的辐射，因在电离层及其它波长更
5、短的辐射，因在电离层被氮、氧及其它大气分子强烈吸收而不能穿越大气到达被氮、氧及其它大气分子强烈吸收而不能穿越大气到达地表地表l大部分大部分被臭氧吸收被臭氧吸收能量减弱，主要是地球大气强烈散射引起的能量减弱，主要是地球大气强烈散射引起的能量减弱，主要是由于水汽对太阳辐射选择性能量减弱，主要是由于水汽对太阳辐射选择性吸收的结果吸收的结果，在大气上界本来就很低，加，在大气上界本来就很低，加上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能到达地面的能量就上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能到达地面的能量就更小更小 因此，到达地面的太阳能，只考虑因此，到达地面的太阳能，只考虑的辐的辐射就行了。射就行了。9Resource
6、Characteristics 地面附近太阳辐射光谱图地面附近太阳辐射光谱图10Solar resource 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布 11太阳能热利用的分类太阳能热利用的分类太阳利用系统(350以上)High temperature for electric power generation 太阳能利用系统(80350)Heating for industrial processes and“active”building solar heating(human comfort)太阳能利用系统(80以下)Low temperature for water heating and
7、passive building solar heating(human comport)12l太阳能热发电技术l太阳能供暖技术l太阳能热水系统l太阳能制冷技术l其它太阳能的热利用技术太阳能热利用的分类太阳能热利用的分类131 太阳能热发电技术太阳能热发电技术1.1 1.1 太阳能热发电的类型和特点太阳能热发电的类型和特点，利用反射镜或集热器将阳光聚集，利用反射镜或集热器将阳光聚集起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推动起来，加热水或其它介质，产生蒸汽或热气流以推动涡轮发电机发电；涡轮发电机发电；l利用利用的装置，将聚集的太阳光和的装置，将聚集的太阳光和热直接发电。例如温差发电、热离子发
8、电和磁流体发热直接发电。例如温差发电、热离子发电和磁流体发电等。电等。l目前太阳能热发电技术主要为目前太阳能热发电技术主要为。14太阳能高温利用示例太阳能高温利用示例集中热动力发电集中热动力发电 151.1 1.1 太阳能热发电的类型和特点太阳能热发电的类型和特点l太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效益，就必须提高益，就必须提高和和。l太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热能转变为功则受到限制。能转变为功则受到限制。和和阐述了热转换为功的条件和最大转换效率，提高热机阐述了热转换为功的条
9、件和最大转换效率，提高热机效率的主要途径是效率的主要途径是。161.2 太阳能热发电系统太阳能热发电系统17Power tower in Barstow,California 18Power tower in Barstow,California 19(1)(1)塔式电站塔式电站 Power Towers 塔式电站用一个塔式电站用一个。吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质(如水如水)加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮发电机组发电。发电机组发电。塔式电站的塔式电站的聚光倍数高聚光
10、倍数高(1000(10003000)3000)，其介质工作温，其介质工作温度通常大于度通常大于350350，因此通常被称为，因此通常被称为高温太阳能热发电高温太阳能热发电。塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。但塔式电站但塔式电站建设费用高建设费用高，其中反射镜的费用占，其中反射镜的费用占50%50%以以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到上。太阳能塔式电站的
11、总体效率可以达到20%20%。20 目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到目前世界上较大的太阳能塔式电站功率已达到10104 4kWkW，太阳能辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔，太阳能辐射通过多个反射镜聚集到放置在高塔顶的中心吸收器上。计算机控制顶的中心吸收器上。计算机控制，这保障了每，这保障了每块反射镜都能随时把太阳能反射到吸收器上，但这无疑块反射镜都能随时把太阳能反射到吸收器上，但这无疑。塔式电站的塔式电站的是太阳能电站是太阳能电站。例如，。例如，一个计划中的一个计划中的1MW1MW的塔式电站，要用的塔式电站，要用2.932.93万块反射镜，万块反射镜，单镜面积为单镜面积为30m30m
12、2 2。这些反射镜布置在。这些反射镜布置在3km3km2 2的场地上，塔的场地上，塔的高度为的高度为305m305m。21100m2定日镜定日镜heliostat2223Current heliostat prices$125 to$159 m-2 24(2)碟式电站碟式电站 Dish technology 采用碟状采用碟状(也称盘状也称盘状)抛物镜作集热器抛物镜作集热器。Small scale distributed applications 25Because they work best under direct sunlight,parabolic dishes must be ste
13、ered throughout the day in the direction of the sun.Shading and land use considerations 26碟式电站缺点系统复杂系统复杂l抛物镜抛物镜 如建立一个如建立一个100MW的碟状抛物镜集热器分散布置的太阳的碟状抛物镜集热器分散布置的太阳能电站，约需要能电站，约需要12万个直径为万个直径为6m的抛物镜的抛物镜。l高温接收器高温接收器l管路及绝热材料管路及绝热材料l跟踪控制系统跟踪控制系统27(3)槽式电站槽式电站 Parabolic Troughs l槽式电站与碟式电站相似，它把槽式电站与碟式电站相似，它把，使，使
14、载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸汽，再汇集至汽轮机。汽，再汇集至汽轮机。l如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传递给汽轮机回路中的工质。递给汽轮机回路中的工质。28槽式聚光器槽式聚光器Parabolic trough concentrator29槽式电站集热器示意图槽式电站集热器示意图One-axis tracking parabolic trough with axis oriented
15、east-west30Collectors in southern CA3132l塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为，聚光倍数高达，聚光倍数高达500500以上。以上。l但塔式电站的但塔式电站的跟踪代价高跟踪代价高，碟式电站的，碟式电站的能量集中代价能量集中代价大大，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。需时日。l槽式电站是槽式电站是，聚光倍数小于，聚光倍数小于100100。但槽式电站。但槽式电站跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸
16、收器，工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代价相对小，经济效益相对提高，所以目前价相对小，经济效益相对提高，所以目前。塔式、槽式和碟式三种电站技术比较：塔式、槽式和碟式三种电站技术比较：33(4)烟囱发电烟囱发电 Solar thermal chimney l太阳能烟囱发电系统由太阳能烟囱发电系统由、和和3 3个基本部分所构成个基本部分所构成l太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学的太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学的J.SchlaichJ.Schlaich 教授于教授于1978 1978 年提出年提出34太阳能热风发电技术原理简图太阳
17、能热风发电技术原理简图 35l太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上。集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系地上。集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统；集热棚中间离地面一定距离处安装烟囱，在烟囱底部统；集热棚中间离地面一定距离处安装烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳能辐射能，并加热土地和集热棚透过覆盖层的太阳能辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层覆盖层之间的空气使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着之间的空气使集热棚内
18、空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气空气循环流动循环流动。l由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电带动发电机发电。太阳能热风发电技术原理太阳能热风发电技术原理 36太阳能热风发电技术优点：太阳能热风发电技术优点：l太阳能几乎是取之不尽，用之不竭的清洁能源，太阳太阳能
19、几乎是取之不尽，用之不竭的清洁能源，太阳能热风发电对环境无污染；能热风发电对环境无污染；l太阳能热风电厂通过设置蓄热系统，可实现全天候运太阳能热风电厂通过设置蓄热系统，可实现全天候运行；行；l太阳能热风电厂设备简单，透平发电机组是唯一的运太阳能热风电厂设备简单，透平发电机组是唯一的运动部件，维护费用低；动部件，维护费用低；l不需冷却水、不产生二氧化碳气体，对缓解全球变暖不需冷却水、不产生二氧化碳气体，对缓解全球变暖有积极作用。有积极作用。371.3 太阳能集热吸收器太阳能集热吸收器l太阳能发电站与火力发电站之间的太阳能发电站与火力发电站之间的是是。l集热器的功用是有效的吸收太阳能而又不向外扩散
20、。集热器的功用是有效的吸收太阳能而又不向外扩散。l以槽式电站为例，集热器的主要类型有：真空管吸收器以槽式电站为例，集热器的主要类型有：真空管吸收器和腔体式吸收器。和腔体式吸收器。38真空管吸收器的结构图真空管吸收器的结构图(1)真空管式吸收器真空管式吸收器39真空管吸收器的优缺点真空管吸收器的优缺点是金属管与玻璃管之间不存在对流热损，是金属管与玻璃管之间不存在对流热损，玻璃管外径较小且透明，从而既减少了对阳光的遮影，也通玻璃管外径较小且透明，从而既减少了对阳光的遮影，也通过增大热阻降低了外表面的对流热损；有选择性涂层的金属过增大热阻降低了外表面的对流热损；有选择性涂层的金属管壁对阳光的吸收率很
21、高，但发射率却非常低。管壁对阳光的吸收率很高，但发射率却非常低。是由于玻璃和金属的热膨胀系数不同，是由于玻璃和金属的热膨胀系数不同，玻璃管与金属管之间存在温差，造成中温时玻璃管与金属管之间存在温差，造成中温时(略低于略低于350)350)真空封口处的玻璃容易脆裂，从而难以在室外环境下长期维真空封口处的玻璃容易脆裂，从而难以在室外环境下长期维持真空度；在中温时光学选择性涂层容易老化和脱落，难以持真空度；在中温时光学选择性涂层容易老化和脱落，难以长期维持大规模光学选择性吸收表面的热稳定性。长期维持大规模光学选择性吸收表面的热稳定性。40(2)腔体式吸收器腔体式吸收器 腔体式吸收器的结构为腔体式吸收
22、器的结构为一柱形腔体，外表面覆隔一柱形腔体，外表面覆隔热材料，由于腔体的黑体热材料，由于腔体的黑体效应，使其能充分吸收聚效应，使其能充分吸收聚焦后的阳光。腔体式吸收焦后的阳光。腔体式吸收器主要适用于长焦聚光器。器主要适用于长焦聚光器。图图2-42-4为腔体式吸收器集为腔体式吸收器集热器剖面图。热器剖面图。腔体式吸收器集热器剖面图腔体式吸收器集热器剖面图 41腔体式吸收器的优点腔体式吸收器的优点l吸热过程不是发生在最强聚焦区，而是在聚焦过后和发射时，吸热过程不是发生在最强聚焦区，而是在聚焦过后和发射时，并以较大的内表面积向工作流体传热，致使和真空管吸收器相并以较大的内表面积向工作流体传热，致使和
23、真空管吸收器相比具有较低的投射辐射能流密度；比具有较低的投射辐射能流密度；l腔体壁温较均匀，可减小与流体之间的温差，使开口的有效温腔体壁温较均匀，可减小与流体之间的温差，使开口的有效温度降低，从而最终使热损降低；度降低，从而最终使热损降低；l经优化设计的腔体式吸收器，热性能比真空管吸收器稳定，在经优化设计的腔体式吸收器，热性能比真空管吸收器稳定，在同样情况下，工作介质平均温度大于同样情况下，工作介质平均温度大于230230时，腔体式吸收器时，腔体式吸收器既不需要抽真空，也不需要涂光学选择性涂层，仅采用传统的既不需要抽真空，也不需要涂光学选择性涂层，仅采用传统的材料和制造工艺；材料和制造工艺；l
24、成本低和便于维护也是腔体式吸收器的特性。成本低和便于维护也是腔体式吸收器的特性。l腔体式吸收器的集热效率大于真空管吸收器，这使它成为槽形腔体式吸收器的集热效率大于真空管吸收器，这使它成为槽形抛物镜集热器的吸收器。腔体式吸收器的发展已受到重视抛物镜集热器的吸收器。腔体式吸收器的发展已受到重视。422 太阳能供暖技术太阳能供暖技术l太阳能采暖技术太阳能采暖技术，也称太阳，也称太阳房房(Solar House)。l现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新式太阳房现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新式太阳房具有具有、和和，可以节能，可以节能757590%90%。l太阳房具有良好的环境效益和经济效益，与
25、建筑设计太阳房具有良好的环境效益和经济效益，与建筑设计有机结合，日益成为太阳能利用的重要领域有机结合，日益成为太阳能利用的重要领域。432.1 被动式太阳房被动式太阳房 Passive Solar HouselThe simplest and most economical approachlNo fans,pumps,or active circulation of heat44Plastic Green House45Glass Green House4647（1）利用温室效应的被动式太阳房）利用温室效应的被动式太阳房l集热墙，排气孔集热墙，排气孔,通风孔通风孔，墙内的空气在被加热后会由于
26、冷，墙内的空气在被加热后会由于冷热空气密度不同而产生对流。由于热的空气上升，会源源热空气密度不同而产生对流。由于热的空气上升，会源源不断进入室内，而室内底层的冷空气则被集热墙吸收，形不断进入室内，而室内底层的冷空气则被集热墙吸收，形成循环对流后，室内的温度慢慢升高。成循环对流后，室内的温度慢慢升高。，关闭集热墙的通风孔，房屋的四壁和顶蓬，关闭集热墙的通风孔，房屋的四壁和顶蓬的保温性得到保障，室温可以保持。的保温性得到保障，室温可以保持。，将集热墙上部通向室内的通风孔关闭，再，将集热墙上部通向室内的通风孔关闭，再打开顶部的排气孔，如有地下室还可引入冷空气。这种集打开顶部的排气孔，如有地下室还可引
27、入冷空气。这种集热墙将起抽风作用，使室内的空气加速运动，达到降温的热墙将起抽风作用，使室内的空气加速运动，达到降温的目的。目的。48带集热墙式的被动式太阳房带集热墙式的被动式太阳房49被动式太阳房技术关键：被动式太阳房技术关键：l三层玻璃 被动式太阳房试图接收尽可能多的阳光，房子大多向南，被动式太阳房试图接收尽可能多的阳光，房子大多向南，窗户面积也尽可能地大，三层隔离窗的设计，是为了使室窗户面积也尽可能地大，三层隔离窗的设计，是为了使室内产生的热量不会向外流失。内产生的热量不会向外流失。l隔热装置 被动式房屋只有依靠高标准的隔热装置，才能储存各种热被动式房屋只有依靠高标准的隔热装置，才能储存各
28、种热量，成为出色的节能高手。量，成为出色的节能高手。l通风设备 被动式太阳房的核心是自动通风系统。从废气中抽取热量，被动式太阳房的核心是自动通风系统。从废气中抽取热量，再使用这个热量为吸入的新鲜空气加热。再使用这个热量为吸入的新鲜空气加热。50带热收集器式的被动式太阳房带热收集器式的被动式太阳房51(2)自然式被动太阳房自然式被动太阳房l这种太阳房南面墙采用这种太阳房南面墙采用大面积的落地窗，背面大面积的落地窗，背面则是较封闭的实墙。冬则是较封闭的实墙。冬天阳光通过落地窗直接天阳光通过落地窗直接进入宅内，提供热能。进入宅内，提供热能。l这种太阳房的阳台根据这种太阳房的阳台根据太阳高度角设计，夏
29、天太阳高度角设计，夏天阳光仅照到阳台而不进阳光仅照到阳台而不进室内，并且室内空气流室内，并且室内空气流通。通。自然被动式太阳房的结构示意图自然被动式太阳房的结构示意图52Solar path at 40 north latitude 5354冬季日照情况冬季日照情况太阳高度角低太阳高度角低55夏季日照情况夏季日照情况太阳高度角高太阳高度角高562.2 主动式太阳房主动式太阳房 Active Solar Housel主动式太阳房不是自然接受太阳能取暖，而是安装了主动式太阳房不是自然接受太阳能取暖，而是安装了一套系统来实现一套系统来实现。l它通常在建筑物上装设一套它通常在建筑物上装设一套，实现人类
30、主动的利用太阳能。，实现人类主动的利用太阳能。l主动式太阳房本身就是一个集热器，通过建筑设计把主动式太阳房本身就是一个集热器，通过建筑设计把隔热材料、遮光材料和储能材料有机地用于建筑物，隔热材料、遮光材料和储能材料有机地用于建筑物，实现房屋实现房屋。57空气空气-集热器热交换示意图集热器热交换示意图气流强制循环示意图气流强制循环示意图Active Solar House58主动式太阳房的主动式太阳房的集热器外形集热器外形59Active Solar Heating liquid collectors 60主动式太阳房的太阳能加热管线主动式太阳房的太阳能加热管线6162能源过剩型主动太阳房能源过
31、剩型主动太阳房Helitrope，“跟着太阳转跟着太阳转”633 太阳能制冷技术太阳能制冷技术l太阳能制冷技术与常规能源驱动的制冷装置原则上相似，太阳能制冷技术与常规能源驱动的制冷装置原则上相似，但太阳能属于低品位和低密度能源，要求太阳能制冷系统但太阳能属于低品位和低密度能源，要求太阳能制冷系统有独特的性能。有独特的性能。l太阳能制冷系统从原理上看有两类：太阳能制冷系统从原理上看有两类：直接以太阳辐射热能为驱动能源直接以太阳辐射热能为驱动能源，主要有吸收式制冷、，主要有吸收式制冷、吸附式制冷和喷射式制冷等。吸附式制冷和喷射式制冷等。以太阳能产生的机械能为驱动能源以太阳能产生的机械能为驱动能源，
32、主要有压缩式制冷、，主要有压缩式制冷、光电式制冷和热电制冷等。光电式制冷和热电制冷等。l目前常用的太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷系统、目前常用的太阳能制冷系统包括太阳能吸收式制冷系统、太阳能喷射式制冷系统、太阳能吸附式制冷和太阳能驱动太阳能喷射式制冷系统、太阳能吸附式制冷和太阳能驱动压缩式制冷系统等。压缩式制冷系统等。644 太阳能热水系统太阳能热水系统l太阳能热水系统主要讨论太阳能热水器。太阳能热水系统主要讨论太阳能热水器。l太阳能热水器是目前太阳能热利用技术领域商业化程度最太阳能热水器是目前太阳能热利用技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术。高、推广应用最普遍的技术。l太阳能热水
33、系统主要元件有三部分：集热器、蓄热器太阳能热水系统主要元件有三部分：集热器、蓄热器(储储能装置能装置)和循环管路及控制系统。和循环管路及控制系统。l按流体的流动方式可分为循环式、直流式和闷晒式系统；按流体的流动方式可分为循环式、直流式和闷晒式系统；按照形成水循环的动力，循环式又分为自然循环式和强制按照形成水循环的动力，循环式又分为自然循环式和强制循环式。循环式。65太阳能热水器太阳能热水器真空管式真空管式平板式平板式6667太阳能热水器太阳能热水器单体机单体机集中集热系统集中集热系统68太阳能集热器太阳能集热器l太阳能集热器是用来收集太阳能的装置，太阳能利用都离不开太阳能集热器是用来收集太阳能
34、的装置，太阳能利用都离不开集热装置。太阳能集热器有多种，根据不同功能主要讨论集热装置。太阳能集热器有多种，根据不同功能主要讨论平板平板式集热器、聚光式集热器和管式集热器式集热器、聚光式集热器和管式集热器。(1)(1)平板式集热器平板式集热器 平板式集热器吸收太阳辐射能的面积与其采光窗口的面积平板式集热器吸收太阳辐射能的面积与其采光窗口的面积基本相等，外形像一个平板。基本相等，外形像一个平板。平板式集热器结构简单，固定安装，不需要跟踪太阳，可平板式集热器结构简单，固定安装，不需要跟踪太阳，可采集太阳的直接辐射和漫射辐射，成本低。采集太阳的直接辐射和漫射辐射，成本低。69(1)(1)平板式集热器平
35、板式集热器l平板式集热器的基本结构主要由透明盖板、吸热体、保温材料平板式集热器的基本结构主要由透明盖板、吸热体、保温材料和壳体组成。和壳体组成。l透明盖板安放在吸热板的上方，它的作用是让太阳光辐射透过，透明盖板安放在吸热板的上方，它的作用是让太阳光辐射透过，减少热损失和减少环境对吸热体的破坏。减少热损失和减少环境对吸热体的破坏。平板式集热器结构图平板式集热器结构图70(1)(1)平板式集热器平板式集热器 吸热板材料吸热板材料 常采用普通钢、不锈钢、铝、铜和玻璃等。常采用普通钢、不锈钢、铝、铜和玻璃等。通常镀锌处通常镀锌处理，可以提高耐腐蚀性；理，可以提高耐腐蚀性；的导热系数比普通钢大，热效率也
36、的导热系数比普通钢大，热效率也高，为耐腐蚀起见往往有涂层；高，为耐腐蚀起见往往有涂层；的导热好、耐腐蚀、易加工，的导热好、耐腐蚀、易加工，但与普通钢、铝相比价格相对高。但与普通钢、铝相比价格相对高。作为作为是对太阳光的高吸收率和较低的红外发是对太阳光的高吸收率和较低的红外发射率、导热性好、耐腐蚀性好、力学性能好、加工性能好和价射率、导热性好、耐腐蚀性好、力学性能好、加工性能好和价格低廉。格低廉。有瓦楞式、极管式和扁盒式。有瓦楞式、极管式和扁盒式。71(1)(1)平板式集热器平板式集热器l透明盖板材料透明盖板材料 目前常用的透明盖板材料有目前常用的透明盖板材料有等。等。普通玻璃的透光率较高，红外
37、反射率低，抗老化能力强；钢化普通玻璃的透光率较高，红外反射率低，抗老化能力强；钢化玻璃有优秀的力学性能；透明塑料的透光率较高，但容易老化，玻璃有优秀的力学性能；透明塑料的透光率较高，但容易老化，目前仅用于内层盖板。目前仅用于内层盖板。普通玻璃、钢化玻璃和透明玻璃在用作盖板时，普通玻璃、钢化玻璃和透明玻璃在用作盖板时，。涂层材料往往。涂层材料往往都是都是SnOSnO2 2、TiOTiO2 2、Ag/TiOAg/TiO2 2、ZnS/Ag/ZnSZnS/Ag/ZnS等。涂层的制备方法有等。涂层的制备方法有气体沉积法、热喷涂法和化学热解法。气体沉积法、热喷涂法和化学热解法。72(1)(1)平板式集热
38、器平板式集热器 绝热材料绝热材料 在集热器的背面和侧面都装有绝缘材料，它可以在集热器的背面和侧面都装有绝缘材料，它可以减少热损失和减少热损失和提高热效率，同时增加集热器的强度提高热效率，同时增加集热器的强度。绝缘材料要求导热系数低，绝热性好，一般采用玻璃棉、矿渣绝缘材料要求导热系数低，绝热性好，一般采用玻璃棉、矿渣棉和蛭石等。棉和蛭石等。73(2)(2)全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管l全玻璃真空集热管的结构见图全玻璃真空集热管的结构见图2-182-18，它由两根同心的玻璃管组，它由两根同心的玻璃管组成，内外圆管之间抽真空。集热管内气体的压强小于成，内外圆管之间抽真空。集热管内气体的压强小于5
39、 51010-2-2 PaPa，在内管的外表面上沉积选择性吸收涂层，涂层通过吸热实，在内管的外表面上沉积选择性吸收涂层，涂层通过吸热实现加热内玻璃管的传热流体。现加热内玻璃管的传热流体。l全玻璃真空集热管上的玻璃主要是硼硅玻璃，外管表层制备反全玻璃真空集热管上的玻璃主要是硼硅玻璃，外管表层制备反射薄膜。射薄膜。图图2-18全玻璃真空集热管的结构图全玻璃真空集热管的结构图1-内玻璃管内玻璃管 2-太阳选择性吸收涂层太阳选择性吸收涂层 3-真空夹层真空夹层 4-罩玻璃管罩玻璃管 5-支承件支承件-弹簧卡子弹簧卡子 6-吸气剂吸气剂 7-吸气膜吸气膜74(3)(3)聚焦型集热器聚焦型集热器l利用光学
40、系统，反射式或折射式增加吸收表面的太阳能辐射的利用光学系统，反射式或折射式增加吸收表面的太阳能辐射的太阳能集热器称为聚焦式集热器。太阳能集热器称为聚焦式集热器。，提高了辐射热的吸收，同，提高了辐射热的吸收，同时也附加了聚焦器的散热损失和光子损失。时也附加了聚焦器的散热损失和光子损失。柱状抛物面聚焦器的圆柱形接收器示意图柱状抛物面聚焦器的圆柱形接收器示意图75(3)(3)聚焦型集热器聚焦型集热器l聚光镜只能聚焦直射光，所以聚光型集热器通常聚光镜只能聚焦直射光，所以聚光型集热器通常设设置跟踪装置置跟踪装置，目的是保持聚光镜的采光面与太阳直，目的是保持聚光镜的采光面与太阳直射相垂直。射相垂直。l提高
41、聚焦型集热器的热效率，必须使接收器具有提高聚焦型集热器的热效率，必须使接收器具有高高吸收率和低发射率吸收率和低发射率，解决的办法是在接受器表面制，解决的办法是在接受器表面制备选择性吸收涂层。备选择性吸收涂层。765 其它太阳能的热利用技术其它太阳能的热利用技术l太阳能热利用技术处于发展和创新的阶段，新技术、新方太阳能热利用技术处于发展和创新的阶段，新技术、新方法和新产品不断推出。法和新产品不断推出。l目前主要有太阳灶、太阳池、目前主要有太阳灶、太阳池、和太和太阳能海水淡化系统等。阳能海水淡化系统等。77高温太阳炉结构示意图高温太阳炉结构示意图太阳能高温炉原理示意图太阳能高温炉原理示意图5.1
42、太阳炉太阳炉785.1 太阳炉太阳炉l太阳炉由平面反光镜、凹面反光镜、控制系统和炉体组成。平面反光镜将阳光反射到凹面反射镜上，经聚光后形成光斑和高温。l太阳炉经两级聚光后，加热炉温可达2500，用于生产高纯和超纯钛酸铝、锆酸钙、钇铝石榴石和二氧化锆等。l由于热源来自太阳，没有燃料杂质，具有升温和降温快的特点，所以太阳炉是理想的高纯金属和特殊材料的熔炼装置。795.2 太阳能干燥器太阳能干燥器l主要有两种类型：高温聚焦型和低温空气集热器型。l高温聚焦型太阳能干燥器多采用抛物柱面聚光器，实现对太阳自动跟踪，设备运行复杂，待干燥物为易流动颗粒，它以动态处于聚焦面上，输送物料采用螺旋输送机或空气传输机。l低温空气集热器型太阳能干燥器的工作温度在4065，根据物料不同设计成不同的结构，目前有箱式、窑式、流动床和固定床等。80下次课内容：下次课内容：太阳能光电转换技术太阳能光电转换技术同学们再见！同学们再见！81
