太陽能熱利用技術現狀和建議

劉 亮溫 彥孫玉杰張曉英

（1.山東科技大學機電學院，山東 青島 266590；2.山東科技大學信息學院，山東 青島 266590；3.中國海洋大學法政學院，山東 青島 266100）

太陽能熱利用技術現狀和建議

劉 亮1溫 彥2孫玉杰1張曉英3

（1.山東科技大學機電學院，山東 青島 266590；2.山東科技大學信息學院，山東 青島 266590；3.中國海洋大學法政學院，山東 青島 266100）

摘 要：我國熱水器和光伏發電技術較成熟，然而太陽灶、烤爐和太陽能水杯存在技術上的不足，無法滿足消費者的理想需求，因此，需要通過科技創新解決當前矛盾，促進太陽能熱利用新產品的開發，積極開拓太陽能新產品市場，達到節能減排的效果，緩解資源約束趨緊和生態系統惡化的嚴峻形勢，建設和諧美麗中國。

關鍵詞：太陽灶；太陽能烤爐；太陽能水杯；技術現狀

面臨資源緊缺現狀，而我國太陽能資源蘊藏豐富，發展太陽能產業具有良好前景。目前，太陽能光伏發電和熱水系統兩項技術較成熟，但隨著人們環保思想的提高，太陽能熱利用產品備受人們親睞，但技術處于初級階段，因此近年來太陽能新產品未能得到廣泛應用。

一、太陽灶現狀

太陽灶在甘肅等地推廣較快，具有經濟、社會、生態效益的特點。太陽灶一般通過旋轉拋物面將太陽輻射能轉換成熱能，以滿足炊事要求，它分為正軸、偏軸。當太陽高度角較小時，正軸灶有相應部分反射光線不能匯聚到鍋底，功率較差，尤其冬季時，光強度低和溫度低，效率更低。相比而言偏軸灶效率更高一些，采用“三圓作圖法”對采光面積進行了優化。太陽灶雖然有低碳、低價、節能、環保、實用等優點，但在我國尚未推廣，主要原因有以下幾點。

①模具成本高。多年來灶體材料多次更新換代，直到今天，利用模具沖壓而成的鋼板灶體，雖然精度、強度和剛度好，但模具開發成本約10萬元，并且維修成本高、周期長。另外許多廠家為降低成本，而直接調用衛星天線模具，這無疑對太陽灶效率有一定影響。

②操作麻煩。太陽高度角和方位角是時刻變化著，采光面要進行跟蹤，考慮到一般用在農村，成本必須低，一般采用手動跟蹤方式。例如在燒水時，調節灶體采光面角度，讓光斑照射到鍋底，正午效率高，其他時間相差懸殊，一般只能作燒水功能使用，炒菜很難，尤其到冬天時，散熱速率快，在不加保溫設施情況下，水甚至燒不開。為了快速燒水，使用者需多次反復地調節采光面。

③效率低，功能單一。現在的反光材料一般采用鍍鋁薄膜，反射率達到86%，使用年限一般為2年，鏡子反射率高但易碎。太陽灶采光面直徑一般為1.5米，若增加采光面積尺寸，功率會提高，但所占的空間也增大，必須將反光面折疊這一因素考慮進去。

④組裝麻煩，無法折疊。考慮到裝箱運輸問題，企業生產的太陽灶一般是由六塊大致相同的部分堆疊而成，由于每塊是曲面的，體積大，在長方體紙箱里沒有有效利用空間。用戶購買后，一般自行組裝需要30分鐘。使用者炊事完畢后，灶體的反光面無法折疊，占地空間大，給用戶帶來了不便。

二、太陽能烤爐現狀

近年來，隨著國家大力支持新能源產品的開發，開發出太陽能烤爐，它是采用槽式聚光器將太陽光輻射能量聚集到集熱管，將光能轉化為熱能，對食物加熱。目前我國主要有兩個廠家銷售此類產品，一個是皇明集團的太陽手提式微廚烤炫灶，另一個是凌鼎集團設計的太陽能烤爐。通過調查，了解到有以下方面的不足。

①穩定性差、效率較低。當太陽高度角很低時，皇明烤炫灶采光面與水平面的仰角角度大，反光面和集熱管（包括需要加熱的食物）重心在支架外，穩定性差，存在一定結構上的缺陷。皇明烤炫灶是南北放置，凌鼎烤爐是東西放置，無論哪種放置方式，反光面的調節角度不是任意的，無法保證太陽光線與主光軸平行，不能有效的利用太陽光的輻射能。一年四季使用效率懸殊，尤其冬天很長時間才能將食物烤熟。

②功能較單一、油污難以清理。凌鼎烤爐僅可以燒烤地瓜、肉串等固體食物，無法完成對流體類的加熱；皇明烤炫灶功能較強大，無法完成蒸飯、炒菜等功能。使用過程中，需要加熱的食物一般直接在集熱管里進行的，無法有效的排出油污，集熱管里的污染物難以清理。

③安全系數低、占地空間大。夏季光照輻射強度高，集熱管易不均勻受熱，很容易炸管，必須加防護措施，保護使用者的安全。皇明烤炫灶完成了反光板的折疊，外觀像行李箱；凌鼎烤爐完成了支架折疊。兩個廠家的產品均占地空間大，無法攜帶，無法滿足旅游方面的需求。

三、太陽能水杯現狀

我國旅游資源豐富，近年來無論城市還是農村生活水平逐步提高，人們對室外旅游提出了更高的要求，太陽能水杯備受人們親睞，一般分為聚光式和非聚光式。需要改進的地方有以下幾點。

熱效率低，杯中水對流速率慢，傳熱效率低；安全性能低，當太陽光對杯中水加熱時，水壓很高，水很難沸騰，且易炸毀杯子；外殼易變形，當杯子在太陽光下加熱時，反射面聚到的光未能完全被水吸收，而是散射到外殼，塑料外殼很容易受熱變形老化，尤其是天氣好的夏天。

四、太陽能熱利用新產品建議及發展趨勢

面臨能源短缺，國家會大力支持新能源方面的研發，相關企業應充分抓好這個機會，積極努力開發出太陽能新產品，例如太陽能炊具、太陽能玩具等，為我國太陽能事業做出貢獻。基于上述產品的不足，各廠家要積極地同國際展會中的技術和銷售人員探討，積極開拓太陽能新產品市場，達到節能減排的效果，建設和諧美麗中國。總之，未來熱利用產品的發展趨勢是占地空間小、重量輕、便于攜帶、安全、穩定性高、效率高、多功能等，以滿足人們家用甚至戶外旅游的需求。

參考文獻

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