太陽能應(yīng)用技術(shù)研究

李娜

摘 要 近年來，太陽能開發(fā)利用規(guī)模快速擴(kuò)大，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級加快，成本顯著降低，已成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域。太陽能熱水系統(tǒng)利用清潔可再生的太陽能資源加熱熱水以滿足用戶的熱水需求，有利于實現(xiàn)建筑節(jié)能、減少污染氣體的排放，具有較好的節(jié)能和環(huán)保效益，因而得到越來越廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 太陽能熱水器 太陽能 太陽能光伏發(fā)電

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

太陽能熱水器是以太陽能作為能源進(jìn)行加熱的熱水器。是與燃?xì)鉄崴鳌㈦姛崴飨嗖⒘械娜鬅崴髦弧Ｌ柲軣崴髂馨烟柟饽苻D(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。

1太陽能熱水器的集熱器選擇

太陽能熱水器集熱器是指能大量吸收太陽能輻射能量，將其轉(zhuǎn)換為熱能，并通過介質(zhì)傳熱的裝置。太陽能集熱器是太陽能熱水系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件。根據(jù)集熱器的結(jié)構(gòu)以及熱量的吸收形式，目前市場上的太陽能集熱器主要分為真空管式集熱器、平板式集熱器以及熱管式真空管集熱器。

1.1平板式太陽能集熱器

平板型太陽能集熱器簡稱平板集熱器，它主要由吸熱板、透明蓋板、隔熱體和殼體等幾部分組成。平板型集熱器的運(yùn)行原理是：當(dāng)平板集熱器工作時，太陽光照在高穿透度的玻璃板蓋，并照射在吸熱板上，同時吸熱板吸收了太陽的輻射能，溫度升高，由于傳熱介質(zhì)緊貼吸熱板，因此傳熱介質(zhì)的溫度也隨著升高，傳熱介質(zhì)溫度的升高則實現(xiàn)了太陽能與熱能轉(zhuǎn)換，完成了平板集熱器的熱能輸出。當(dāng)溫度升高后，吸熱板會通過對流、傳導(dǎo)、輻射等幾種不同的方式向四周散熱，從而導(dǎo)致了集熱器部分熱量的損失。

1.2真空管太陽能集熱器

真空管式太陽能集熱器是前人在改進(jìn)平板型集熱器不足的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。平板型集熱器的玻璃蓋板與吸熱板之間的熱對流、傳導(dǎo)和輻射造成了極大的熱損失。如將吸熱材料與透明蓋板之間抽為真空，大大減少蓋板與吸熱體之間的熱對流、傳導(dǎo)和輻射。真空管式太陽能集熱器就是基于此產(chǎn)生的。真空管式集熱器主要由若干根真空集熱管組成。真空管整體類似于一根U形管，管子由兩層鋼化玻璃構(gòu)成，外層玻璃的投射率高、反射率低，內(nèi)存玻璃管的表層涂有吸熱材料，內(nèi)外兩層之間被抽為真空，U形管空間內(nèi)注入傳熱介質(zhì)，當(dāng)太陽輻射時，涂在內(nèi)層管表層的吸熱材料吸收輻射發(fā)熱，將熱量傳遞給傳熱介質(zhì)從而實現(xiàn)了太陽能和熱能的轉(zhuǎn)換，通過介質(zhì)實現(xiàn)了真空管式集熱器的熱量輸出。由于內(nèi)層管與外層玻璃之間被抽為真空后管子的熱傳導(dǎo)率低、對流小、輻射低，大大減小了熱損耗，增強(qiáng)了熱轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)真空管內(nèi)吸熱體材料的種類，真空管式集熱器可以分為：全玻璃式真空管集熱器和金屬吸熱體式的真空集熱管集熱器兩類，全玻璃真空管集熱器是指吸熱體附在內(nèi)存玻璃管上構(gòu)成的真空管式集熱器；金屬吸熱體真空管式集熱器是指吸熱體附在金屬材料上構(gòu)成的真空管式集熱器。

2太陽能采集技術(shù)

2.1太陽池

太陽池是一種人造的鹽水池，其池底為黑色，鹽水濃度隨池深而增加，能有效地抑制對流作用。這種鹽水池經(jīng)太陽直接輻射后，溫度逐漸上升，經(jīng)一定時間，池底溫度大大高于地面，有時可達(dá)90攝氏度以上。由此可見，太陽池既能集熱，又能儲熱，是一種成本低廉，具有很大競爭力的太陽能收集和儲存系統(tǒng)。從太陽能提取熱量的一種方法，是將換熱器放在池中溫度高的下層。但是，這不僅需要花費(fèi)初始安裝費(fèi)用，而且在連續(xù)抽吸中，傳熱液體也有損耗。一種較為簡單的方法是利用池中穩(wěn)定的密度分層，采用所謂“選擇性抽取”法。這是一種常用于大型水庫中控制水質(zhì)的技術(shù)利用這種方法，首先使上部隔離層所要求的穩(wěn)定的密度梯度得以修正和保持。其次發(fā)熱的下層可以被抽走，通過一個換熱器后再在低溫下返回池底。

2.2太陽灶

利用太陽灶將太陽輻射熱能傳給食物，增高溫度，并加以烹調(diào)，使食物產(chǎn)生化學(xué)變化而供食用，在廣大農(nóng)村，特別是燃料缺乏的地區(qū)，具有很大的現(xiàn)實意義。一般來說，太陽灶的結(jié)構(gòu)都很簡單，制造工藝要求不太高。太陽灶通常分為三種基本類型：第一種是聚光太陽灶，它是把太陽光直接反射集中照射到鍋上或食物上。反射聚光器有拋物線體和拋曲線面；第二種是箱式太陽灶，形狀像箱子，上面開個窗洞，窗洞對準(zhǔn)陽光，箱內(nèi)溫度靠不斷積累太陽能而升到蒸餾食物的程度；第三種是蒸汽太陽灶，它是利用平板形太陽能熱水器把水燒開產(chǎn)生蒸汽，然后利用蒸汽蒸熟食物。

3太陽能光伏發(fā)電原理

太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器是太陽能電池，又稱光伏電池。太陽能電池發(fā)電的原理是光生伏打效應(yīng)。當(dāng)太陽光（或其他光）照射到太陽能電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子-空穴對。在電池內(nèi)建電場的作用下，光伏電子和空穴被分離，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應(yīng)”。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就有“光生電流”流出，從而獲得功率輸出。這樣，太陽的光能就直接變成了可以使用的電能。太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的工作原理概括如下：第一，太陽能電池吸收一定數(shù)量的光子后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對，可稱之為“光生載流子”，兩者的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電；第二，電性相反的光生載流子被半導(dǎo)體P-N結(jié)所產(chǎn)生的靜電場分離開；第三，光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正、負(fù)兩極所收集，并在外電路中產(chǎn)生電流，從而獲得電能。

科技的快速發(fā)展，自然資源得到了充分的利用和開發(fā)，人人類發(fā)揮自己的聰明才智，充分利用太陽能這種重要的自然資源，建立起許多有利的建筑，來為我們?nèi)祟愖鲐暙I(xiàn)。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，隨著許多新興技術(shù)的崛起，太陽能利用一定會有更大的突破。

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