太阳能热利用课程设计设计报告书.doc

太阳能应用技术课程设计报告书 题 目： 太阳能应用技术的初步认识与实践 学 院： 光电信息学院 专 业： 一专业,四专业 班 级： 2012059120,2012059170 姓 名： 陆连海,罗智鹏,吕中豪 学 号： 2012059120010,2012059170013,2012059170012 2015年 4 月 26 日 引言太阳能，是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。本次学习实践，意在通过对太阳能及其应用的学习了解，对太阳能应用技术有初步的了解，并重点了解太阳能与热能之间的转换原理、过程。1学习目的.1.1学习目的1.1. 1 了解单体太阳能热水器的构成部件，掌握几种常见全玻璃真空管的规格和主要参数，简易识别真空管镀膜质量、膜层成分、真空度的方法；了解储热水箱的基本结构、类型，熟悉电加热、排气阀、传感器、电磁阀、控制仪表等器件的主要技术参数、功能和基本用途。1.12 掌握常用太阳能热水系统的基本构成：集热器阵列、循环系统、控制部分； 熟悉常用太阳能热水系统的集热器阵列排布方式：串联、并联、串并联；掌握常用太阳能热水系统的强制循环控制方式：定温控制、温差控制、光电控制、定时控制。1.1.3 认知单晶、多晶、非晶、薄膜电池，了解太阳能离网系统构成，设计小型太阳能离网系统，并按电路图进行连接，调试直至正常工作。2.基本内容2.1.太阳能电池及系统 2.1.1 太阳电池种类: 单晶硅单个晶体，黑色或蓝色，46英寸，效率最高1620；多晶硅多个晶体，蓝色，48英寸，效率较高1518；非晶体硅黑色，内联直接形成组件，效率较低58；薄膜电池：CIS黑色，内联直接形成组件，效率较高912。2.1.2、简单太阳能光伏系统2.1.2.1直流供电系统2.1.2.2直流-交流供电系统2.2单体太阳能热水器的构成 单体太阳能热水器构成：真空管、水箱、电加热、控制器、电磁阀、排气管、溢流管、上下水管、调节阀、淋浴喷头等。2.2.1 真空管全玻璃真空集热管是由内玻璃管、外玻璃管、选择性吸收涂层、弹簧支架、消气剂等部件组成，其形状犹如一只拉长的暖水瓶胆，如图所示。全玻璃真空集热管种类按外管直径分：/、等；按长度分：800 mm、1200 mm、l500 mm、l600 mm、1800 mm、2100 mm等。2.2.2 水箱按其结构，可分为承压水箱、非承压水箱二种承压式太阳能热水器：目前，无论是哪一种分体式热水器，都有一个致命的缺点，必须使用承压式水箱，这是所有分体式热水器的基本思路，这就直接考验你的集热部分的密封性能；还有制造承压水箱成本极高，也存在安全性问题，一般要求耐压7个大气；而且循环效果不是很理想。虽然解决了水的循环问题和使用水时的方便性。非承压式太阳能热水器：目前装在屋顶的普通太阳能热水器都是属于非承压式热水器，它的水箱有一根管子与大气相通，是利用屋顶和家里的高度落差，使用水时产生压力。其安全性，成本，使用寿命都比比承压式要显著得多。2.2.3 测控系统主要功能：自动上水、水温水位显示，时间显示。控制电加热、增压泵、伴热带、排空阀、循环泵等。一般设有安全防护：防跑水、防起火、防裂管、防漏电、防干烧、感应断电。2.3太阳能热水系统太阳能热水系统的基本构成：集热器阵列、循环系统、控制部分2.3.1集热器阵列太阳集热模块是太阳能热水系统中的集热部件，也是太阳能热水系统的核心部件，其性能优劣直接影响到太阳能热水系统的性能。2.3.2循环系统(1)自然循环系统，依靠集热器和贮水箱中水的温差，形成系统的热虹吸压头，使水在系统中循环；与此同时，将集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在贮水箱内。（a）有补水箱 （b）无补水箱 (2)强制循环系统强制循环太阳能热水系统是在集热器和贮水箱之间管路上设置水泵，作为系统中水的循环动力；与此同时，集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在贮水箱内。系统运行过程中，循环泵的启动和关闭必须要有控制，否则既浪费电能又损失热能。通常有温差控制和光电控制两种控制方法，其中温差控制较为普及，有时还同时应用温差控制和光电控制两种。温差控制是利用集热器出口处水温和贮水箱底部水温之间的温差来控制循环泵的运行，如图所。温差控制的强制循环系统（直接系统）示意图(3)直流式太阳能热水系统直流式太阳能热水系统是使水一次通过集热器加热后便进入贮水箱或用水点的非循环热水系统。2.3.3系统控制太阳能热水系统的运行分自然循环和强制循环两种方式。自然循环利用集热器加热后不同温度的水的密度差（热虹吸压头）为动力循环。强制循环利用水泵和自来水压力实现系统工质循环。控制方式主要有定温控制、温差控制、光电控制、定时控制四种。（1）定温控制定温控制是以系统特征温度（一般是集热器出口处温度）作为控制信号控制系统水泵或控制阀门实现系统自动运行。系统原理如图所示。运行原理：设定控制器出水温度（根据用户需要设定，一般设定为50）。在太阳光照条件下，太阳能集热器出水温度达到设定值时，控制器发出信号，打开电磁阀，冷水把已经达到设定温度的热水顶入储热水箱并储存起来；当集热器内水温低于设定值时，控制器开始动作使电磁阀自动关闭。如此不断循环使储热水箱内的热水不断增多，当储热水箱内的水位达到最大水位时，系统关闭，停止进水。定温控制系统原理图（2）温差控制温差控制是比较集热器特征温度（一般是集热器出口处温度）和水箱特征温度（贮水箱底部水温）作为控制信号控制系统水泵实系统自动运行。系统原理如图3-9所示。运行原理：当集热器出口端与水箱中的温差大于设定温度时（通常设定为510），控制器发出信号，循环泵开启系统进行循环；当温差小于设定值时（通常设定为25），循环泵停止运行。如此不断循环，使贮水箱水温不断提高。温差控制系统原理图（3）光电控制一般利用光敏元件，根据太阳辐照强度控制水泵启停，太阳辐照强时系统强制循环运行，辐照低时系统停止运行。定时控制通过设定时间控制系统运行，在阴雨天效果差，但需要跟踪太阳的聚焦型太阳能系统一般采用该控制方式。由于这两种控制方式效果差，系统集热效率低，应用范围较小。定温控制和温差控制是强制循环的太阳能热水系统中最常采用的控制方式，是利用温度和温差作为驱动信号控制系统阀门的启闭和水泵的启停，实现系统的自动运行。（4）定温控制+温差循环系统系统运行根据贮水箱的水量和温度分阶段执行定温控制和温差控制，保证贮水箱水温满足用户要求，实现全天候供水，并保证系统高效运行。系统原理如图所示。运行原理：采用定温放水，使进入水箱内的水保持在设定温度值。当水箱内的水温低于供水温度时，采用温差循环控制系统，关闭电磁阀，开启水泵，水箱和集热器构成循环进行加热，从而保持水箱内的水温满足供水温度要求，实现全天候供热水。但水箱达到最大水位时，电磁阀关闭，停止进水，开启水泵，水箱和集热器构成循环继续给贮水箱中水加热。太阳辐照不足时，根据时间和贮水箱的水温进行补水，并启动辅助热源。温差控制+分区上水系统原理图（5）防冻控制在冬季最低温度低于0地区，安装太阳能热