第3节　太阳能

,太阳能的利用,光热转化,定义通过反射、吸收或其他方式把太阳辐射能，转换集中起来成足够高温度的过程，以有效地满足不同负载的要求。利用早期的太阳能应用是讲水加热，现在全世界有数百万个太阳能热水装置。太阳能热水系统主要包括收集器、热存储装置及循环管路三部分。,太阳能作冬天采暖之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若要节省化石能源的消耗，可设法利用太阳能。大多数太阳能暖房使用热水系统，也有使用热空气系统的。太阳能暖房系统由太阳能收集器、热存储装置、辅助能源系统及室内暖房风扇系统组成。太阳辐射热经过收集器的工作流体储存，然后向房间供热。,定义与利用,用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质。实现了把太阳能转化为内能。,转化形式,光热装置,光热装置是通过特定的聚光装置，将太阳能转换成热能，从而将接收器中的介质(液体或气体)加热到较高温度，然后将加热介质直接加以利用，或者用于驱动其他装置产生诸如电能、机械能等形式的能量。,太阳能必须经过各种转换才能方便利用，其中的关键技术是太阳能转换技术。现代意义上的太阳能转换技术开发的全部内容可归纳为两个主要方面:(1)高效地收集太阳能，主要技术内容有:选择性表面技术，受光面的光学设计，集热体的热结构设计与分析，装置的机械结构设计;(2)将收集的太阳能高效地转换为其他形式的有用能，主要技术内容有:尽可能降低能量转换过程中的各种热、电损失，优异的系统设计。太阳能的转换和利用主要有三种方式:光热转换、光电转换和光化学转换。太阳能光热转换在太阳能工程中占有重要地位。光热装置的基本工作过程是通过特制的太阳能采光面，将投射到该面上的太阳辐射能作最大限度地采集和吸收，并转换为热能，进而加热水或空气，为各种生产过程或人们生活提供所需的热能。如何增加太阳能光热装置的热能撷取效率，提升加热速度、光热温度与使用效能是关键。,光热转换技术,太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。,太阳能集热器,热水,冷水,水箱,集热器,太阳光,集热器的原理,反射式太阳灶,反射式简易太阳灶的主要结构：聚光器，由钢筋混凝土制成。其下部带有调焦杆的旋转支架，其边缘固定一个带有穿钉的操纵杆。通过将穿钉插入调焦杆上位置不同的小孔来调节聚光器仰角，通过旋转支架调节聚光器方位。在反射面焦点处设置一个有斜齿形可动挂钩的圆盘形或桶形装置，不管如何调节可永保加热容器竖直向下。这种新型结构简单、调节方便、成本低无污染且节约能源。,太阳能新式住宅,2015年，挪威“零排放建筑研究中心”和斯内赫塔建筑事务所联合推出的太阳能新式住宅。房顶覆盖150平方米的太阳能板，与水平面呈19度角倾斜，朝向东南，确保充分吸收阳光，再加上太阳能热水器，这套房一年能发电2.32万千瓦时，而房子本身一年用电7272千瓦时，这已经包括了游泳池和桑拿房加热用电。多出来的电量完全可以供养一部电动车。除发电功能强大外，房子还有专门设计的窗户和天井来加强采光，雨水收集设备以提供厕所用水和灌溉用水，每间房配备传感器以判断是否需要启动照明和采暖。这套太阳能新式住宅还带一个回收木料建成的室外用餐区，还有一个小菜园，让住户既减少开支又能享田园之乐。,太阳能温室,太阳能温室就是利用太阳的能量，来提高塑料大棚内或玻璃房内的室内温度，以满足植物生长对温度的要求，所以人们往往把它称之为人工暖房。温室内温度升高后所发射的长波辐射能阻挡热量，很少有热量透过玻璃或塑料薄膜散失到外界；没有太阳辐射时，温室仍然会向外界散发热量，这时温室处于降温状态，为了减少散热，故夜间要在温室外部加盖保温层。若温室内有储热装置，晚间可以将白天储存的热量释放出来，以确保温室夜间的最低湿度。,太阳能热水器,太阳能热水器是利用太阳光光将水温加热的装置。太阳能热水器分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。,真空管工作原理图：,一、吸热过程太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。,而平板式热水器，一般为分体式热水器，介质在集热板内因热虹吸自然循环，将太阳辐射在集热板的热量及时传送到水箱内，水箱内通过热交换（夹套或盘管）将热量传送给冷水。介质也可通过泵循环实现热量传递。,二、循环管路家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力。真空管式太阳能热水器为直插式结构，热水通过重力作用提供动力。平板式太阳能热水器通过自来水的压力（称为顶水）提供动力。而太阳能集中供热系统均采用泵循环。由于太阳能热水器集热面积不大，考虑到热能损失，一般不采用管道循环。,三、顶水式使用过程平板式太阳能热水器为顶水方式工作，真空管太阳能热水器也可实行顶水工作的方式，水箱内可以采用夹套或盘管方式。顶水工作的优点是供水压力为自来水压力，比自然重力式