全玻璃真空管太阳能集热器All Glass Evacuated collector Tubes

全玻璃真空管太阳能集热器AllGlassEvacuatedcollectorTubes,讲解人：王玉超,一、真空管的原理和结构：,原理：真空管是太阳能热水器的核心，他的结构如同一个拉长的暖瓶胆，内外层之间为真空。在内玻璃管的表面上利用特种工艺涂有光谱选择性吸收涂层，用来最大限度的吸收太阳辐射能。经阳光照射，光子撞击涂层，太阳能转化成热能，水从涂层外吸热，水温升高，密度减小，热水向上运动，而比重大的冷水下降。由于两层玻璃之间真空状态、高效的吸收膜和反射膜的存在，致使玻璃真空管的吸热效率可达93以上，自身保温效果极佳，空晒温度可达280以上。,全玻璃真空管的结构示意图：全玻璃真空管的结构：由外玻璃管、内玻璃管、选择性吸收涂层、弹簧支架、消气剂等部件组成，其形状如一只细长的暖水瓶胆。,1.外玻璃管2.内玻璃管3.选择性吸收涂层4.真空5.弹簧支架6.消气剂7.保护帽,二、真空管式太阳能热水器的推广,太阳能玻璃真空管是中国人在新能源探索与实践中的骄傲。它成就了中国若干个新能源企业，知名的如皇明、太阳雨、天普、力诺瑞特、桑乐等，也为提升我国的国际形象和国际地位增加了浓墨重彩的一笔。仅皇明一家年总推广面积就达200万平方米，累积推广面积达1500万平方米，节能折合标准煤大于3000多万吨，减少相应污染物排放大于2500万吨，按使用寿命15年计算，节约的能源比一个中原油田产的油还多。我们只用了十年时间就建立起了世界太阳能产业大规模生产的工业体系，走完了西方发达国家需要30年甚至60年才能走完的工业化之路。所有这些的成功，我们不得不感谢太阳能玻璃真空管的诞生。,三、真空管式太阳能热水器流行的原因：,太阳能玻璃真空管，大于93的吸热效率，低于6热损失，以十几元的成本，换来的却是在其整个生命周期内约900kwh的热能（寿命15年计），若用电直接产生1kwh热能的约需0.6元钱的话，这根真空管可带来约540元的收益。简单的计算就可以清楚的说明太阳能玻璃真空管的技术商业价值，在太阳能应用领域，及至扩大到整个新能源领域，它的生命力与扩张性是无法阻挡的。整体式太阳能玻璃真空管式太阳能热水器结构简单，对水质、水压要求低，对电力没有依赖性，预贮存一箱水，太阳升起，真空管把真空管内水加热，被加热的水在热对流的作用下，使水箱水加热，热水靠重力的作用流下来使用。,四、太阳能真空玻璃管普遍推广的瓶颈在于：,1、太阳能真空玻璃管式太阳能热水器必须实现安全、舒适、性价比高的承压热水系统。只有安全、舒适、高性价比的热水系统才是打动消费者的主牌，节能、环保将是它打动消费者的一手好的副牌。2、当前的真空玻璃管式太阳能热水系统大多还存在可能的“过热”、较高的成本、系统的复杂等问题。,五、太阳能过热问题：,真空玻璃管吸热率高、散热率低，致使其自身温度可高达280以上。太阳能热水器最大不同于电热水器或燃气热水器的地方：优点是太阳能热水器利用的能源是清洁的、免费的；缺点为太阳能具有不连续性和不可控性，你需要时它可能没有，你不需要时，它可能给你很多。只要太阳升起，太阳能真空管就会自动收集热量，但这些热量如果你没有及时用掉（也许是因你离家旅游、也许是因你换房空置等），这些热量若没有办法及时的散失掉，热量就会累积，温度就会上升。如果温度上升超过100度，非承压的太阳能热水器就会“开锅”，产生水蒸汽排掉散热；承压系统的水压就会随温度升高而逐渐增大，常规的承压系统一般通过排水泄压降温散热。但系统因各种原因没有了水的存在（比如因系统泄漏，比如我们离家时为了家里水系统的安全而关闭了水阀等），真空管式太阳能热水器温度会升高至系统无法承受的状态而至使系统损坏，尤其是承压分体系统，系统也可能因控制、传感器、循环泵等故障而不能及时把热量传入水箱，集热器部分温度会短时间内就可升至系统无法承受的程度。,六、让人讨厌的太阳能热水器“水箱”：,在太阳能热水应用领域，我们很难离开水箱，当前的太阳能热水系统，绝大多数是以水箱做为太阳能热的主要贮存地，没有水箱就无法贮存热量，就构不成太阳能热水器，但“水箱”的确给我们带来相当多的麻烦。水箱给我带来太阳能系统安装的烦恼：A因水箱不可以在立面墙上安装，故整体式太阳能热水器只能安装于屋顶，应用范围受到限制；B安装在屋顶的水箱对屋顶是一个潜在的隐患，这一点在台风到来时，尤为突出，水箱具有较大的迎风面，容易赞成屋面的损毁；C安装于室外的水箱冬季散热较大，热效率较低，有的配有电热的太阳能热水器在冬季的耗电甚至比电热水器好高。,D分体式太阳能热水器的水箱可以放入室内，但因太阳能集热器只能放在室外，集热器收集的热量需要向水箱内转移。一种方式靠自然循环的方式，但这种方式，要求水箱只能处于高处位置，系统的应用受到很大的限制；另一种是依靠强制循环的方式，但这方式造成系统复杂、成本高、故障率高。E水箱本身是一个很大的成本支出，水箱优劣直接决定太阳能热水系统的寿命。搪瓷水箱容易爆瓷、不锈钢水箱容易被腐蚀、铜水箱太贵。F水箱占地，房价上涨的今天，水箱的占地的确让城市生活又崇尚环保的我们很纠结。G水箱内存水，水一直处于温吞状态，水质不新鲜。,七、怎样去掉“水箱”：,当前，有很多企业开始关注高性能蓄能材料在太阳能热水器中的应用，也有一些企业做了积极的尝试。利用高性能的蓄热材料，把高性能的蓄热材料用一种有效的方式装入太阳能真空集热管里，把太阳能真空集热管变成太阳能真空集热蓄热管。利用真空管内容积做为热量的贮存场所的想法还是为我们把真空管单一集热功能向集热蓄热转变，从而为去掉水箱提供了可能与方向。要知道，太阳能真空集热管是一个很好的保温场所，若把热量贮存在这里那真是再理想不过了：,A、把高性能的蓄热材料置入真空管内，将热可靠的贮存在真空管内，可以去掉水箱；B、把高性能的蓄热材料置入真空管内，将热可靠的贮存在真空管内，可以省去保温的思考；C、把高性能的蓄热材料置入真空管内，将热可靠的贮存在真空管内，可以省去强制循环装置，在位贮热，太阳能热水系统将会变的简单；,D、把高性能的蓄热材料置入真空管内，将热可靠的贮存在真空管内，太阳能的装置将不受限制；E、把高性能的蓄热材料置入真空管内，将热可靠的贮存在真空管内，增大的太阳能真空管的热容，有望解决真空管的“过热”问题。如果高性能的蓄热材料可以可靠的置入真空管内，并将热量可靠的贮存在真空管内，从而实现太阳能的无水箱化，还能解决太阳能真空管的“过热”问题的话，太阳能热水器的一次新的革命就会来临。,如果高性能的蓄热材料可以可靠的置入真空管内，并将热量可靠的贮存在真空管内，从而实现太阳能的无水箱化，还能解决太阳能真空管的“过热”问题的话，太阳能热水器的一次新的革命就会来临。但什么样的蓄热材料便于应用于太阳能真空管内，实施这种方案要遇到的技术难题又有多少？、PCM蓄能材料具有置入真空管的优势：A.相变蓄能材料（潜热蓄能材料），是依靠物质相变过程（固液态转化）中必须吸收或放出大量相变潜热的物理现象进行能量的存储和释放。相变蓄能技术突出的技术特点：蓄能或放能时温度不变化；相变过程中可贮存或释放大量热量（约相当水变化1度需要能量的100倍）。,B.相变蓄能材料相对显热蓄热材料(如水、沙、石等)，单位体积的蓄能能力较高，这一点对于实现真空管式太阳能热水器的无水箱化至关重要。真空管内的体积是有限的，在有限的体积内要尽可能多的贮存能量，从而把真空玻璃管内的热容增大到足够大，才能保证真空管内不“过热”，所以蓄热材料的蓄能密度是非常关键的。相变蓄热材料有一个潜热区，总体蓄能密度相对较高，是完成真空管自身蓄能的首选材料。C.相变蓄能材料相对化学贮能材料，其能量的贮/放过程的稳定性较好，相变过程是一个物理过程，这个过程几乎不会造成贮能材料贮能能力的衰减，相变过程完全由温度控制，温度升高，超过相变温度点，相变材料就会吸热，从固态向液态转变；温度降低，低于相变温度点，相变材料就会放热，从液态向固态转变，容易完成真空管在太阳照射下吸热贮热和当冷水经过时放热加温的过程。,、适用于开发“无水箱”并“防过热”的太阳能热水器的相变材料应具有的特性并不是任何相变蓄能材料都可以用来开发太阳能集热蓄热真空管，只有具有以下特性的相变蓄能材料才可以用来开发太阳能“无水箱”并“防过热”的新型蓄能玻璃真空管式太阳能热水器：A合适的相变温度。相变温度太低，加热水时换热温差较小，换热能力就较差，提供热水的能力就较差，较低的相变温度还会造成太阳能集热蓄能管当晚散热量不足，造成无法给次日的太阳能留出足够大的能量空间，难以解决玻璃真空管的“过热问题；但相变温度太高，因真空管吸热效率随温度的升高而降低，太阳能吸热效率会较差。,B足够大的单位体积蓄热量。没有足够大的单位体积蓄热量，就无法贮存当天收集的太阳能，不仅会造成太阳能热水器能效的降低，还可能存在太阳能真空管“过热的危险。C良好的相容性。若蓄热材料具有腐蚀、易爆、有毒等不良特性，不仅存在安全隐患，还要为克服这些问题造成的附加成本过高。D良好的导热性能。良好的导热性能是相变材料高效贮热与放热的基本保证。E原料的充足性。原料的充足性是保证大生产和降低成本一个重要因素。,八、开发PCM无水箱太阳能热水器需要解决的技术难题,研发出好的性能的相变蓄能材料只是完成了PCM无水箱太阳能热水器的第一步工作，为开发出安全、好用的太阳能热水器还需要完成如下的工作：A可靠的蓄能材料封装方法。蓄能材料不可以直接放置于真空管内，若直接放置，蓄热材料的热胀冷缩会造成玻璃真空管的破碎，由天蓄能材料每天都要接受冷热的反复，这种冷热的反复对蓄能材料的密封提出了极高的要求。B简单可靠的结构设计。由于把蓄能管放入太阳能真空管内，水流经真空管，要把蓄能管内的热量快速均匀的带出，结构的设计就成了至关重要的因素。C.更高的保温要求。由于蓄能管置于真空管内，也就是所有的热量都存在集热器内，集热器的保温就成了影响“能效”高低的一个关键因素之一,太阳能的热储存,没太阳时（阴雨天、晚上）怎么办？,想办法把阳光充足时的太阳能储存起来，以供无阳光时使用这就是太阳能热储存要讨论的问题。,显热蓄热：利用储热介质的热容量进行蓄热，把已经过高温或低温变换的热能贮存起来加以利用，具有化学和机械稳定性好、安全性好、传热性能好，但单位体积的蓄热量较小，很难保持在一定温度下进行吸热和放热。潜热蓄热：利用相变材料(PCM)相变时单位质量（体积）的潜热蓄热量非常大的特点，把热量贮存起来加以利用。一般具有单位重量（体积）蓄热量大、在相变温度附近的温度范围内使用时可保持在一定温度下进行吸热和放热、化学稳定性好和安全性好，但相变时液固两相界面处的热传导效果较差。,储热方式,不同状态下水的显热与相变潜热比较,热水显热储存系统的储热量计算公式,m总水量(kg)Cp水的比热容(kJ/kg.)4.18kJ/kg.T水的温度差(),其它固体显热储热系统：水的单位质量的热容量相当高，1kg水可储存4.18kJ/的热能，金属铜、铁、铝分别为3.73，3.64，2.64kJ/，固体岩石约为1.7kJ/。相变储热（潜热储热）潜热储热（LatentThermalEnergyStorage，LTES）或称相变储能，它是利用物质在物态变化（固-液、固-固或汽-液）时，单位质量（体积）潜热蓄热量非常大的特点把热能储存起来加以利用。相变材料（PhaseChangeMaterial，PCM）利用潜热蓄放热的这类物质我们称它们为相变储能材料。相变储能技术（phasechangeenergystoragetechnology)采用相变储热方式，利用特定的装置，将暂时不用或多余的热能通过相变材料储存起来，需要时再利用的方法称为相变储能技术。,相变材料按相变方式一般可分为以下四类：1.固-固相变材料；2.固-液相变（熔化、凝固）材料；3.液-汽相变（汽化、液化）材料；4.固-气相变（升华、凝聚）材料。一般说来，从1到4相变潜热逐渐增大。但由于第3类和第4类相变过程中有大量气体，相变时物质的体积变化很大，因此尽管这两类相变过程中相变潜热很大，但在实际应用中很少被选用。,表1部分常用无机水合盐相变材料的热物性能Table1Thethermo-physicalperformancesofsomesalt-hydrate,表2部分单元熔融无机盐相变储能材料的热物性能Table2Thethermo-physicalperformancesofsomesingleinorganicsalts,表3部分共晶混合盐相变储能材料热物性能Table3Thethermo-physicalperformancesofsomeinorganiceutecticssalts,表4部分金属及其合金相变储能材料的热物性能Table4Thethermo-physicalperformancesofsomemetal(alloys),表5部分有机相变储能材料的热物性Table5Thermo-physicalperformancesofsomeorganicphasechangematerials,表6几种多元醇的热性能Table6Thethermo-physicalperformancesofsomepolyhydricalcohols,表7部分层状钙钛矿的热物性Table7Thethermo-physicalperformancesofsomeperoviskite,表8部分固液复合定形相变储能材料的热物性Table8Thethermo-physicalperformancesofsomesolid-liquidPCMs,高温储热体,如何充分利用固体显热蓄热材料和潜热蓄热材料两者的优点，尽量克服两者的不足去开发新型的高性能复合蓄热材料，是当今蓄热材料研究开发的重点课题。,电热相变储能热水热风联供装置（锅炉）和系统照片,电热相变储能热水热风联供装置（常压锅炉）电热相变储能热水热风联供装置和系统,电热相变储能热风和热水热风联供两套系统装置和系统的供热和计算机监控设备,化学热储存：实际上就是利用储热材料相接触时发生化学反应，而通过化学能与热能的转换把热能贮藏起来。化学反应储能是一种高能量高密度的储能方式，它的储能密度一般都高于显热和潜热储存，而且此种储能体系通过催化剂或产物分离方法极易用于长期能量储存，但其在实际使用时存在技术复杂、一次性投资大及整体效率不高等缺点。化学储能是一门崭新的科学,目前仍没能得到广泛应用，今后在这一方面应致力于选择和研究优良的反应材料(主要包括结晶水合物和复合材料),克服各自的不足,逐步走向实际工程应用发展。,化学储热,选择化学储能材料的标准:材料的反应热要求反应热效应大;反应温度合适;无毒、无腐蚀,不易燃易爆;价格低