太阳能基础知识

关于太阳能基础知识太阳辐射能资源地球上绝大部分有人区均有光照辐射是一种洁净的能源，无污染可以就地开发利用，不存在运输问题。地球绕太阳公转,地球本身已23.5度倾角自转太阳的寿命长达50亿年万物之源绿色消耗可再生能源首选第2页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳的形状特点1亿5千万公里5800℃体积130万:1

质量33万:1第3页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳的能量地球只接受到太阳能量的22亿分之一,每秒也有1.765×1017J,折合标准煤600万吨第4页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能取之不尽、用之不竭，广泛存在、平等给予和可以自由利用，但太阳辐射功率密度低，还受阴、晴、昼夜和季节等影响。散射辐射直射辐射30%23%47%1370w/m2太阳光辐射特点第5页,共56页，2024年2月25日，星期天我国太阳能我国太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上的地区年辐射总量大于120万千卡/米2，年日照时数在2000小时以上。第6页,共56页，2024年2月25日，星期天在北纬300~400地区，太阳能资源随纬度的增加而增加。北纬400以北地区，太阳能资源自东向西逐渐增加。新疆地区的太阳能资源分布由于受天山山脉的影响，自东向西逐渐减少。台湾地区的太阳能资源分布是由东北向西南逐渐增加。Ⅰ1000~1100w/m2

Ⅱ800~1000w/m2Ⅲ700~900w/m2Ⅳ500~700w/m2太阳辐射分布第7页,共56页，2024年2月25日，星期天资源及分布趋势我国太阳能高值中心(高海拔7000~8000m水汽少)年日照3200~3300小时年总量160~200万千卡/米2低值中心(青藏高原东麓背风坡水汽大)纬度22°纬度35°第8页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能的缺点单位密度低,0~1100w/m2受云层空气质量遮挡潮气影响大利用效率较低,光热转化弱第9页,共56页，2024年2月25日，星期天第10页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳辐照角计算安装角θ太阳高度角H最理想θ=90°-H考虑全年获益安装角应取当地纬度±10°第11页,共56页，2024年2月25日，星期天&=23.5090o太阳热水器&=23.50HoＡＯＷＯ当地纬度Ｗ，安装角度为Ｈ＝１８０－９０－Ａ＝９０－（９０－Ｗ－２３．５）＝Ｗ＋２３．５ＷＯ&=23.50冬至第12页,共56页，2024年2月25日，星期天90o太阳热水器&=23.50HoＡＯＷＯ当地纬度Ｗ，安装角度为Ｈ＝１８０－９０－Ａ-23.5

＝90-(90-W)-23.5＝Ｗ-２３．５ＷＯ&=23.50&=23.50夏至第13页,共56页，2024年2月25日，星期天热水器安装角设计原则{德州(纬度38o)为例}:1考虑冬天好用:38o+23.5o=61.5o2考虑夏天好用:38o-23.5o=14.5o

根据设计经验:考虑冬天平均制热效果一般选择安装角度为纬度+10度左右,考虑产品标准化需要,我司产品一般是50度居多.第14页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能利用第15页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能热利用从温度范围分为：低温应用，小于100℃，如生活用水和采暖。中温应用，100—300℃，如工业热和空调等。高温应用，大于300℃，如太阳能热发电。第16页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能热水器太阳能热利用得到长足发展，太阳能热利用技术较完善，也是最能创造效益、普遍被世人所接受的。太阳能热利用的主要产品就是太阳能热水器第17页,共56页，2024年2月25日，星期天由储水箱、支架、集热器、管路及其配件组成太阳能热水器第18页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能热水器工作原理全玻璃真空管集热器非承压运行设计原则为好用第19页,共56页，2024年2月25日，星期天1高硼硅玻璃外管2真空

3太阳吸收涂层4高硼硅玻璃内管5不绣钢支架和吸气剂全玻璃真空管构造和原理与传统的杜瓦瓶类似两管之间密封并抽成真空以减少对流和传导的热损太阳能吸收涂层镀在内管外表面上太阳辐射透过外管被太阳能吸收涂层吸收并转化为热能第20页,共56页，2024年2月25日，星期天热水器保温生产工艺太阳热水器保温材料发展史与聚氨酯保温材料性能聚氨酯生产设备热水器保温材料常见缺陷及原因分析聚氨酯保温材料的无氟替代路线及环保意义第21页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳热水器保温材料发展史

太阳热水器保温材料随着太阳热水器生产工艺的发展，保温材料主要经历了以下的几次变革：矿渣棉、玻璃丝棉（岩棉）膨胀蛭石、珍珠岩聚苯乙烯泡沫塑料聚氨酯玻璃棉强度低，耐水性差，珍珠岩成型性差，聚苯乙烯耐温性差，这些材料现已淘汰，因聚氨酯保温材料导热系数较底且具有良好耐温、耐水、易成型、强度好等特点，成为我们目前最常用的保温材料。第22页,共56页，2024年2月25日，星期天聚氨酯保温材料的基本知识聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，符号“PU”。聚氨酯是由二元或多元异氰酸酯与多元醇化合物相互作用制得。聚氨酯特点：强度高、重量轻、弹性好、耐溶剂、隔热效果好耐低温、易成型。聚氨酯应用：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、人造革。第23页,共56页，2024年2月25日，星期天聚氨酯构成

聚氨酯由异氰酸酯与组合聚醚反应制得。异氰酸酯俗称黑料，组合聚醚（也称为聚醚多元醇）俗称白料，二者反应生成聚合物俗称发泡料，即外观为乳黄色的闭孔型泡沫。

水箱保温材料第24页,共56页，2024年2月25日，星期天异氰酯与组合聚醚异氰酸酯颜色较深，英文代号为ISO，设备区分颜色标示为红色。异氰酸酯的密度一般为1.23——1.24*103千克/m3组合聚醚的颜色为浅黄色，其英文代号为PLY，设备区分颜色标示为黄色。组合聚醚的密度一般为1.16—1.17*103千克/m3第25页,共56页，2024年2月25日，星期天聚氨酯的化学反应过程混合乳白时间凝胶时间（起发时间）不粘时间（脱粘时间）固化时间（熟化时间）＋其中，混合效果决定泡沫的均匀度，乳白时间和起发时间决定料液在模腔的流动性和流平性，不粘时间和固化时间决定着脱模时间。第26页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能聚氨酯泡沫的理性指标泡沫密度，自由泡为（28—32）㎏/m3。压缩强度≥140kPa/㎝2

。尺寸稳定性：70℃，48小时≤1%、-20℃，24小时≤1%。导热系数（热导率）≤0.022W/（m.k)箱体泡密度一般为（40—49）㎏/m3。闭孔率≥90%。吸水率≤1%。第27页,共56页，2024年2月25日，星期天1.各种场合对聚氨酯密度的要求

密度是聚氨酯泡沫塑料的一项重要性质。据资料介绍，冰箱用密度为30kg/m3

左右，建筑用板材为30kg/m3以上稍大一点，非承重的设备与管道为30--40kg/m3，埋于地下管道受负荷选用60kg/m3。考虑到太阳热水器工作环境为室外，内外使用温差可达100℃以上，并且在使用过程中要承受一定的重量，经过大批的实验和实际检测密度选为为40--49kg/m3范围较为合理。第28页,共56页，2024年2月25日，星期天2.压缩强度

压缩强度：硬泡的压缩强度与配方和泡孔方向、密度有关。因此，一般情况下是以压缩样品厚度10％时的应力为该样品的压缩强度。单位是MPa

密度和压缩强度成正比第29页,共56页，2024年2月25日，星期天

密度增大时压缩强度提高。温度变化时，泡孔内气体由于膨胀或收缩造成泡孔内压力与外界大气压间的压差。若压缩强度小于此压差，则会变形。实验证明，泡孔内气体完全冷凝最大压差值不会超过0.1Mpa。因此，对于有实用价值的闭孔型硬质泡沫来说，压缩强度不应小于0.1Mpa，否则，温度变化时会产生尺寸变化现象。就是我们所说的缩泡或涨裂。说明：第30页,共56页，2024年2月25日，星期天3.热导率（导热系数）

聚氨酯硬泡重要的特性之一就是热导率小，太阳能就是利用了这一特性进行水箱保温的。硬泡的导热系数由以下几个因素决定泡孔内气体自身的热导率：固体（形成泡孔的聚合物筋络与泡孔薄壁）的热导率。辐射传热与对流传热的热导率。第31页,共56页，2024年2月25日，星期天

以氟里昂为发泡剂的聚氨酯硬质泡沫，气体导热约占50—65%，35—50%是固体导热和辐射传热所致。而辐射传热作用的大小与泡孔壁的透明度和泡孔大小有关，当泡沫密度小于30时，泡孔壁变的很薄，辐射传热对整体的导热系数影响增大，对于孔径很小的硬泡，泡孔内气体对流传热可以忽略，孔径大于3㎜，对流传热才有作用，泡孔越大对流传热越快，所以说太阳能发泡过程中空洞和裂缝是致命的缺陷。第32页,共56页，2024年2月25日，星期天导热率对发泡剂的要求气体自身导热率要小。在泡沫聚合物基体中溶解度要小。通过泡孔壁的扩散能力弱。要生成闭孔泡沫说明CFC—11（一氟三氯甲烷）是对臭氧层破坏作用发现前的一种公认的理想发泡剂，一些发展中国家仍在使用，不过国际环保组织已经指定了禁氟期限，我们现在也要积极准备无氟替代的生产过渡。第33页,共56页，2024年2月25日，星期天

泡沫密度热导率202025193018.235184018.14518.25018.35518.56018.765197019.57520泡沫密度密度为35时导热系数最佳第34页,共56页，2024年2月25日，星期天4.尺寸稳定性

聚氨酯硬质泡沫塑料受冷或受热，尺寸和体积会发生一定变化。变化率的大小与原料的类型、结构、密度，成型条件等因素有关，通用硬泡，在100℃范围尺寸不会发生明显变化，降低密度后，尺寸稳定性有所下降，但通过调整配方，可使尺寸稳定性保持在规定范围内，即70℃，48小时≤1%，-20℃，24小时≤1%。第35页,共56页，2024年2月25日，星期天太阳能热水器为什么使用聚氨酯硬质泡沫保温？太阳能水箱采用闭模式整体发泡，由于聚氨酯强度较高，外壳与内胆之间不需要其他支撑材料，因而不存在“热桥”确保了水箱优异的绝热效果，泡沫与内胆和外皮材料粘接牢固、无缝隙，绝热层一体化。这些优点其他材料无法与之相比。第36页,共56页，2024年2月25日，星期天聚氨酯硬质泡沫的结构形状对性能的影响：硬质聚氨酯泡沫是一种高度交联、热固性材料，泡孔结构大部分为闭孔型，机械强度与密度关系密切，一般使用温度范围为-200—150℃，短时接触可达250℃。泡孔结构形状：形状：硬泡的结构对性能有很大影响。泡孔有聚合物筋络与薄壁组成，筋络与薄壁支撑着泡沫形体，泡孔的大小和形状因发泡条件而异，泡沫呈多边形结构的椭圆型，近似地被认为是椭圆或圆形。第37页,共56页，2024年2月25日，星期天2.泡沫形状与性能：椭圆型泡沫的长径方向是泡沫的上升方向，平行与上升方向的压缩强度是垂直方向的两倍左右，而断裂的伸长率则为二分之一，反应较慢或起发时不受环境周围的阻力者，泡孔接近球型，即球型的偏差程度与发泡速度和泡沫上升受到的阻程有关，发泡速度越快，上升受阻越严重，泡孔拉长程度越大，这就是边缘的泡孔与中心泡孔的差异。发泡时，原料流经的空腔其截面较小者，泡孔上升受到较大的摩擦阻力，泡孔拉长程度增加。3.开孔与闭孔：绝热用的硬泡基本上是闭孔的，开孔泡仅占到总泡孔数的5%—10%，既闭孔率90%—95%，因为闭孔率对导热率、吸水率、抗压强度和尺寸稳定性均有一定的影响，所以是判定泡模不可忽视的一项重要指标。第38页,共56页，2024年2月25日，星期天聚氨酯生产模具的设计要求要求料液以层流进入模具必要时将混合头送来的料液进行再混合提供制件的外观形状、结构并保证表观质量能够承受发泡时的压强及脱模时的扯断力（约1MPa）活动件的配合间隙，不能让液体透过。模具应有分布合理的排气孔，正常情况下设置在液流的终端模具的密封边应尽可能窄，通常密封间隙越30——50微米。因发泡过程中有可能产生空隙和夹带空气，模具设计时脱模角不允许有尖角，需用圆角取代。第39页,共56页，2024年2月25日，星期天聚氨酯硬泡制件的脱模剂定义：为了防止泡沫粘于沫腔，要在模腔内涂抹一些能成膜的起隔离作用的制剂，就是脱模剂。成分：脱模剂是分散在溶剂中的微细晶蜡或包括硅油在内的其他成分。常用的种类：有蜡质和油质两类，主要是脂肪酸酯、高级脂肪酸金属盐。如硬脂酸锌的脂肪酸溶液、硬脂酸锌的脂肪族胺溶液。几何形状简单的制件可用聚苯乙烯或聚乙烯薄膜做内衬代替脱模剂我们以前使用的脱模剂还有钙基酯、锂基酯，凡士林等。第40页,共56页，2024年2月25日，星期天我们的产品第41页,共56页，2024年2月25日，星期天内桶材料3042B,厚度0.31MM，宽度1140MM水箱内胆是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要，我们采用加厚食品级SUS304-2B不锈钢，采用先进的焊接工艺，在各种水质或各种环境耐腐蚀性能第42页,共56页，2024年2月25日，星期天外桶材料材质：彩钢板颜色：珠光白/金黄宽度：1200MM厚度：0.32MM第43页,共56页，2024年2月25日，星期天支架、端盖优质镀锌板，红色/绿色/金黄色，厚度为1.5mm静电喷塑或烤漆；铝合金原色，1.5mm。支架前脚宽度为8cm，后脚宽度为10cm、平行撑宽度为7.5cm、斜撑宽度为4cm、弯撑宽度为7cm、外加多条增强筋。以达到产品牢固、稳重、合理、美观。第44页,共56页，2024年2月25日，星期天电加热本公司选用优质国产厚壁无缝不锈钢管、美国进口高温氧化镁粉及封口材料，使电热管耐温达900℃，电热管在暂时脱水状态下干烧不会损坏；并采用气氛保护发黑网带炉经1060℃高温渗氮处理工艺，提高了电热管的耐高温和耐腐性，确保使用寿命。产品特点:1.具有良好的热效率，发热均匀；2.耐高温、耐腐蚀；3．具有良好的安全性能；4.使用寿命长：主要技术指标按JB/T2379-93《金属管状电热元件》和JB/T4088-99《日用管状电热元件》执行，产品使用寿命≥4000h。第45页,共56页，2024年2月25日，星期天真空管1、采用特硬高硼硅3.3玻璃（Pyrex），管材透射比≤0.89，弯曲度≤0.12%。2、太阳选择性吸收涂层的太阳吸收比α≥96%；太阳选择性吸收涂层的半球发射比εh≤5%（70℃）。3、空晒性能参数，太阳辐照度G≥700w/m2，环境温度5℃≤ta≤28℃，以水为传热工质，空晒温度ts，空晒性能参数Y=（ts-ta）/G，Y≥185m2℃/Kw。4、闷晒太阳曝辐量，太阳辐照度G≥700w/m2，环境温度5℃≤ta≤28℃，以水为传热工质，初温不低于环境温度，闷晒至水温增加35℃所需太阳曝辐量H≤3.0MJ/m2。4、真空夹层内的气体压强p＜3.0×10-3Pa。5、内管的未镀膜长度＜20mm，进一步扩大集热管的吸热面积，降低热损系数。第46页,共56页，2024年2月25日，星期天温控仪第47页,共56页，2024年2月25日，星期天产品图样及卖点第48页,共56页，2024年2月25日，星期天第49页,共56页，2024年2月25日，星期天华鼎世