2007-9-3 08:28 太阳能采集
太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。集热器按是否聚光，可以划分为聚光集热器和非聚光集热器两大类。 非聚光集热器（平板集热器，真空管集热器）能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射，集热温度较低；聚 光集热器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上，可获得较高温度，但只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳。
平板集热器
历史上早期出现的太阳能装置，主要为太阳能动力装置，大部分采用聚光集热器，只有少数采用平板集热器。平板集热器是在17世纪后期发明的，但直至1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用。在太阳能低温利用领域，平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器好。为了提高效率，降低成本，或者为了满足特定的使用要求，开发研制了许多种平板集热器： 按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器； 按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等； 按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等； 按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。目前，国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊，199S年我国也开发成功全铜高频焊集热器。1937年从加拿大引进铜铝复合生产 线，通过消化吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。 为了减少集热器的热损失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些 材料价格较高，一时难以推广应用。
真空管集热器
为了减少平板集热器的热损，提高集热温度，国际上70年代研制成功真空集热管，其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内，大大提高了热性能。将若干支真空集热管组装在一起，即构成真空管集热器，为了增加太阳光的采集量，有的在真空集热管的背部还加装了反光板。真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管，玻璃-U型管真空集热管，玻璃。金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。最近，我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空集 热管。我国自1978年从美国引进全玻璃真空集热管的样管以来，经20多年的努力，我国已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业，用于生产集热管的磁控溅射镀膜机在百台以上，产品质量达世 界先进水平，产量雄居世界首位。我国自80年代中期开始研制热管真空集热管，经过十几年的努力，攻克了热压封等许多技术难关，建立了拥有全部知识产权的热管真空管生产基地，产品质量达到世界先进水平，生产能力居世界首位。 目前，直通式真空集热管生产线正在加紧进行建设，产品即将投放市场。
聚光集热器
聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。按照聚光原理区分，聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光两大类，每一类中按照聚光器的不同又可分为若干种。为了满足太阳能利用的要求， 简化跟踪机构，提高可靠性，降低成本，在本世纪研制开发的聚光集热器品种很多，但推广应用的数量远比平板集热器少，商业化程度也低。 在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热器（点聚焦）和槽形抛物面镜聚光集热器 （线聚焦）。前者可以获得高温，但要进行二维跟踪；后者可以获得中温，只要进行一维跟踪。这两种聚光集热 器在本世纪初就有应用，几十年来进行了许多改进，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，开发高可靠性 跟踪机构等，现在这两种抛物面镜聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求，但由于造价高，限制了它们的广泛应用。
70年代，国际上出现一种“复合抛物面镜聚光集热器”（CPC），它由二片槽形抛物面反射镜组成，不需要跟踪太阳，最多只需要随季节作稍许调整，便可聚光，获得较高的温度。其聚光比一般在10以下，当聚光比在3以下时可以固定安装，不作调整。当时，不少人对CPC评价很高，甚至认为是太阳能热利用技术的一次重大突破，预言将得到广泛应用。但几十年过去了，CPC仍只是在少数示范工程中得到应用，并没有象平板集 热器和真空管集热器那样大量使用。我国不少单位在七八十年代曾对CPC进行过研制，也有少量应用，但现在基本都已停用。
其它反射式聚光器还有圆锥反射镜、球面反射镜、条形反射镜、斗式槽形反射镜、平面。抛物面镜聚光器等。此外，还有一种应用在塔式太阳能发电站的聚光镜--定日镜。定日镜由许多平面反射镜或曲面反射镜组成，在计算机控制下这些反射镜将阳光都反射至同一吸收器上，吸收器可以达到很高的温度，获得很大的能量。
利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，历史上曾有人在法国巴黎用二块透镜聚集阳光进行熔化金属的表演。有人利用一组透镜并辅以平面镜组装成太阳能高温炉。显然，玻璃透镜比较重，制造工艺复杂，造价高，很难做得很大。所以，折射式聚光器长期没有什么发展。70年代，国际上有人研制大型菲涅耳透镜，试图用于制作太阳能聚光集热器。菲涅耳透镜是平面化的聚光镜，重量轻，价格比较低，也有点聚焦和线聚焦之分，一般由有机玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太阳电池发电系统。
我国从70年代直至90年代，对用于太阳能装置的菲涅耳透镜开展了研制。有人采用模压方法加工大面 积的柔性透明塑料菲涅耳透镜，也有人采用组合成型刀具加工直径1.5m的点聚焦菲涅耳透镜，结果都不大理想。近来，有人采用模压方法加工线性玻璃菲涅耳透镜，但精度不够，尚需提高。 还有两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器，虽然尚未获得实际应用，但具有一定启发性。一种是光导纤维聚光器，它由光导纤维透镜和与之相连的光导纤维组成，阳光通过光纤透镜聚焦后由光纤传至使 用处。另一种是荧光聚光器，它实际上是一种添加荧光色素的透明板（一般为有机玻璃），可吸收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分，然后以比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的荧光由于板和周围介质的差异，而在板内以全反射的方式导向平板的边缘面，其聚光比取决于平板面积和边缘面积之比，很容易 达到10一100，这种平板对不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光，不需要跟踪太阳。
摘自《太阳能学报》特刊——20世纪太阳能科技发展的回顾与
征程 2007-9-3 08:28 集热器太阳能热水器性能介绍
真空玻璃管集热器式太阳能热水器结构、技术及性能特点：
（1）真空玻璃管集热器式太阳能热水器一般由玻璃内管、外管构成，内管内壁装水与保温水箱相连通，循环，内管外壁涂有选择性涂层用于吸收阳光，内管与外管之间保持一定距离，通常1cm，将内、外管之间抽成真空后熔接，集热时，当阳光透过外管照射到内管上，内管发热后，将内管内的水全部加热，利用冷热比重 不同的物理原理，由管内与保温水箱内的水相互交递循环，最终将保温箱内的水加热。
（2）保温水箱：保温水箱由内胆、保箱层、外壁、进出水管及排气管组成。内胆采用耐高温，不易腐蚀，无毒的材料制作，一般采用304#不锈钢焊接，保温层采用不易传热的材料构成，一般采用聚安脂发泡块或玻璃棉制作。外壁采用铝板、不锈钢板、彩钢板 或镀铝锌板等抗紫外线不易腐蚀的材料制作。并采用压边、打钉的制作方式完成。
（3）玻璃管真空隔热式集热器的太阳能热水器由于玻璃管之间已抽成真空，故集热器部分保温及抗冻性能较好，但由于玻璃管成型小的特点，形成了集热管只能每条单独插入水箱，依靠水箱内的橡胶件套住密封。
这种太阳能热水器不能承受较大的承压，安装保养、维修困难；热效率比平板式低，故障较高，热启动较慢，使用寿命比平板式短。
金属集热器（平板）式太阳能热水器结构、技术及性能特点：
（1） 该种太阳能热水器由金属集热器，储水箱构成。集热器由集热芯片（金铝、铜铝 复合、金铜），玻璃透明盖板、保温层、背部外壳构成；其中集热芯片由条状金属片（内有金属管道）经选择性涂层，或选择 性阳极氧化涂镀制成并把每条小型集热器焊接后形成整块集热芯片，集热时阳光透过玻璃盖板照射到集热芯片上，芯片发热后加热片中管道内的水，并利用泠热水比重不同的原理，将热水由上方导流管导入储水箱，同时储水箱内的冷水回流入集热器下部，交递循环后将整箱水加热。
（2）保温水箱：保温水箱由内胆、保箱层、外壁、进出水管及排气管组成。内胆采用耐高温，不易 腐蚀，无毒的材料制作，一般采用304#不锈钢焊接，保温层采用不易传热的材料 构成，一般采用聚安脂发泡块或玻璃棉制作。外壁采用铝板、不锈钢板、彩钢板 或镀铝锌板等抗紫外线不易腐蚀的材料制作。并采用压边、打钉的制作方式完成。
（3）金属（平板）式太阳能热水器与玻璃（真空管）式太阳能热水器相比，热得较快，安装较方便，可以承压使用，结头少，橡胶件少，故障少,维修率低，但抗冻性能却比真空玻璃管式太阳能热水器较差，只适合在南方使用。
征程 2007-9-3 08:28 家用太阳能热水器的结构和工作原理
目前，技术成熟、价格合理、热效率高、使用寿命长和市场占有率大的太阳能热水器主要有两种：一种是平板型太阳能热水器；另一种是真空管太阳能热水器。
一、平板型太阳能热水器的结构
平板型太阳能热水器主要是由平板集热器、水箱、水管、支架及配件等部分组成。
（一）平板集热器
平板集热器是平板型太阳能热水器的核心，包括吸热器、盖板、保温层、外壳四大部分。
1、吸热器：也叫集热器或集热芯子，其作用是吸收太阳的辐射能量并向水传递热量。
1）吸热器的结构：吸热器由吸热板（也叫肋片）和水管组成（如图2-3所示），水管有排管和集管之分。排管夹在肋片之间，用来传递热量使水温升高；集管与所有排管相接相通，并且通过水管与水箱连通，使排管中水进入水箱，水箱中的冷水进入排管被加热。吸热器在结构上有管板槽式（图2-4a）和翼片式（图2-4b）等多种形式。将排管夹在肋片之间的方法很多：较为简单粗糙的方法就是在排管长度方向，隔一定距离用铁丝捆扎或铆接，也有在排管和吸热板交接处，沿管子长度方向锡焊的，也有在结合缝隙中填充各种导热胶的；随着太阳能热水器工艺水平的不断提高，北京市太阳能研究所引进了加拿大八十年代末的一条生产线，将两片铝带与一根铜管（在两铝带中间）轧制在一起，再用高压气体吹胀，形成铜铝复合式吸热板芯，如图2-5所示，其特点是：I热效率高；II寿命长，水质清洁；III节约铜材，降低成本；IV有很好的耐压性能。正因为这些特点，铜铝复合板芯已经形成潮流，是平板型太阳能集热器的先进代表。
2）吸热器的材料：国外基本上都用铜和不锈钢，国内已大量采用铜材、铝合金、钢材、镀锌板，沿海水质较差的地区，则可用塑料或玻璃来替代。
3）吸热器表面上的涂层：因为金属表面的反射率高，吸收率低（一般只有20~40%的太阳辐射能被吸收），为了增强吸收效果，必须在金属表面上刷涂层。涂层有选择性和非选择性两种，所谓选择性涂料（因为这种涂料价格便宜），是对太阳光的短波辐射具有高吸收率（a），而本身所处温度的长波发射率（qT）却很低的一种涂料，可用a/qT大于1来表示。若a/qT=1，则称之为中性吸收层，也称为非选择性涂料。平板型太阳能热水器的吸热板都采用非选择性涂料（因为这种涂料价格便宜），即涂上薄而均匀的无光黑漆，它们具有高的吸收率（a=0.92~0.96），但发射率也较高（qT=0.50~0.94），热损失较大。
2、盖板
1）盖板的作用：阳光与吸热板之间的辐射传热是远距离进行的，即集热器周围是空气，所以当集热器的吸热板在将接收到的太阳辐射能量转变为水的热能时，也向周围环境散失热量，这就使太阳辐射能量不能全部转化成水的热量。尤其是平板型集热器，其吸收面积等于透光面积，也等于散热面积，故热量的散失更为突出。为了减轻这部分能量的损失，在吸热板上面安装透明盖板，使盖板透过可见光而不透过远红外线，即阳光能透过它而照射在吸热板上，但是吸热板由于温度升高而辐射的远红外线却是通不过它，这就减少了散失的能量，从而更有效地提高吸热板和水的温度，我们称盖板的这种作用为温度效应。
2）对集热器盖板材料的几点要求：
A、高全光透过率：阳光透过盖板后射到吸热板上并转变为热能。盖板材料对太阳光光谱的全光透过率越高，辐射到吸热板的光线越强，得到的热量越大，集热器效率越高。
B、冲击强度高：盖板材料需要具有高的冲击强度，能经受住在使用中受到冰雹、风沙等的冲击。
C、良好的耐候性能：集热器通常安装在室外朝阳处，长期遭受冷、热、光、风、雨、雪等的侵蚀。如果盖板材料不具有良好的耐候性能，则其透光性能急速下降，最后导致整个集热器无法工作，寿命缩短。
D、绝热性能好：集热器工作时，其排管和集管内的水温可达80~90摄氏度，而吸热板与盖板之间的空气温度可达50~70摄氏度，远高于户外空气的温度，因此必然有一部分热量通过盖板向外散失，其散失热量的大小于盖板导热系数成正比。盖板材料导热系数越大，即绝热性能越差，散失的热量越大，集热器效率越差。
E、加工性能好：要求裁剪性能好，单向弯曲习惯年能好以便于制造厂家按产品需要加工成型。
3）国内外常用盖板材料
国外常用的盖板材料有三种：A、HSG—高强耐热玻璃；B、MMA—甲基丙烯酸甲酯板；C、FRP—玻璃纤维增强塑料板（即玻璃钢板）。
国内常用的盖板材料也有三种：A、普通平板玻璃：该材料的全透光率低，一般在74.3~86.7%，远低于国外玻璃的91%，强度低，易破碎；B、薄膜：少数集热器生产厂家为降低成本而使用薄膜作盖板，但性能差，寿命短；C、新型机制Solar—E办（南京复合材料厂生产）：这是一种用高键能树脂和高性能纤维复合而成，表面覆有一层特殊保护膜的耐热、抗老化、高透光型FRP板。由于其质量轻、强度高、耐腐蚀、高透光等优点，在国内已越来越广泛地应用，是一种较理想的材料。
4）盖板的层数及间距
盖板层数由使用地区的气象条件和工作温度来定，一般为单层，盖板与吸热板之间的距离一般为2.5厘米。
3、保温层
1）作用：在吸热板芯的四周和底部安放保温材料，用来减少集热器向四周环境散失热量，以提高集热器的效率。
2）要求：保温性能好，即材料的导热系数小，不吸水。底部保温层一般3~5厘米厚，四周保温层的厚度为底部的一半。
3）材料：常用的保温材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯、聚氨脂等。聚苯乙烯在温度较高（高于70摄氏度）时会收缩，因此在使用它作保温材料时，往往在它与吸热板之间先放一薄层岩棉或矿棉。
4）外壳
为了将吸热板、盖板、保温层组成一个整体，并保持有一定的刚度和强度以便于安装，需要有一个较为坚固美观的外壳，一般用铝材、刚才、塑料、玻璃等来做成。
4、平板型集热器质量的外观检查
板芯是平板型太阳能热水器的核心，市场上的板芯主要有铝芯、铜铝复合、铜芯三种。铜芯的价格贵，质量好；铝芯的价格便宜、质量稍差；铜铝复合板芯的价格和质量介于两者之间，目前市场用量最大。质量好的平板型太阳能热水器吸热板黑色涂层均匀、边框四周有保温层、玻璃盖板的密封程度好，正常工作时，即使在夏天，其玻璃盖板摸上去是凉的。
（二）水箱、支架、管道极其配件
1、水箱
1）水箱的作用：水箱是用来贮存热水的，它由内胆、保温层、外壳三部分组成，如图2-6所示（圆柱形水箱横截图）。
2）水箱的种类：水箱的形状有圆柱形、长方体、球形等多种式样，在相同容积的情况下，从用材和散热面积来考虑，球形水箱比方形和圆柱形水箱要好；但从水的温度分层来考虑，“瘦高”的方形水箱比“矮胖“的圆柱形或球形水箱要好；从稳定性和制作工艺的简易程度来考虑，圆柱形水箱比方形和球形水箱要好。究竟采用何种形状的水箱，只能因加工条件、生产成本和用户要求等多方面情况来定，目前一般采用圆柱形水箱。内胆材料有不锈钢、聚丙烯、镀锌钢板等。保温层一般是聚苯乙烯、聚氧脂等材料。外壳一般是铝箔或其他金属箔。
3）补水箱：补水箱的一个作用是通过浮球阀自动向保温水箱补充冷水，保证热水器的正常工作；另一个作用是：对于自来水压太大的地方，通过补水箱的缓冲作用来向浴室供应冷水，以保证冷、热水的压力基本一致，便于淋浴者调节水温。为了确保及时补水，补水箱中的浮球阀宜选大一点。
2、支架：支架是用来支撑集热器的，一般用角钢焊接而成。
3、水管及其配件：其作用是用来将冷水源、水箱、集热器以及用户连为一体。
二、真空管太阳能热水器的结构
真空管太阳能热水器与平板型太阳能热水器结构上大体相同，两者的区别在于集热器的构成不同，真空管太阳热水器的集热器核心是真空管。在此只介绍真空管的构造和集热器背板的作用。
（一）真空管
目前，真空集热器是一种技术先进、使用广泛的新型高效集热器。
1、真空管的构造及其部件的作用
全玻璃真空管的构造如图2-7所示，由内玻璃管、太阳选择性吸收涂层、真空夹层、罩玻璃管、支承件（弹簧卡子）、吸气剂等部分组成。（1）内玻璃管用来作为水的流动管道；（2）氧化铜、黑镍、黑铬、黑锌、黑铜等太阳选择性吸收涂料，是通过采用真空沉积、溅射技术、电化学处理等工艺均匀地涂在内玻璃管的外表面，用来吸收太阳辐射能；（3）将涂有选择性涂层的内玻璃管封入直径为47mm的罩玻璃内，然后将内外玻璃管之间抽成真空，形成真空度月为0.05Pa的真空夹层，以减少由于空气对流和传导而引起的热损失，这与热水瓶的原理相似；（4）全玻璃真空集热管采用单端开口设计，通过一端内、外管环形熔封起来，其内管另一端是密闭半球形圆头，弹簧卡子就是用来将该圆头支承在罩玻璃管的内部端，使得内玻璃管吸收太阳辐射而温度升高时，玻璃圆头形成热膨胀的自由端，从而缓冲了热水器工作时引起真空集热管开口端部的热应力；（5）真空管在受热后，原来被吸附在管壁上的微量气体（主要是水蒸气）会释放出来，影响真空度，吸气剂和吸气膜就是用来吸收这些被释放出来的气体，以保持集热管内的高真空。
2、真空管质量的外观检查
（1）真空管集热器的黑色涂层着色应该均匀，膜层不得起皮、脱落或划伤，否则将影响热效率；（2）罩玻璃管无结石、节瘤等缺陷，否则会严重影响真空管的耐热冲击、耐压和抗冰雹袭击等性能；（3）底部吸气剂表面亮如镜面，则表明真空度高、质量好。如吸气剂表面发乌、发黑、发白，则说明真空性能不良或已漏气；（4）对于高质量的真空管太阳能热水器，即使在夏天，正常工作时，其外管摸上去是凉的。
征程 2007-9-3 08:27 太阳能热水器使用技巧
太阳能热水器在使用过程中，如果巧妙地安排、利用上水时间和上水量，会做到事半功倍的效果。刚刚开始使用的用户可能不太清楚，时间长了，慢慢就会摸索出经验和规律。
1、 洗澡时，如果太阳能热水器里的水已经用光，而人还没有冲洗干净，这时可以上几分钟冷水，利用冷水下沉、热水上浮的原理，将真空管内的热水顶出，就能接着洗澡了。
2、 利用1的原理，如果洗完澡后，太阳能热水器里还有一点热水，这时上几分钟冷水，所得的热水可以多洗一个人。
3、 根据天气预报决定上水量，可以获得比较满意的水温。如果明天晴天，可把水上满；如果阴天或多云，则上半箱水；有雨，保留原有的水不上冷水。
4、 晚上洗完澡后，如果热水器水箱里还有一半近70度的热水，为了防止热散失过大（水量越少，热散失越快），也要根据水温天气预报决定上水量。明天晴天，上满水；阴雨天，上2/3的水。
5、 冷热水调节：热水器的水温调节步骤：先打开冷水阀，适当调节冷水流量，再打开热水阀调节，直到得到所需的洗浴温度。另外，可以凭经验根据天气情况确定冷水量，注意喷头不要朝向人体，避免烫伤。
6、 抗风措施：太阳能热水器的零部件连接可靠，抗风性能主要取决于它的安装固定方式。
7、 如何延长寿命：为了延长太阳能热水器的使用寿命，用户在使用过程中应注意：热水器安装固定好了以后，非专业人员不要轻易挪动、卸装，以免损坏关键元件；热水器周围不应放杂物，以消除撞击真空管的隐患；定期检查排气孔，保证畅通，以免胀坏或抽瘪水箱；定期清洗真空管时，注意不要碰坏真空管下端的尖端部位；有辅助电加热装置的太阳能热水器应特别注意上水，防止无水干烧。
8、 冬季太阳能热水器的使用技巧：
气温不太低（5－7℃）的情况下，当天晚上用水后，如水箱内还有热水，宜立即将太阳能热水器上满水，降低水箱内水温及当夜热损失，充分利用热能；如气温较低，宜明天早晨上水，以利于热水器出水口处管路防冻。
收听天气预报，如当天日光不强，可根据实际需要上半箱水，或多半箱水。如果用水量大，可考虑启动太阳能热水器中的电加热或将太阳能热水器里的水放入电热水器中稍稍加热即可。
征程 2007-9-3 08:26 给大家介绍一些太阳能的知识
太阳能自助安装说明
产品运输、安装轻拿轻放，防止真空玻璃管破损。
热水器要主体朝南或偏西5°－10°，前上方无遮挡物。
用8号镀锌铁丝，将热水器四脚与屋顶连接牢固，防止大风损坏设备造成事故。
水箱上部排气口（溢流口）不得堵塞，以免因排气进气不畅胀坏或抽瘪水箱。
安装真空管时，应把真空管装满水，在管口处抹上肥皂水润滑，安上防尘圈，轻转玻璃管插入水箱，插入时纵向用力，切勿斜插。结束后可立即上水，否则要在夜间或次日早晨上水。
室外管路部分尽可能短，最好用内径Φ14×2或Φ16×2的铝塑复合管，冬季室外管路和排气溢流管需用较厚的聚乙烯材料保温，以免因水冻结冷热水上下不畅甚至胀坏贮水箱
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