1、太阳能-光热转换,机械工程 周杭超 张圣杰,太阳能的利用,太阳能-光热转换,1太阳能光热转换的基本理论,2平板太阳能集热器工艺流程,3平板太阳能集热器的发展现状,4对本专业的启发,目录,太阳能光热转换在太阳能工程中占有重要地位，其基本原理是通过特制的太阳能采光面，将投射到该面上的太阳能辐射能作最大限度地采集和吸收，并转换为热能，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。,基本原理,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。,太阳能集热器,太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置。,太阳能集热器虽然不是直接面向消费者的终
2、端产品，但是太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。无论是太阳能热水器、太阳灶、主动式太阳房、太阳能温室还是太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电等都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件的。,非聚光集热器:如平板集热器和真空管集热器,能够利用太阳辐射中直射辐射和散射辐射,集热温度较低。聚光集热器:能将太阳光聚集在面积较小的吸热面上,可获得较高的温度,但只能利用直射辐射,且要跟踪太阳。,按太阳能集热器是否聚光：聚光集热器、非聚光集热器,太阳能集热器种类,图 太阳能集热器的基本类型a）直晒式平板集热器，温升010 b）透明盖板式集热器（水），温升050 c）
3、透明盖板式集热器（空气），温升050 d）真空管集热器，温升10150, e）点聚焦集热器，温升100 f）线聚焦集热器，温升50150,平板型集热器主要由吸热板,透明盖板,隔热层和外壳等.平板集热器工作原理：当平板集热器工作时,太阳辐射穿过透明盖板,投射在吸热板上,吸热板吸收并转换成热能,然后将热量传递给板内的传热工质,传热工质温度因而升高,作为集热器的有用能量输出, 与此同时, 吸热板由于温度升高不可避免地要通过传导,对流和辐射等方式向四周散热,造成集热器的热量损失。,平板型集热器,组成和工作原理,材料:主要有平板玻璃和玻璃钢板, 平板玻璃应用最广泛.主要功能：透过太阳辐射，使其投射在吸热
4、板上,保护吸热板,使其不受灰尘及雨雪的侵蚀,形成温室效应,阻止吸热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热。材料特性：对太阳透射比高；材料对太阳辐射的吸收率和反射率要较小。,透明盖板,作用：吸收太阳能并将其内的集热介质加热。提高集热效率的措施：吸热板常经特殊处理或涂有选择性涂层，以提高集热板对太阳光的吸收率。吸热板本身的热辐射要很小，以减少吸热板对环境的散热。太阳能吸收涂层概念：为使吸热板最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能，在吸热板上覆盖深色的涂层，称其为太阳能吸收涂层。,吸热板,平板太阳能集热器吸热体可分为管板式、翼管式、扁盒式等,太阳能吸收涂层分类非选择性吸收涂层：是指其光学特性与
5、辐射波长无关的吸收涂层。选择性吸收涂层：是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。,隔热层分布在集热板的底部和侧面，可防止集热器向周围散热。外壳它是集热器的骨架，应具有一定的机械强度，良好的水密封性能和耐腐蚀性能。,返回目录,平板太阳能集热器的制造主要涉及到是保温层的制造。,工艺流程,阳极氧化涂层的生产,保温层的制造,阳极氧化板芯制作,阳极氧化涂层的生产工艺流程,翼管式阳极氧化板芯制作工艺流程,边框、保温层、板芯各部件的整体装配工艺当板芯、边框、保温层三个大部件都完成后，将三大部件结合玻璃盖板、密封胶条组合起来构成平板太阳能集热器，在目前形势下，平板太阳能集热器总装工艺主要以手工为主，
6、有少数企业根据边框型式不同可采用自动生产线装配。,平板集热器生产工艺流程图,返回目录,平板太阳能集热器的发展现状,国内平板集热器发展现状 平板集热器早在17世纪后期就被发明，是历史上最早出现的太阳能集热装置。尽管如此，但直到1960年以后它才真正被深入研究并进入实际应用。 在我国的太阳能光热应用中，平板集热器也是最早得到应用的产品，而且一度发展得很快。但由于初期产品技术和结构的缺陷，使得平板集热器从上世纪80年代的市场统治地位逐步下滑到12%左右的市场份额。 首先，作为集热器核心部件的太阳能吸热材料的光热转换效率低，直接导致了太阳能集热器效率的低下; 其次，由于结构上的特点，这种集热器组成的热
7、水器平均热损系数较大，从而导致热水器的整体热效率不高; 另外，我国的太阳能热水器(系统)基本上都采用直接加热太阳能集热器中水的方法。如果集热器中的水一旦冻结将直接影响集热器的正常运转，严重时还会导致集热管的涨裂。 而随后发展起来的真空管太阳能热水器因冬天管内的水在不排空的情况下基本不结冰或不冻坏而受到了市场的欢迎。 同时，由于全玻璃真空管技术的不断创新，使其成本大幅度降低，生产企业迅速增加，促进了全玻璃真空管型太阳能热水器市场的迅速扩大。,国外平板集热器的发展现状,据霍志臣、罗振涛对欧洲15个国家、美洲2个国家、大洋洲1个国家、亚洲3个国家(21个国家)的统计，国外生产平板式太阳能热水器的厂家
8、(含经销商)共401家，占企业总数的92. 61%;真空管太阳热水器12家，占企业总数的2. 77%;简易太阳能集热器20家，占企业总数的4. 62%。显然，平板型太阳能热水器生产经营企业远远多于其它产品类型企业数量。国外市场中，2003年平板太阳能热水器占市场销售份额的94. 88%，真空管太阳能热水器占2. 46%。 究其原因主要是国外太阳能热水系统设计理念的不同，国外系统一般采用问接式系统、分体式系统和闭式承压系统，这类系统的初期投资一般较高，但系统可靠、维护成本低、水质不会污染和系统寿命长。,主要优点：它是金属流道集热器，单位平方米成本最低，寿命最长，在世界部分地区，平板集热器全年总得热量高于其它形式集热器。金属板芯平板集热器被普遍采用。缺点：在低温环境中，透过盖板玻璃的散热损失较大，导致整个集热器效率低。（由其本身结构造成的，不易解决）。,平板型集热器的优缺点,返回目录,对本专业的启发,太阳能热水器集热管的理论设计研究对于快速变模温中冷却与加热管道的设计有重要的参考价值。,
