太阳能模拟电加热器论文

太阳能模拟电加热器论文（精选7篇）

太阳能模拟电加热器论文 篇1

1 引言

可再生能源的利用程度反映了一个国家能源利用水平的高低。碟式斯特林太阳热发电技术是目前被广泛关注的研究方向,美国及欧洲一些发达国家已经将该项技术投入了实际的应用。我国在上个世纪的八十年代已经开始了碟式斯特林热发电技术的研究,由于许多关键技术问题需要解决,目前仍处于探索研究阶段。

碟式斯特林太阳热发电系统中,抛物面聚光镜反射汇聚入射的太阳光能驱动斯特林发动机带动发电机发电。太阳能斯特林发动机的吸热器是将聚焦后的太阳光能量收集、转化并提供给发动机的部件,在整个热发电系统中起关键作用。碟式太阳能热发电的两大技术问题是双轴跟踪聚光镜和斯特林发动机,为了独立地研究斯特林发动机,而不受限于双轴跟踪聚光镜,研制了太阳能模拟电加热器,采用太阳模拟装置代替实际太阳光,以便在实验室内进行斯特林发动机的研究。

2 温升的计算

为了模拟碟式太阳能热发电系统吸热器的工作情况,达到在实验室有限条件下替代太阳能热源的目的,采用电加热的模式制作了太阳能模拟电加热器(以下简称太阳能模拟器),如图1所示,为斯特林发动机提供热源。

热流量与温升的关系为:

式中:Q为热流量,λ为导热系数,δ为两导热表面间的距离,F为导热面积。

2.1 计算钢板温升

钢导热系数λ为40w/m·℃,δ为6mm,导热圆面半径为11mm,钢板温升与热流量的关系为:

如表1所示,当热流量从1k W上升到3k W时,钢板的温度也从3.9℃以0.0039的斜率线性上升到11.8℃。如图2所示为温升与热流量的关系。

2.2 计算水泥温升

水泥导热系数λ为1.5w/m·℃,δ为20mm,导热圆面半径为11mm,水泥温升与热流量的关系为:

如表2所示,当热流量从1k W上升到3k W时,水泥的温度也从350.9℃以0.3509的斜率线性上升到1052.8℃。图3所示为水泥温升与热流量的关系。

3 太阳能模拟电加热器电路

3.1 电路

太阳能模拟电加热器的电路实物图、电路图,分别如图4、5所示。

3.2 计算电压

输出电压与输出功率的关系为:

式中:额定功率Pe=3k W,额定电压Ue=220V,P1为输出功率,U1为输出电压。

3.3 实验数据

实验数据如表3、4所示。

4 保温绝热

在太阳能模拟电加热器的内表面与里面的交接处填充了硅酸铝绝热板进行绝热保温。该产品是用加有粘结剂的硅酸铝棉制成的具有一定刚度的平面制品。具体技术参数如表5所示。规格为600mm×400mm×40mm,执行标准是GB/T16400-2003。

5 最小二乘法确定热惯性时间常数

定义Ti,i=1,2,……n,为模拟器实测温升,模拟器估计值T赞:

模拟器实测值与估计值误差为:

定义判据:

其中:εT=[ε1,ε2,……,εn]。由式(5)与(6)可得:

上式为实测温升与估计值之差的平方和,对τ求导求得τ为54.80时,导数为0,J取得最小值。

6 结束语

从温升计算到电路模拟及实验论证,显示出该模拟器充分模拟了碟式太阳能热发电系统吸热器的工作情况,设计合理,具有较好的吸热效果,达到了在实验室有限条件下替代太阳能热源的目的。

摘要：吸热器是碟式太阳能热发电系统的重要部分,它决定着控制系统及发电机输出电能的性能。为了在实验室条件下模拟碟式太阳能热发电系统吸热器的工作情况,综合采用碟式太阳能热发电原理和吸热器技术,设计加工了一种太阳能模拟电加热器,并对其进行了实验研究。

关键词：碟式太阳能热发电系统,电加热器,太阳能模拟

参考文献

[1]刘志刚,张春平,赵耀华,唐大伟.一种新型腔式吸热器的设计与实验研究[J].太阳能学报,2005,6,26(3):332-337.

[2]杜景龙,唐大伟,李铁,苏国萍.碟式太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究[J].工程热物理学报,2010,11,31(11):1883-1885.

[3]夏天长.系统辨识[M].北京:清华大学出版社,1983,10:73-84.

[4]李铁,张璟,唐大伟.太阳能斯特林机用新型吸热器的设计与模拟[J].工程热物理学报,2010,3,31(3):451-453.

太阳能模拟电加热器论文 篇2

1 微通道集热器结构

微通道集热器的结构如图1, 其基本组成部分如下:

(1) 吸热板, 微通道集热器内吸收太阳辐射能并向工质传递热量的部件, 采用1.5 mm×12.5 mm的矩形微通道扁管 (该结构中, 流体与吸热板接触面较大, 换热均匀, 其结构如图2) 作为微通道换热器的流管, 再将所有微通道流管的两端分别与集流管相连, 形成一个紧凑的微通道板, 在其上表面电镀一层黑铬作为微通道集热器吸热板。

(2) 透明盖板:平板型集热器中覆盖吸热板、由透明 (或半透明) 材料组成的板状部件。它的功能主要是透过太阳辐射, 使其投射在吸热板上;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。

(3) 集管:分入口管和出口管, 与吸热板各微通道流管组成流体循环系统, 将吸热板吸收的热量供给需要加热的流体。

(4) 隔热层:集热器中抑制吸热板向周围环境散热的部件。

(5) 外壳:平板型集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和隔热层的部件。

2 系统模型及条件

2.1 系统模型

(1) 热损数学模型

平板型集热器热损计算公式[6]

式中QLC———平板集热器总热损系数;

Ua、Ub、Ut———边壁和底部热损系数;

tp———吸热板温度/℃;

ta———环境温度/℃。

由于吸热板底部及四周都包有保温材料, 因此底部和边壁热损较少, 只需考虑顶部热损, 根据Klein经验公式[7], 顶部热损失系数Ut

式中n———盖板数目;

C———集热器倾角影响系数, 常数;

hw———风与盖板的对流换热系数;

εg———玻璃发射率;

εp———吸热板发射率;

f———常数, f=f (εg, hw, n)

(2) 板温计算数学模型

吸热板平均温度计算公式[8]

式中Tf, i———入口水温/℃;

Qu———集热器有效能量收益;

Ac———集热器面积/m2;

UL———热损系数/W·m-2·℃-1;

FR———热量转移因子;

F'———效率因子;

Rp-f———吸热板与流管间的换热热阻。

其中, FR、F'、Qu和Rp-f的计算公式由文献[7]给出。

(3) 水侧换热模型

式中mw———水的质量流量/kg·s-1;

Cpw———水的比热容;

to———出口水温/℃;

ti———入口水温/℃。

2.2 条件设置

本文采用循环式太阳能热水系统为研究对象, 与直流式太阳能热水系统[7,8,9,10]相比, 水与集热器之间的换热动态特性会加强, 换热效率会有所提升, 同时能有效减少水垢产生。将产水温度设定为55℃, 可用于盥洗、沐浴和洗涤用, 完全可以满足用户对水温的要求[11]。初始冷水温度为17℃, 当水箱内水温低于55℃时, 循环泵工作, 使冷水流过集热器, 与吸热板进行循环换热;当水温达到55℃时, 循环泵停机, 太阳能热水机组停止工作。设定太阳辐射强度为800 W/m2, 太阳辐射透过玻璃盖板垂直射到金属集热板上使集热板温度上升, 集热板将太阳能转化为热能, 与流管进行稳态传热, 由管道中的水将热量带走。由于水箱内储水量较大, 太阳能热水器加热水的各时间点, 可视为一个稳态换热过程。建立一水平放置的平板集热器模型, 长度为2 m, 宽度为1 m, 流管数随管间距变化。吸热板厚度1 mm, 流管和吸热板材质, 微通道集热器为铝, 传统集热器为铜。盖板到吸热板距离40 mm, 底部和边壁绝热, 环境温度为17℃。玻璃板物性参数:吸收率0.12, 透过率0.92, 发射率0.85, 密度2 220 kg/m3, 比热容830 J/ (kg·℃) 。吸热板和排管物性参数:吸收率0.96, 发射率0.17, 密度8 978 kg/m3, 比热容381 J/ (kg·℃) 。为便于对比分析, 设置了管径为15 mm, 管间距分别为50 mm、100 mm、125 mm的传统平板型集热器, 做对比仿真分析, 其中50 mm管间距为管翼式平板集热器最佳管间距[12], 100 mm、125 mm管间距为市面销售的平板热水器较常见的, 下文中分别以W50 mm、W100 mm、W125 mm对这三种热水器做区分, 各集热器结构参数如表1所示。

3 模拟结果及分析

在稳态条件下, 比较了微通道集热器和不同管间距传统集热器的平均板温、热流损失, 仿真结果如图3、图4、图6、图7。微通道、W50、W100、W125四种类型集热器分别由a、b、c、d表示。图3、图4显示了各集热器在不同入口水温条件下吸热板的平均温度和吸热板的热损系数, 用于评价工作性能。图6、图7显示了各集热器相同的环境条件下板温和瞬时集热效率随时间变化趋势。

由图3和图4可知, 平板型集热器吸热板平均温度和热损随着入口水温的升高而升高, 在相同的入口水温下, 微通道集热器的平均板温和热损系数明显低于传统平板集热器;在传统平板集热器中, 平均板温和热损系数随着管中心距增大而增大。集热器的集热板吸收太阳辐射, 通过管翼把热量传递给管中流体使其升温, 如图5所示。传统平板集热器中, 管中心距小的集热器较管中心距大的吸热板管翼吸收的太阳辐射量少, 除去向管中流体传递的热量, 管本身所剩余的热量较少, 相应吸热板温度也较管中心距大的集热器低。而微通道集热器流管管翼最大长度只有0.5 mm, 因此相对传统平板型集热器来说, 吸热板温度更低。集热板温度对平板集热器的热损有重要的影响, 集热板温度越低, 热损越小;吸热板温度越高, 集热器热损越大。

图6和图7是在相同的环境条件下将100 L水加热到55℃水温和瞬时集热效率[13]随时间变化的趋势, 由图可以看出, 传统平板型集热器中, 管中心距越小, 热损越低, 加热所用的时间越短, 瞬时集热效率越高。将水加热到设定温度微通道集热器所用的时间明显要短, 而加热过程中的瞬时集热效率明显要高;从表2的仿真结果可以看出微通道集热器在设定的环境条件下, 平均集热效率最高, 比最佳管间距的传统平板集热器要高出9.3%比市场常见的两种集热器分别高20.6%、30.6%。

4 结论

本文针对目前平板型集热器集热效率较低的现状, 设计了一款微通道集热器, 运用Matlab软件仿真计算了微通道集热器和管翼式平板集热器的平均板温、热损、瞬时效率以及水温随时间变化的过程。讨论分析了稳态条件下微通道集热器性能以及管中心距对管翼式集热器效率的影响。经过对仿真结果的分析可以得出以下结论:

(1) 传统平板型集热器在管径相同的情况下, 管中心距越小, 吸热板平均温度越低, 热损越小, 集热效率越高。

(2) 微通道集热器的吸热板的平均温度明显低于管翼式平板集热器, 热损明显小于管翼式集热器;在加热同等体积水的时候, 微通道集热器所花的时间要短, 瞬时集热效率要高, 其平均集热效率比最佳管间距的平板式集热器高9.3%, 此仿真结果证明微通道集热器的集热性能明显优于传统平板式集热器。

摘要：针对传统的平板型太阳能集热器集热效率较低的问题, 本文设计了一款微通道集热器, 采用数值模拟方法研究了微通道集热器的工作状况, 并分析了传统平板型集热器的管中心距在稳态传热条件下对集热器的效率影响。仿真结果表明:相同条件下, 平板型集热器的管间距越小, 集热效率越高;微通道集热器的平均集热效率比最佳管间距的平板型集热器高9.3%, 比常用的两种平板型集热器分别高20.6%、30.6%。该结果有利于优化平板型集热器的设计参数, 为微通道集热器的实际应用提供了依据。

太阳能集热器 篇3

太阳能集热器是指吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置。这短短的定义却包含了丰富的含义:a) 太阳能集热器是1种装置;b) 太阳能集热器可以吸收太阳辐射;c) 太阳能能集热器可以产生热能;d) 太阳能集热器可以将热能传递到传热介质。

在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。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。

太阳能集热器虽然不是直接面向消费者的终端产品，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。效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。

平板太阳能集热器技术问题浅析 篇4

平板集热器在我国已有20多年的生产和应用经验。与真空管太阳能集热器相比, 它具有承压能力强, 吸热面积大, 易于建筑相结合等特点, 被广泛应用于分体太阳能热水系统和大面积热水工程系统, 市场前景广阔。

随着技术的进步, 平板集热器及热水器的高效涂层、高透过率盖板及密封保温等技术已达到较高的水平, 产品的性能大幅提高, 市场竞争力也在进一步增强。我国平板太阳能集热器、热水器的发展已呈现出诱人的前景。目前的平板太阳能集热器已经解决了产品集热性能的问题, 但由于在细节上还存在诸多不足, 使用效果不甚理想, 一定程度上限制了平板集热器的推广。

2 平板太阳能集热器技术问题简述

2.1 集热器的安全使用

平板太阳能集热器安装在阳台立面或者屋顶, 要适应各种天气状况下的运行, 必须保证集热器的安装牢固和自身抗冲击性能。相比真空管式太阳能集热器, 同等面积的平板太阳能集热器对强风的承载面积更大, 其支架必须加厚加固, 同时表面应做防锈处理, 尤其是安装在阳台南立面的阳台壁挂形式的集热器, 对集热器的安装要求更强。平板太阳能集热器所采用的3.2mm低铁超白钢化玻璃可抵抗直径30mm钢球0.5m高度的自由落体撞击, 一般都可经受暴雨或冰雹等较大负载;另一方面, 由于钢化玻璃中硫化镍的存在会引起自爆现象。当然, 由于玻璃中的重金属铁和镍是共生的, 随着超白玻璃铁含量的大大降低, 镍含量也大大降低, 可以从源头上控制解决自爆的问题, 根据南玻集团众多工程案例的使用情况统计, 超白钢化玻璃自爆率约为1/10000 (普通钢化玻璃自爆率高于3/1000) 。

2.2 平板集热器的集热性能

平板太阳能集热器的集热性能主要体现在太阳能选择性吸收涂层方面。由于技术工艺的不同, 不同涂层的吸收、发射性能及寿命也不同。阳极氧化涂层是对金属衬底进行阳极氧化处理, 制备具有梯度分布的多孔表面, 通过在孔洞中掺入金属来获得高的太阳能吸收率, 与衬底的低红外发射特性配合可获得选择性吸收效果, 涂层与金属结合较为稳定, 吸收率在0.88-0.93之间, 发射率为0.10-0.16。黑铬涂层是由金属铬和氧化铬组成的金属陶瓷型涂层, 该涂层吸收率为0.94, 发射率约为0.10。蓝钛涂层技术采用物理气相层沉积 (PVD) 技术, 将涂层连续镀在卷状金属带上, 在真空环境中, 钛在电子射线枪的作用下被汽化, 汽化物在加入氮和氧后成为氮氧化钛并在金属带上沉积冷凝, 此外石英在被汽化后形成第二次抗反射层, 并起到保护作用。氮氧化钛蓝膜涂层不仅高吸收, 且在减少反射的同时将热能存在吸收体内部, 该涂层厚度较薄, 且涂层与金属底板的附着力不强, 涂层吸收率约为0.96, 发射率最低只有0.05, 经试验, 在多云的天气条件下, 也可以很好的提高集热器的整体效率。

2.3 平板集热器的密封性和呼吸功能

平板太阳能集热器的密封可减小热量的损失, 同时避免大气中水汽和腐蚀性气体等对集热性能的影响。平板集热器吸收太阳光后温度升高, 集热器内气体受热膨胀, 必须通过集热器边框上的呼吸口向外界排出;晚上, 平板集热器降温, 外部空气回流到集热器内部。在这个循环中, 环境空气中的腐蚀性气体会影响选择性吸收涂层的吸收率和寿命, 同时进入集热器的水汽会加大集热器板芯与玻璃盖板间的对流换热, 并且集热器玻璃纤维棉吸收水分后保温性能将大大降低。另一方面, 集热器内铜管与条带板之间的焊点或焊缝在潮湿空气中容易发生电化学腐蚀现象。因此, 集热器的设计应采用先进防水处理, 将集热器玻璃盖板与集热器边框实现无缝隙紧密结合, 有效的防止雨水的渗透对集热器的影响。呼吸口在保证内部潮气排出的同时。

2.4 平板太阳能集热器的焊接技术

除了早期很多厂家采用铜铝复合工艺外, 平板太阳能集热器目前主流是采用焊接方法。焊接主要有两种方式:1、激光焊;2、超声波焊。这两种焊接方式各有优缺点, 激光焊接是利用高能激光将所焊金属熔化而产生连接。在太阳能吸热板焊接中采用间隔3~5mm一个焊点的形式焊接。优点:在所焊工件上不需要加压, 整体变形小吸热层表面破坏小缺点:金属片和铜管之间绝对导热面积小, 影响热传导效率;对铜管平直度要求高, 不易对准焊接位;焊点强度较差, 冷热交替频繁或受外力时, 焊点易断裂。超声波焊接是利用超声波焊头所产生的往复加速度, 使所焊金属在常温下产生的物理性连接。优点:焊接牢固, 热传导效率高。缺点:在吸热层表面会留下3mm左右的焊痕。

2.5 平板太阳能与建筑一体化相结合

平板太阳能集热器与建筑一体化结合是平板太阳能热水器的发展方向。与建筑一体化相结合要求在设计安装方面, 从“建筑后安装”升级为“建筑一体化产品”, 建筑一体化, 就是同步规划、同步设计、同步施工、同步验收。在建筑设计时, 太阳能配套厂家就要做到与建筑设计单位、建筑单位充分沟通, 设计时就考虑到太阳能集热器的安装及预留位置, 另一方面要求集热器自身要满足满足建筑的保温、防水等相关要求。同时要求集热器从选材、工艺、结构形式、安装方式都必须考虑与建筑一体化的要求, 使其在使用寿命、产品安全性、保温防水和安装形式上都能与建筑要求达到完美结合。

3 结论

陶瓷板太阳能集热器集热性能分析 篇5

陶瓷太阳板集中热水系统由集热器主体、控制柜、集热水箱、板式换热器、循环泵等若干部分组成。

控制系统采用触屏控制, 可进行手动控制、自动控制切换, 同时所有控制参数均可实时调整。控制系统共设置有两套自控方式:

(1) 直流运行控制:控制系统判定屋顶集热器板内温度与集热水箱内温度差是否满足设定条件 (通常为7-10℃) , 满足则开启电磁阀, 冷水直接进入集热器板内将热水顶入集热水箱, 至温差低于设定温差, 关闭电磁阀, 系统进入闷晒状态。

(2) 换热运行控制:控制系统下辖两台循环泵, 集热器组与集热水箱由一台板式换热器连接, 集热器内高温流体经板式换热器换热加热集热水箱内温度较低热水。循环泵启停采用温差控制, 即当集热器组内温度与集热水箱内温度差满足设定条件时, 两台循环泵同时开启进行换热。

2 数据采集记录简述

该系统共设置PT100铂电阻接触式温度探头27个, 其中屋面集热器支管、干管上设置有6个, 板式换热器进、出口两侧设置4个, 集热水箱中部设置1个。坡屋面顶端设置半球形远传辐照仪一台, 数据实时回传至控制柜显示屏。

本次共采集7天两种工况下的实验数据, 直流3天, 换热4天, 涵盖阴雨、多云、晴朗各天气状况, 数据采用远传记录处理。当天实验完成后, 放空集热水箱, 确保系统处于初始工况, 对次日运行无严重干扰。

3 集热性能分析

3.1 直流工况集热性能分析

3.1.1 陶瓷板太阳能集热系统直流工况日有效得热量

由表1所记录数据, 在不考虑环境温度对集热系统的影响前提下, 可依据公式 (1) 得出系统的日有效得热量:

其中c-工质的比热容, 水取1200J/ (kg·K) ;ρ-工质的密度, 水取1000kg/m3;v-工质的体积;计算得直流工况系统日有效得热量分别为:196.27MJ, 98.28MJ, 196.99MJ。

3.1.2 陶瓷板太阳能集热系统直流工况集热效率

依据集热器瞬时集热效率计算公式:

式中:I-太阳辐射强度 (W/m2) , 参表3;AC-集热器的有效面积 (m2) , 取0.715×0.75×160=81.8m2;G-流经集热器流体的流量 (kg/S) , 取0.38kg/S, 详细计算参表4;CP-流体的定压比热容 (J/Kg·K) , 取1200J/Kg·K;Ti-入口流体温度 (℃) ;To-出口流体温度 (℃) 。

依据公式 (2) 对3天共543组实时数据进行逐一计算, 得出集热效率峰值及最低值。

3.2 换热工况集热性能分析

依据公式 (1) 计算换热工况下系统日有效得热量。

换热工况下板式换热器两端各设置循环泵一台, 水泵流量12.5m3/h, 扬程12m。直流工况下G-流经集热器流体的流量 (kg/S) , 取12500/3600=3.47kg/S。

依据公式 (2) 对3天共275组实时数据进行逐一计算, 瞬时集热效率参下表

数据表明8/28日系统平均瞬时集热效率超过50%, 明显高于前两组数据, 这是由于8/28平均太阳辐照强度较8/19、8/25两日明显降低 (参表8) , 而辐照强度与集热效率成反比, 导致8/28日系统平均瞬时集热效率高于8/19、8/25两日。

4 系统性能分析

4.1 直流、换热工况系统性能对比

表2和表4数据表明:换热工况下, 由于二次换热设备的存在, 导致约160×6=960L (单块陶瓷太阳板存水量为6L) 的热媒水, 始终存留在屋面集热器组件内。而这部分热水受温差循环控制条件制约, 温度一定会高于储热水箱中的水温, 这就意味着换热工况下, 集热系统将始终有近960L的热水无法得到利用, 并随着夜间温度的降低, 重新被冷却。

因此, 该集中太阳能热水系统, 采用直流工况所获得的热水量将明显高于换热工况下系统所获得的热水量。

4.2 提高系统运行效率的假设

依照实验数据, 换热器两端温差提高5℃, 将使水箱温升效率提升一倍, 即有效换热量提高1倍。

参表5数据, 可知当系统循环启停温差设置在10/6℃时, 受换热温差较低的影响, 系统换热效率不高, 循环泵处于长时间运转的状态下。将循环启停温差调整为15/10℃时, 换热效率得到提高, 系统单个运行时段缩短。进一步增大循环启停温差至20/10℃, 系统换热效率得到明显提升, 同时循环系统单个运行时段缩短, 系统日总运行时间大幅度缩短。

结合表4、表5数据对比, 不难发现由于采用了大循环启停温差控制, 2012/8/28日, 在平均日辐照值较另外两日低 (分别低22%、17%) 的情况下, 通过更短的系统日中运行时间 (分别短33%、35%) , 获得了与另外两日基本相同的日有效得热量 (分别为高7%、低16%) 。同时系统平均瞬时集热效率也获得了明显的提高。

在系统最后一个循环时段内, 循环停止温差宜从0℃进行适当的提高, 因为循环停止温差过低, 将使换热效率严重消减, 导致系统长时间运行, 却只能为储热水箱内热水换取有限的热量, 与所耗费的电能相比得不偿失。

3 换热工况性能改进总结

北京地区夏季陶瓷太阳板集中热水系统, 采用换热工况时:

3.1上午9:00-下午14:30之间, 宜采用更高的系统循环启停温差 (推荐20/10℃) 。

3.2下午14:30-15:30间系统循环启停温差适当调低 (推荐15/10℃) 。

3.3 下午15:30之后, 受太阳辐射强度降低, 储热水箱水温升高的双重影响, 宜将系统循环启停温差进一步调低 (推荐10/4℃) 。

3.4 系统实现分时段控制, 在现有技术条件下并无太大难度, 程序编写员在编写控制程序时, 将控制时段预分为3-4个, 并为每一个控制段预留手动调整模块, 即可轻松实现。

4 推广应用前景分析

陶瓷太阳板在近一个月的调试、试验过程中, 表现出了较优秀的制热能力, 日有效产水量与真空玻璃管、平板型集热器相比基本相同。表明陶瓷太阳板作为一种新型、工艺独特的末端集热产品, 其集热性能还是比较出色的。

摘要：随着“十二五”规划纲要的正式提出, 太阳光热利用作为近十年来世界上发展最迅猛的可再生能源技术, 被明确列为“十二五”科技发展重点。黑瓷复合陶瓷太阳板 (以下简称陶瓷太阳板) , 作为一种全新材质的太阳能末端集热器, 因其独特的制作工艺、低廉的制造成本, 在户式家用太阳能热水器中已经得到成功应用。同时, 该类集热器尚无在中、大型集中型系统中使用的先例, 因此, 对采用陶瓷太阳板作为集热末端的大型集中太阳能集热系统的运转情况、集热效率进行跟踪测试、分析, 可以针对性的总结此类系统的使用成果, 促进太阳能光热利用技术的进一步完善。文章将依托采用陶瓷太阳板集中热水系统的某实验基地, 就系统实际运行过程中所采集到的数据为依托计算其实际制热能力。

平板型太阳能集热器的研究进展 篇6

随着新能源的广泛应用,人们对太阳能利用的研究和利用越来越深入。太阳能的热利用是太阳能利用的主要方式,在包括太阳能热水系统、太阳能空调系统等在内的太阳能热利用系统的核心部件是太阳能集热器,其性能和成本对整个系统运行的成败起着至关重要的作用。平板型太阳能集热器因其具有集热效率高、承压性好、建筑一体化程度高等优点,成为当今太阳能热利用研究的热点。

1 集热器的类型及其特点

1.1 按照热交换方式的分类

集热器与储水箱中的水进行热交换主要以2种形式进行,a)直接加热,即储水箱中的水流经集热器不断地吸收热量直至整个系统温度升高;b)间接加热,即储水箱中的水和流经集热器的集热介质在水箱中进行热交换,最终达到水箱内水温升高的目的。尽管直接加热可以在短时间内使水温达到较高温度,但是系统的热量损失尤其在夜间损失颇为严重,间接式加热采用的集热介质一般为乙二醇防冻液,优点是集热速度快、油性介质热量损失速度慢,但换热速度相对也较慢。

1.2 按照导热介质的分类

平板型集热器使用的集热介质以水、油、气及纳米流体材料为主。

利用水和油作为集热介质的,主要用于热水系统,利用气体作为集热介质的,主要用于工业干燥作业,张东峰[1]等研制的高效太阳能空气集热器可使工业干燥设备节能35%以上,但是,由于产品制作工艺性不高导致成本较高。王崇杰[2]等研究的渗透型太阳能空气集热器集热效率高达0.72,集热器集热速度快,效果显著。

基于纳米流体具有优异的热输运性能,纳米颗粒具有特殊的光吸收性能,使其成为近几年直接吸收式太阳集热器循环工质的研究亮点。已用作太阳集热器循环工质的纳米流体主要有Si O2-水、Al203-水、碳纳米管-水等无机非金属纳米流体和铝-水、铁-醇水混合物等金属纳米流体。毛凌波[3]等研究的碳包铜纳米颗粒流体太阳能集热器的光热性能表明,制得的碳包铜纳米流体静置1个月未发生分层现象,具有很好的悬浮稳定性,X射线衍射图表明,碳包铜纳米粉体中只有C和Cu的相,没有出现Cu O相,证明了碳层的保护作用,添加碳包铜纳米颗粒流体的集热器比单一的乙二醇水溶液温度提高了近20℃。

其他储热材料以多种材料组合利用为主。张文基[4]以居民居住的标准房间(4.0 m×2.7 m)为准,利用冬季太阳能集热器的热能与直径为50 mm~100 mm的砾石铺设成厚150 mm的地下蓄热系统进行蓄热和放热试验,结果表明,利用此集热器可使砾石系统达到47℃,完全可以达到室内采暖的要求。

1.3 按照吸热材料的分类

集热器吸热体上把太阳能转化为热能的涂层材料主要分为非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。非选择性吸收涂层,如,黑板漆和炭黑,其太阳吸收比高达0.95,发射率也在0.90左右,热利用率低。太阳辐射主要集中在0.3μm~2.5μm波长范围内,吸热板的热辐射主要集中在2.0μm~20.0μm波长范围内,要增强吸热板对太阳辐射的吸收能力,减小热损失,降低吸热板的热辐射,就需要采用选择性涂层[5]。选择性吸收涂层包括金属氧化物、硫化物、碳化物、氮化物以及近年来出现的金属陶瓷等复合材料。其发展是从Pb S、金属氧化物涂料、黑镍、黑铬到铝阳极化涂层再到“超级蓝膜”涂层的更新换代过程。除了上述无机材料外,近年来有机聚合物吸热材料也得到了广泛的发展[6]。

目前,中国平板集热器吸收表面主要采用采用黑镍、黑铬、蓝钛涂层作为产品的吸热涂层。表1对各种吸热涂层材料的吸热原理、合成方法及性能进行了比较。从表中可以看出“超级蓝膜”涂层和干涉型Al2O3-Mox-Al2O3(AMA)的性能最好。但是,干涉型吸热涂层合成步骤繁琐且不易控制导致性能变差,而“超级蓝膜”涂层合成相对简单、性能稳定并成为市场的主流产品。

1.4 按照集热管与吸热片连接方式的分类

主要分为管板式、翼管式、扁盒式和蛇管式。吸热板的主要结构形式见图1[11]。表2给出不同结构类型的连接方式及优缺点,从表2中可以看出,管板式类型的集热器具有连接方式简单、制作成本比其他3种类型低、热效率高等优点而成为现在产品的主要方式。

2 结语

基于平板型集热器具有建筑一体化程度高、承压性好及耐冻性好等特点,使对其的研究和推广程度越来越大,仍存在诸如集热性能有待进一步提高、成本偏高及制造工艺相对复杂等缺点。随着新材料技术的发展,纳米和聚合物涂层材料等新型选择性涂层材料的投入使用,制造工艺进一步改进和人们环保意识的增强,都将使平板型太阳能集热器的研究和应用获得新的发展。

摘要：从热交换方式、传热介质、吸热涂层及管片连接方式等方面,叙述了平板型太阳能集热器的分类和各类的优缺点,提出,对平板型太阳能集热器改进的措施。

关键词：太阳能,集热器,介质,吸收涂层,吸热原理

参考文献

[1]张东峰,陈晓峰.高效太阳能空气集热器的研究[J].太阳能学报,2009,30(1):61-63.

[2]王崇杰,管振忠,薛一冰,等.渗透型太阳能空气集热器集热效率研究[J].太阳能学报,2008,29(1):35-39.

[3]毛凌波,张仁元,柯秀芳,等.纳米流体太阳能集热器的光热性能研究[J].太阳能学报,2009,30(12):1647-1652.

[4]张文基.太阳能集热器的热流气体对砾石的蓄放热特性研究[J].农业工程学报,2005,21(8):126-131.

[5]李立明,太阳能选择性吸收涂层的研究进展[J].粉末冶金材料科学与工程,2009,14(1):7-10.

[6]吴嘉辉,杨丽庭,宋科明,等.聚合物太阳能集热材料研究进展[J].广东化工,2011(1):91-93.

[7]胡万里,李长友.太阳能选择性吸收涂层[J].可再生能源,2005(3):44-46.

[8]王蕊,张万钢,魏海波.浅谈平板太阳能集热器选择性吸收涂层的制备及发展前景[J].科技向导,2010(7):86,99.

[9]李时润,徐熙平,李刚,等.中高温太阳能选择性吸收涂层[J].太阳能,2010(3):16-19.

[10]苏畅,邓纶浩,何柳.太阳能吸热涂层的研究现状[J].电镀与环保,1999,19(5):3-7.

太阳能模拟电加热器论文 篇7

彩钢复合板广泛应用于厂房乃至民用建筑, 因为它具有应用广泛、寿命长久、防火抗风、质轻、高强度、色泽丰富、施工方便快捷、抗震、防雨、免维护、隔热保温性能好、无污染等特点。

正是由于彩钢复合板的广泛应用, 在太阳热水系统的安装施工过程不可避免地要解决集热器与彩钢板屋面的结合问题。在一般的平顶建筑屋顶, 我们可以预留水泥基础或安装钢结构来固定太阳集热器, 但是彩钢板屋面的檩条在保温层下面, 表面面层不能直接焊接会破坏其性能, 且一般彩钢板表面会有波峰, 直接操作比较困难。而彩钢复合板屋面荷载设计为0.5kN/m2。恒定荷载为0.2～0.3k N/m2, 活荷载为0.35k N/m2, 即彩钢复合板本身不承受重量。但是彩钢复合板利用钢结构来支撑, 钢结构一般为:梁以“工”字钢或者“方钢”为主, 檩结构采用“C”型钢或“Z”型钢为主。故我们可利用彩钢复合板下面的钢结构作为切入点。

我们可以采用钢板通过自攻丝与檩条结合的方式 (主要结构见图2) 。结合工程案例具体操作如下:

1. 与彩钢板屋面的结合

采用一块钢板 (大小可以根据屋面波形的情况选定) , 打孔, 自攻螺钉 (图3所示) 穿过钢板的预留孔与彩钢板下的檩条连在一起 (自攻螺钉分为自攻自钻螺钉和打孔后自攻螺钉) , 所有接缝处全部打密封胶, 自攻丝处也要打胶处理, 以防漏水。这是一种外露连接方式, 单面施工, 操作方便, 简单易行。

2. 单个组件的安装

再取一块钢板, 在两钢板之间焊接槽钢或工字钢等, 可拉线确定其高度等。建议不低于200mm, 高度一定要高于彩钢板的波峰高度。

单个组件制作如图4所示。

3. 钢结构的设计安装

根据所安装的太阳能集热器的南北尺寸确定南北方向两个单个组件的位置情况;根据所安装的太阳集热器的东西尺寸和台数确定东西方向的尺寸。

每两个单个组件通过槽钢焊接连接在一起, 东西方向可通过槽钢或其他型钢将其连接。需要注意钢结构材料的选型必须经过设计院校核其承载能力;焊接部位不能出现虚焊、漏焊现象, 且所有的型钢必须经过防腐处理, 如涂刷防锈漆和银粉漆等, 保证钢结构在室外恶劣的天气情况下不会很快腐蚀锈蚀。如图5所示。

4. 集热器的安装

布置好钢结构后, 太阳能集热器安装即可, 图6为太阳能热水系统工程安装完成后的照片。