寧夏農村太陽能利用項目的技術難點與創新

寧夏農村能源工作站 ■ 馬 虎 吳彩琴

寧夏農牧廳 ■ 烏愛華

寧夏回族自治區在太陽能利用項目推廣應用過程中，注重推廣項目中太陽能利用技術的適用性、太陽能利用產品的質量效益、太陽能產品的配套技術等。根據推廣應用中的技術問題，研究后提出改進的技術方案，在項目推廣中不斷創新技術，共研究改進創新太陽灶技術6項、太陽能熱水器技術3項、被動式太陽能房技術2項，獲得太陽能利用專利技術項目4項（防凍太陽能熱水器、多功能太陽能保暖防曬采暖窗、承壓式太陽能供熱裝置、太陽能烘干機）。在推廣應用中總結出太陽灶－沼氣、太陽房－節能炕、太陽房－太陽能熱水器、太陽能供熱－大型沼氣等生產生活用能模式，這些創新技術和用能模式的應用，促進了太陽能利用項目的順利實施，保證了項目建設質量，取得了很好的項目建設效益。根據實踐，總結了以下相關經驗供參考。

一 太陽能利用的技術難點

1 聚光太陽灶是利用拋物面的聚焦性，采用鍍鋁鏡片反射將太陽光線匯聚到炊具底部以達到燒水做飯目的的裝置。技術難點：跟蹤太陽光線需要靈活的轉動跟蹤技術；在室外操作，因抗風灶體較重，需要牢固的支架和灶體的連接技術；收集太陽能需要高效穩定的反光材料粘貼技術；太陽灶的曲面承重較大，灶體要有鋼性。

2 太陽能熱水器是直接利用太陽能將水加熱的裝置。太陽能熱水器安裝在室外屋頂和陽臺上，需要熱水器和建筑緊密結合的技術。太陽能熱水器水箱管路的冬季保溫防凍技術、太陽能熱水器的操作使用技術等都成為難點。

3 被動式太陽房、太陽能暖圈主要是集熱、蓄熱和保溫，因此，被動式太陽房集熱器的采光吸熱技術、集熱器的保溫密封技術、太陽房的外圍護保溫以及配套熱源的技術等為難點。

二 太陽能項目的創新點

1 太陽灶技術參數的選取及改進。焦距值由70cm優化選取為75cm，截光面由1.6m2優化選取為1.7m2，截光部分由正軸型優化選取為偏軸型，由軸外聚光型優化選取為軸上聚光型。經過以上改進，光效率由66.5%提高到69.4%，功率由700W提高到750W，顯著改善了性能指標。

2 太陽灶灶殼材料的優選。水泥灶殼的強度取決于混泥土的材料和結構，混泥土灶殼改進前，配用的卵石光滑、把著力弱，山石沙雜質較多、粘合力差，應用P.O32.5普通水泥強度較低，生產的灶殼強度低、破損率高。經實驗研究，改為選用表面粗糙、把著力強的機制石和粘合力強、雜質含量低的河沙，并且在灶殼中增加大規格φ4mm、冷拔絲20mm×20mm間距的鋼筋網，殼體強度由27Mpa提高到32Mpa，縮短了起殼體時間，降低了殼體的破損率。

3 太陽灶鏡片粘貼技術的改進。瀝青熬制工藝改進前為熱熬制熱用，用普通瀝青，存在粘貼時間短、鏡片粘貼不牢的問題，改進后為熱熬制冷用，延長了粘貼時間，并選用純度高的高質量瀝青，加入滑石粉等添加劑，增加了粘度；殼體和反光材料之間加入防堿薄膜，解決了殼體返堿腐蝕鏡片鍍鋁層的問題。粘貼技術的改進解決了鏡片脫落、鏡片鍍鋁層背黑的問題，焦斑面積由以前的130cm2縮減到90cm2，從而提高了光效率和功率。

4 太陽灶灶架材料及工藝改進。鍋架部分，改進前為25mm寬的扁鐵，改進后為φ10mm圓鋼，增加了強度，避免了因聚光長時間燒烤造成的鍋架損壞；底座部分，改進前為三角鐵焊制的底座，由于重量輕，存在不穩定性，改進后為6分的鋼管和混凝土預制底座，由于本身的重量比較重，解決了支撐不穩定的問題；轉動操作部分，改進前為頂絲調節型，由于頂絲的接觸面比較少，加上有時擰不緊，存在頂絲滑落損壞鍋具及灶體的現象，改進后升降部分用φ14mm圓鋼加工成的T型扣，不但增加了操作的方便性、穩定性，而且徹底避免了滑落現象。

5 太陽灶運輸大架的改進。由以前的正面對正面碼放運輸改進為背面對背面碼放運輸，由以前的兩面用一個鋼絲繩扎捆改進為兩面各用一個鋼絲繩扎捆，灶殼運輸途中的破損率由15‰降低到2‰。

原農業部部長孫政才(現任吉林省省委書記)考察太陽能項目

6 CDM太陽灶減排技術創新。經國家發改委批準，瑞士再保險公司、芬蘭外交部與寧夏企業合作實施清潔發展機制太陽灶項目7萬臺。該項目由寧夏農村能源工作站技術指導，以寧夏豐聯世貿有限公司為建設主體，與清華大學環境中心共同設計開發了以太陽灶作為減排工具的CDM項目群，包括“彭陽項目”、“紅茹河項目”、“西吉項目”和“海原項目”，計劃向上述項目區推廣投放太陽灶7萬臺，該項目已經在聯合國氣候理事會成功注冊，于2009年底投放3.4萬臺。目前，彭陽、紅茹河、西吉項目共計5.3萬臺太陽灶已投放完畢，彭陽項目核查終審報告已報EB，進行完整性審核。該項目的創新意義在于：寧夏回族自治區出現全球首個以太陽灶為減排工具、廣大貧困農戶為溫室氣體減排主體的新模式；延伸太陽灶推廣的效益，項目不但改善了農戶的生活條件，而且國外二氧化碳當量轉讓8.15～9.5歐元/t的價格也惠及了貧困農戶，節能增效意義積極；為順利實施項目建立的評估方法學已經國際認定，同時制定了嚴格的項目實施方案，發放管理細則、用戶培訓方案、維護及修理辦法，國際組織在核查項目執行時記錄詳細、科學嚴謹、審查嚴格，為該區太陽灶的推廣提供了良好的借鑒。

7 防凍熱水器技術創新。寧夏銀川瑞明太陽能公司在1999～2002年“寧夏千戶太陽能熱水器陽光工程”建設中，根據項目建設的要求創新了太陽能熱水器防凍技術，即利用虹吸原理，設計了自動排空閥裝置。當室外溫度低于5℃時，排空閥自動開啟，排空太陽能集熱器和上下水管道內的水；當室外溫度高于5℃時，系統自動進水加熱，解決了太陽熱水器的冬季保溫防凍技術難題。自動排空裝置代替電加熱帶防凍技術，降低了系統防凍成本，保證了太陽能熱水器在冬季的正常使用，此項防凍熱水器技術獲得了國家1999年實用新型專利。

8 太陽能熱水器－沼氣發酵加熱系統技術創新。寧夏農村能源工作站在建設大中型沼氣中開發應用了太陽能熱水器－沼氣發酵加熱系統技術，該項技術的核心是太陽能熱水器－沼氣預處理池熱交換系統技術和太陽能熱水器－沼氣發酵罐內熱交換保溫系統技術，該系統將預處理池中的原料加熱到設計發酵溫度25℃～30℃；通過熱交換器調節發酵罐中的發酵溫度，保持在25℃以上。該項技術在寧夏回族自治區最早的平吉堡奶牛場800m3大型沼氣工程、中衛萬國種豬繁育場300m3大型沼氣工程兩處項目中試驗應用，經測算利用5噸級太陽能熱水系統，在每年4～11月間可向發酵罐提供熱量約135.85萬kJ/天；12月到次年3月可向發酵罐提供熱量約94.05萬kJ/天，完全保證了大型沼氣工程的正常發酵運行。該項技術可根據各種類型、各種規格的沼氣工程提供各種溫度的太陽能熱交換系統。目前該技術已在該區40個養殖場大中型沼氣工程中應用。

9 太陽能熱水器建筑一體化技術創新。該項技術是寧夏農村能源工作站在養殖場大型沼氣項目建設中，根據太陽能熱水器－沼氣發酵加熱系統的技術要求和大型沼氣太陽能陽光房(彩鋼保溫房建筑)的建筑特點同步設計。主要技術是彩鋼房的鋼立柱延伸出房屋頂部，在房屋頂部的鋼柱上焊接太陽能熱水器底座，同時在彩鋼房的建筑中預留太陽能熱水器系統管道等，使太陽能熱水器與太陽能陽光房有機地結合成一體，降低了太陽能熱水器的施工成本，同時減少了室外的管道長度，利于太陽能熱水器系統的保溫防凍。該項技術目前正在本區彭陽任河200m3大型沼氣工程中應用，已形成標準化結構設計。

10 隆德農村太陽房住宅技術創新。該技術是隆德縣農村能源站根據本縣的農村住宅建筑形式和特點，結合太陽房的集熱由甘肅能源研究所設計。該項技術中集熱技術采用復合集熱形式，即集熱蓄熱墻和直接受益式的結合，最大限度利用了房屋結構的采光區域，獲得最大的太陽能量；保溫隔熱采用巖棉、苯板、爐渣結合，隔熱效果最佳，建筑成本較低；太陽能房的建筑形式符合該區農村住宅的建筑習慣，當地群眾易于接受。2006年9月，該技術在隆德縣神林鄉上堡村試驗示范修建民用太陽能采暖房一戶，結構為磚混結構平房，建筑面積110m2。該房造價560元/ m2，共計造價61600元，其中增加太陽能采暖設施造價占總造價25%，即15400元。經2007年測試，在無輔助熱源的條件下，環境平均溫度為4.5℃，兩側室平均溫度為5.6℃, 最高溫度為10℃，最低為4℃；中室平均溫度為8.5℃，最高為13℃，最低為6℃；室內外極限溫差33℃，太陽能供暖率85%，該項技術已形成標準化設計。

11 被動式太陽房－太陽能集熱器供熱技術創新。該項技術是太陽能熱水器采暖供熱系統，主要包括熱水器集熱系統、太陽能熱交換系統和自動操作控制系統。其技術的要點是系統設定太陽房的供熱溫度點，當太陽房的溫度低于供熱溫度點時，太陽能集熱器由熱交換系統向太陽房供熱，以保證太陽房的溫度始終保持在取暖溫度。太陽能的熱能轉換與儲存取暖、太陽能熱水器技術得到互補，農戶生活用能達到自給。農村戶用太陽能住宅在項目中取得良好的經濟技術指標。

通過總結太陽能利用示范推廣項目的技術難點，不斷創新，使太陽能利用技術在農村更加結合實際、更加貼近群眾生活、更加具有示范推廣性，為改善農村能源機構、鞏固退耕還林建設成果、調整農業產業結構、促進農民節支增收、創建和諧優美的農村環境和促進農業、農村節能減排做出了有益的探索和貢獻。