太陽能應用技術研究

李娜

摘 要 近年來，太陽能開發利用規模快速擴大，技術進步和產業升級加快，成本顯著降低，已成為全球能源轉型的重要領域。太陽能熱水系統利用清潔可再生的太陽能資源加熱熱水以滿足用戶的熱水需求，有利于實現建筑節能、減少污染氣體的排放，具有較好的節能和環保效益，因而得到越來越廣泛的應用。

關鍵詞 太陽能熱水器 太陽能 太陽能光伏發電

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A

太陽能熱水器是以太陽能作為能源進行加熱的熱水器。是與燃氣熱水器、電熱水器相并列的三大熱水器之一。太陽能熱水器能把太陽光能轉化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產中的熱水使用。

1太陽能熱水器的集熱器選擇

太陽能熱水器集熱器是指能大量吸收太陽能輻射能量，將其轉換為熱能，并通過介質傳熱的裝置。太陽能集熱器是太陽能熱水系統最關鍵的部件。根據集熱器的結構以及熱量的吸收形式，目前市場上的太陽能集熱器主要分為真空管式集熱器、平板式集熱器以及熱管式真空管集熱器。

1.1平板式太陽能集熱器

平板型太陽能集熱器簡稱平板集熱器，它主要由吸熱板、透明蓋板、隔熱體和殼體等幾部分組成。平板型集熱器的運行原理是：當平板集熱器工作時，太陽光照在高穿透度的玻璃板蓋，并照射在吸熱板上，同時吸熱板吸收了太陽的輻射能，溫度升高，由于傳熱介質緊貼吸熱板，因此傳熱介質的溫度也隨著升高，傳熱介質溫度的升高則實現了太陽能與熱能轉換，完成了平板集熱器的熱能輸出。當溫度升高后，吸熱板會通過對流、傳導、輻射等幾種不同的方式向四周散熱，從而導致了集熱器部分熱量的損失。

1.2真空管太陽能集熱器

真空管式太陽能集熱器是前人在改進平板型集熱器不足的基礎上發展而來的。平板型集熱器的玻璃蓋板與吸熱板之間的熱對流、傳導和輻射造成了極大的熱損失。如將吸熱材料與透明蓋板之間抽為真空，大大減少蓋板與吸熱體之間的熱對流、傳導和輻射。真空管式太陽能集熱器就是基于此產生的。真空管式集熱器主要由若干根真空集熱管組成。真空管整體類似于一根U形管，管子由兩層鋼化玻璃構成，外層玻璃的投射率高、反射率低，內存玻璃管的表層涂有吸熱材料，內外兩層之間被抽為真空，U形管空間內注入傳熱介質，當太陽輻射時，涂在內層管表層的吸熱材料吸收輻射發熱，將熱量傳遞給傳熱介質從而實現了太陽能和熱能的轉換，通過介質實現了真空管式集熱器的熱量輸出。由于內層管與外層玻璃之間被抽為真空后管子的熱傳導率低、對流小、輻射低，大大減小了熱損耗，增強了熱轉換效率。根據真空管內吸熱體材料的種類，真空管式集熱器可以分為：全玻璃式真空管集熱器和金屬吸熱體式的真空集熱管集熱器兩類，全玻璃真空管集熱器是指吸熱體附在內存玻璃管上構成的真空管式集熱器；金屬吸熱體真空管式集熱器是指吸熱體附在金屬材料上構成的真空管式集熱器。

2太陽能采集技術

2.1太陽池

太陽池是一種人造的鹽水池，其池底為黑色，鹽水濃度隨池深而增加，能有效地抑制對流作用。這種鹽水池經太陽直接輻射后，溫度逐漸上升，經一定時間，池底溫度大大高于地面，有時可達90攝氏度以上。由此可見，太陽池既能集熱，又能儲熱，是一種成本低廉，具有很大競爭力的太陽能收集和儲存系統。從太陽能提取熱量的一種方法，是將換熱器放在池中溫度高的下層。但是，這不僅需要花費初始安裝費用，而且在連續抽吸中，傳熱液體也有損耗。一種較為簡單的方法是利用池中穩定的密度分層，采用所謂“選擇性抽取”法。這是一種常用于大型水庫中控制水質的技術利用這種方法，首先使上部隔離層所要求的穩定的密度梯度得以修正和保持。其次發熱的下層可以被抽走，通過一個換熱器后再在低溫下返回池底。

2.2太陽灶

利用太陽灶將太陽輻射熱能傳給食物，增高溫度，并加以烹調，使食物產生化學變化而供食用，在廣大農村，特別是燃料缺乏的地區，具有很大的現實意義。一般來說，太陽灶的結構都很簡單，制造工藝要求不太高。太陽灶通常分為三種基本類型：第一種是聚光太陽灶，它是把太陽光直接反射集中照射到鍋上或食物上。反射聚光器有拋物線體和拋曲線面；第二種是箱式太陽灶，形狀像箱子，上面開個窗洞，窗洞對準陽光，箱內溫度靠不斷積累太陽能而升到蒸餾食物的程度；第三種是蒸汽太陽灶，它是利用平板形太陽能熱水器把水燒開產生蒸汽，然后利用蒸汽蒸熟食物。

3太陽能光伏發電原理

太陽能光伏發電的能量轉換器是太陽能電池，又稱光伏電池。太陽能電池發電的原理是光生伏打效應。當太陽光（或其他光）照射到太陽能電池上時，電池吸收光能，產生光生電子-空穴對。在電池內建電場的作用下，光伏電子和空穴被分離，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應”。若在內建電場的兩側引出電極并接上負載，則負載就有“光生電流”流出，從而獲得功率輸出。這樣，太陽的光能就直接變成了可以使用的電能。太陽能電池將光能轉換成電能的工作原理概括如下：第一，太陽能電池吸收一定數量的光子后，半導體內產生電子-空穴對，可稱之為“光生載流子”，兩者的電性相反，電子帶負電，空穴帶正電；第二，電性相反的光生載流子被半導體P-N結所產生的靜電場分離開；第三，光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正、負兩極所收集，并在外電路中產生電流，從而獲得電能。

科技的快速發展，自然資源得到了充分的利用和開發，人人類發揮自己的聰明才智，充分利用太陽能這種重要的自然資源，建立起許多有利的建筑，來為我們人類做貢獻。在科學技術迅速發展的今天，隨著許多新興技術的崛起，太陽能利用一定會有更大的突破。

參考文獻

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[3] 太陽能發展“十三五”規劃[J].太陽能，2016.