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1、太 阳 能 基 本 知 识第一节 引言太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很大时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。太阳能的总量很大，我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤，但十分分散，能流密度较低，到达地面的太阳能每平方米只有1000瓦左右。同时，地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等影响，时阴时晴，时强时弱，具有不稳定性。根据太阳能的特点，必须解决以
2、下四个基本技术问题，才能有效地加以利用。1、太阳能采集 2、太阳能转换 3、太阳能贮存 4、太阳能输运太阳能开发利用是当今国际上一大热点，经过最近20多年的努力，太阳能技术有了长足进步，太阳能利用领域已由生活热水，建筑采暖等扩展到工农业生产许多部门，人们已经强烈意识到，一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代太阳能时代即将来到。第二节 太阳能利用的基础知识 1、太阳的基本参数 太阳能是一个炽热气体构成的球体，主要由氢和氦组成，其中氢占80%，氦占19%。2、太阳常数太阳常数是指在太阳地球间平均距离外，在地球大气层以上垂直于太阳光线的平面上，单位面积，单位时间内的太阳辐射能的数值，该数值是个常数，
3、一般取1367瓦/米2。（4920千焦/米2时）。由于通过地球外大气层吸收反射，太阳光到达地面的辐射强度大大降低。3、太阳辐射能和到达地球的太阳能整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的，高达3.8261033尔格或37.3106兆焦，相当于每秒钟燃烧1.28亿亿吨标准煤所放出的能量。太阳辐射到达地球陆地表面的能量，大约为17万亿千瓦，仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%。即使这样，它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。4、我国的太阳能资源我国太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上的地区，年辐照总量大于502万千焦/米2，年日照时数在2000小时以上。5、太阳能的特点（1）太阳能
4、的优点太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一，它是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，真是取之不尽，用之不竭。第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三，太阳能是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。（2）太阳能的缺点太阳能的利用有它的缺点：第一，能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，
5、成本增加。第二，大气影响较大，给使用带来不少困难。6、太阳能利用的技术领域人类直接利用太阳能有三大技术领域，即光热转换、光电转换和光化学转换，此外，还有储能技术。太阳光热转换技术的产品很多，如热水器、开水器、干燥器，采暖和制冷，温室与太阳房，太阳灶和高温炉，海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。平 板 式 太 阳 能 热 水 器太阳能热水器作为一个新兴产业，其产品的发展大致经历了四个阶段，即闷晒式、平板式、真空管式、热管式。闷晒式因其综合性能较差，作为商品基本上已被淘汰。平板式热水器按工作介质分单工质、双工质两大类。单工质即水为直接加热介质，其特点是价格低廉，效率较高，市场上占有相
6、当的份额。由于不防冻，使用地区为非冰冻区，可全年使用。在冰冻区，只能春夏秋三季使用，冬季不能使用。双工质式即直接加热某一低沸点防冻介质，通过热交换系统间接加热水，其特点是效率低，制造工艺复杂，虽能在冰冻区全年使用，但其价格较高，在市场上所占份额很小。真空管式由于效率较高，价格适中，安装方便，在国内太阳能热水器商品市场上占据主导地位，其详情见后面章节。第一节 家用平板自然循环太阳能热水器结构和运行原理平板式热水器按其使用对象分为家用平板热水器和大型工程两类，大型工程其使用面向用热水大户，如宾馆、企事业单位集体洗浴。平板热水器按其循环方式又可分为自然循环式、强制循环式、定温放水式三种。本章着重介绍
7、家用自然循环平板太阳能热水器。 一、家用平板自然循环太阳能热水器（以下简称平板热水器），其结构示意图如下（以2m2为例）。3124主机为：1、水箱 2、平板集热器 3、联接管 4、支架辅助件有：浮球箱、电加热、上下水管路、电磁阀等。二、运行原理自然循环式的特点是水箱必须安装在集热器顶端水平面以上才可进行系统循环。集热器内的水经太阳辐射使水温上升，密度减小，与水箱内的水产生了密度差（或称重力差、温度差），形成了热虹吸压力，在集热器中，水由下而上缓缓上升，经过上循环管进入水箱，而与此同时，水箱内相对温度低，密度大的水慢慢下降，经下循环管流入集热器下部。这样以水的密度差或称热虹吸压力为作用力而不借助
8、任何外力，使水进行循环的过程称为自然循环。自然循环的运行其密度差愈大，循环的速度愈快，反之循环的愈慢。这种循环方式能使水箱内的水持续升温，太阳辐射停止，自然循环也逐渐停止。第二节 平板集热器的各部件结构、技术性能及选材一、平板集热器的结构平板集热器是平板热水器的集热部件，是决定整机性能的关键，其横截面如图。1、盖板12、密封条833、四侧面边框4、集热板（板芯）7645、四个侧面保温材料526、铝箔7、底面保温材料8、背板二、各部件的技术性能及选材1盖板。因为板芯接收太阳的辐射变成水的热能，而同时也向外散热。为了减少散热，要求盖板透过可见光而不透过远红外光。且减小空气对流引起的散热。技术要求：
9、太阳透过率高，按国标0.72。抗冲击强度高。良好的耐候性。热水器工作于室外，长期受各种自然因素影响，如若无良好耐候性，透光率和冲击强度会大大降低，影响其工作性能。选材：国内常用普通平板玻璃，透过率在0.730.86之间，且易破损，低档产品选用。FRP板，高键能树脂和高性能纤维，表面有一层特殊保护膜，耐热、耐老化，高透过率，但价格高，外观也不太美观，中档产品选用。钢化玻璃，分物理钢化和化学钢化。一般采用物理钢化玻璃，抗冲击强度大，耐热、耐老化，高透过率，美观，但价格偏高，高档产品选用。二、密封条：其作用是用来密封玻璃与边框之间的缝隙，防止灰尘侵入和热量损失。常用黑橡胶等价格便宜且耐候性好的种类。
10、三、边框：其作用是与玻璃、背板组成封闭箱体，保护内部保温材料及板芯，且使热量不易散失。技术要求：耐候性好；组合无缝隙；外型美观。选材：铝型材。四、保温层作用：减少热量损失。技术要求：耐80以上温度。长期使用无收缩。导热系数0.058瓦/米2。选材：常用岩棉、聚苯乙烯、聚氨酯等。聚氨酯是高档产品选用，一般均采用聚苯乙烯，即可取得满意使用效果。五、板芯：作用是吸收太阳辐射转变为水的热能。技术要求：耐候性好。耐蚀性好。耐压应大于7.84105Pa。表面涂层应有较高的吸收率和较低发射率。选材： 管板式。热阻较高，外形不美观，很少使用。扁盒式。热阻低，耐压较小，可用塑料压制，很少采用。铜铝复合式。热效率
11、高，寿命长，接触热阻小，耐压性高，高档产品大多选用。真 空 管 太 阳 能 热 水器太阳热水器就是把太阳能转变为热能的装置，利用集热器收集太阳辐射，象平板型太阳能热水器，在白天升温很高，可夜间降温也多，也就是热损失高，特别春秋更明显，冬季几乎不能使用，于是就出现了真空管太阳能热水器，真空使对流与传导可以忽略，涂层底层采用金属反射层，使辐射也太太降低，这样使真空管太阳能热水器变成“四季”型太阳能热水器，成为太阳能热水器的主流！第一节 真空管太阳能热水器的结构及工作原理一、结构1真空管太阳能集热器的结构示意图如下：24338主机包括：1、水箱 2、真空集热管 3、支架 4、硅胶圈 5、尾座辅助件：
12、浮球箱、电加热、自动上水装置、水位水温测控仪如上图水箱位于支架上，集热管插入水箱，利用硅胶圈密封，下端用尾座固定，水箱与集热管构成互通的整体。二、工作原理真空管太阳能热水器，是采用自然循环方式，如下图所示真空集热管吸收太阳辐射，使管中水变热，密度变小，而水箱中的水温度相对低密度大，密度差使热水缓缓上升，冷水缓缓下沉，渐渐使整箱水变热。三、倾角选择太阳辐射正午与地面夹角在一年四季中变化很大，热水器的倾角应该与当地纬度相同，才能保证在全年中太阳辐射由垂直状态左右摆动23.5，如把热水器做成倾角可调，则稳固性降低，结构复杂，使用起来也需一年调整若干次，我们做成固定角，分为23、33、42、50几种，
13、分别适应低中高纬度地区，提高集热效率。第二节 真空管太阳能热水器各部分选材及性能特点太阳能热水器的工作环境很恶劣，全年在室外曝晒，因此要保持长寿命，材料选择特别重要，我公司的选材原则“国产过关的选最好的，国产稍差的选进口的”。一、真空集热管象一个拉长的暖水瓶，由两根同心圆玻璃管组成，内外圆管间抽成真空，如下图示：432151、外玻璃管 2、内玻璃管 3、选择性吸收涂层4、带吸气剂的卡子 5、吸气镜面内管外表面沉积太阳选择性吸收涂层，构成吸热体，将太阳光能转换为热能是太阳热水器的核心部件。材料：内、外管均采用高硼硅玻璃，选择性吸收涂层选用ALN/AL技术要求： 1、空晒温度应不低于270； 2、
14、闷晒性能是指太阳辐照量应不大于4000KJ/m2； 3、平均热损系数不大于0.90W/m2； 4、应能承受25以下冷水与90以上的热水反复交替冲击三遍后不破裂； 5、真空度应低于5.010-3Pa。二、水箱水箱是贮存热水的装置，是太阳热水器的重要部件，它的结构、容量、保温和材料将直接影响热水器的性能和运行的好坏。它的结构包括：1、外端盖2、外桶皮3、内胆4、聚氨酯5、水嘴内胆采用高频滚压自动焊接，外皮铆接，聚氨酯保温结构材料：外端盖：选用0.6mm不锈钢或0.9mm纯铝表面喷塑 外桶皮：选用0.5mm防锈铝或0.4mm不锈钢 内胆：选0.6mm不锈钢保温材料：聚氨酯厚度45mm或50mm 水嘴
15、：铸铜、表面镀铬技术要求：1、足够的强度 2、耐腐蚀性好、寿命长 3、保温性能好三、支架用以支撑水箱：固定集热器，保证二者联为整体。1、前支架右竖框 2、前支架中间竖框 3、前支架左竖框 4、前支架 上、下横框 5、拉杆 6、桶托 7、后支架左竖框 8、后支架中间竖框 9、后支架左竖框 10、后支架上、下横框材料：均选不锈钢SUS304或铝合金型材技术要求：1、足够强度和刚度，能承载和抗风 2、抗腐蚀，寿命长久 3、外观光整美观四、反光板、尾座、铝鞋反光板：是将真空管间的太阳辐射，尽可能反射到真空管上，材料是防锈铝，形状为平面，要求表面反光性能好能抗腐蚀尾座：是用以固定真空管，材料为不锈钢或铝合金型材铝鞋：用于左右框与地面接触处，扩大受力面积，防止其破坏楼顶，材料是不锈钢或铝板表面喷塑。7