- 文献综述(或调研报告):
平板集热器因其结构简单、价格低廉和安装方便的特点,成为非聚光类集热器中应用时间最长的集热器。它的集热面积与采集太阳辐射的面积相等,集热效率高,产水量大W。
虽然平板集热器的制造工艺简单,容易实现与建筑一体化设计,系统常压运行不需要泵等设备,但是平板集热器也存在一些缺陷限制了其使用规模和区域,例如:集热温度低,对温度要求高的工艺场合不适用;抗冻性能差,集热器中的水结冰膨胀容易将管子冻坏,因此只适用于北方的夏天和南方不结冻地区的冬天。
清华大学殷志强教授所研发的这种全玻璃真空管集热器由两根同轴圆玻璃管组成,采用一端开口的形式,另一端将内、罩玻璃管环形熔封在一起,内、罩玻璃管间抽成真空。内管外表面的选择性吸收涂层吸收太阳辐射,将辐射能转化为热能,加热内玻璃管内的水,然后利用热水上浮冷水下沉的原理,使水产生微循环而得到所需热水,在太阳能热水器领域有着广泛的应用。它采用的真空技术能够有效降低气体的对流与传导热损,并应用选择性吸收涂层技术,使内玻璃管与环境之间的辐射热损降到最低,因此热损失小,集热效率高。全玻璃真空管集热器可以在中低温下运行,也能在严寒地区的冬季及低辐射强度与天气多变的地方运行,扩大了应用领域。但是简单的全玻璃结构特性在带来制造成本低等优势的同时,也会因为管内存水多、管内热水无法全部取出的问题导致管内水温上升缓慢,系统热水利用率降低。并且这种集热器存在着不容小觑的安全隐患,寒冷的冬季管子一旦结冰胀裂整个集热器将无法运行。
为了进一步改善上述集热器的性能,北京太阳能研究所何梓年研究员在上个世纪八十年代最早在国内开展了对热管式真空管集热器的研究。太阳辐射穿过真空管玻璃外壳,投射在热管表面的选择性吸收涂层上,太阳辐射能转化为热能使热管蒸发段内的介质汽化。介质蒸汽上升到热管冷凝段后,通过导热套管将热量传递给联集管内的传热流体而自身又冷凝成液体依靠重力流回蒸发段,周而复始重复上述过程。真空技术的应用,有效降低了集热器的热损失,所以集热器在较高的工作温度或低环境温度下运行仍具有良好的热性能。热管技术的应用使得传热流体不直接流经真空集热管,因而热管式真空集热器还具有如下优点:
(1)热管的热容量小,受热后启动较快,即使在瞬变的太阳辐射条件下仍可输出较高的能量;
(2)耐冰冻,即使在零下四十摄氏度的环境温度时也不会冻坏;
(3)保温性能好,热管具有单向传热的特点,即热量只能从蒸发段传递到冷凝段,而不能从冷凝段传递到蒸发段,因而在温度很低的夜晚传热流体向周围环境散热少。
(4)操作简单,安装方便,易于固定,运行可靠。
与此同时,徐仁学和王德录也在上世纪际八十年代开始了对复合抛物面聚光器的研究。是一种非成像低倍聚焦的聚光器,它根据边缘光学原理设计,可将给定入射角范围内的入射光线按理想的聚光比汇聚到接收器上,而且既可以接收直射辐射,又可以接收相当一部分的散射辐射,由于它有较大的接收角,故在运行时不需要连续跟太阳,只需根据接收角的大小和收集阳光时数,每年间断性地调节方位就可高效工作。
近些年来国内对太阳能真空集热管的研究主要集中在对其各种性能的分析,方程的计算机模拟,空晒以及破裂情况的分析。
