聚光集热器
简述光热转换技术及原理
简述光热转换技术及原理简述光热转换技术及原理1 概述太阳能必须经过各种转换,才可能⽅便地服务社会。
各种太阳能利⽤成功的关键在于太阳能转换技术。
现代意义上的太阳能转换技术开发的全部内容可归纳为两个主要⽅⾯：（1）⾼效地收集太阳能，主要技术内容有：①选择性表⾯技术；②受光⾯的光学设计；③集热体的热结构设计与分析‘④装置的机械结构设计。
（2）将收集的太阳能⾼效地转换为其他形式的有⽤能，主要技术内容有：①尽可能降低能量转换过程中的各种热、电损失；②优异的系统设计。
太阳能光热转换在太阳能⼯程中占有重要地位，其基本原理是通过特制的太阳能采光⾯，将投射到该⾯上的太阳能辐射能作最⼤限度地采集和吸收，并转换为热能，加热⽔或空⽓，为各种⽣产过程或⼈们⽣活提供所需的热能。
2 平板集热所谓平板集热，就是集热装置的采光⾯积等于集热⾯积；若采光⾯⼤于集热⾯积，称为聚光集热。
两者的概念是相对⽽⾔的。
平板集热具有以下特点：①采光⾯等于集热⾯；②集热⾯可以采集太阳直射辐射能、散射辐射能和反射辐射能；③集热⾯固定安装，不跟踪太阳视位置；④热损失系数较⼤，⼯作温度通常均在80℃以下；⑤结构简单，⽣产成本低廉。
2．1 太阳能平板集热器太阳能平板集热器是典型的平板集热，简称平板集热器。
1.平板集热器的分类按集热⼯质分类①⽔集热普通的太阳能平板热⽔器、公⽤热⽔系统，⼏乎都采⽤⽔作为集热⼯质。
②空⽓集热太阳能⼲燥和太阳房采暖的集热装置，通常均以空⽓作为集热⼯质。
③防冻液集热⾼寒地区经常采⽤防冻液和⽔作为集热⼯质的双循环太阳能集热。
按集热体表⾯光学特性分类①⿊⾯⼀般是在集热体表⾯涂刷或喷涂⼀层⿊⾊涂料，简称⿊⾯，⽬前较少采⽤。
②光谱选择性吸收⾯这是经过化学、电镀等⼯艺制成的选择性吸收⾯，应⽤⼴泛。
按透明盖板层数分类①单层透明盖板②两层或多层透明盖板太阳能平板集热器的透明盖板，通常多采⽤单层，特殊情况⽤两层，极少情况⽤三层或不⽤。
2.典型平板集热器的基本组成平板集热器的典型结构由集热体、透明盖板、隔热层和壳体四部分组成。
槽式聚光集热驱动吸收式空调系统研究
有 利 于提高 集热 器 的效 率 和 系统 的制 冷 效率 ， 但
系统 的制 冷效 率 通 常低 于 ０ ． ４ ［ ２ ］ ． Ｉ ｂ ｒ ａ ｌ ｌ ｉ ｍ 等［ ３ ］ 采用 Ｒ ２ ２ 一 ＤＭＥ ＴＥ Ｇ工质对 ， 设 计 了一 套 额 定 制
海水 淡化 等生 活 和生 产 领 域． 太 阳能 驱 动 的单 效 溴 化锂 吸收式 制 冷 系统 是 目前 比较 成熟 、 研 究 广 泛 的吸 收式制 冷 系统 ， 其 系统 结构 简 单 ， 对驱 动热 源 的温度 要求 相 对 较低 ； 同 时 与太 阳能 双效 吸 收 式 制冷 系统 相 比 ， 单 效 吸 收 式制 冷 系 统 成 本更 有
中 图分 类 号 ： ＴＫ ５ １ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ９ ７ ９ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ２ ６ — ０ ５
分析 ， 结果 表 明 ： 与常 规 的电空 调和锅 炉加 热 系统
０ 引 言
太 阳能 溴化锂 吸 收式制 冷是 目前 最成熟 的太 阳能制冷 技 术 ， 现 已进 入实用 化示 范 阶段． 国内目
吸 收器 的槽 式 聚 光集 热 系统 ， 相 比 以金 属直 通 管
用 的另一座太 阳能吸收式 空 调系统 采用 ５ ０ ０ ｍ２ 高
效 太 阳能平 板 集 热器 和 １ ０ ０ ｋ Ｗ 两 级 溴 化锂 吸 收
式 制冷机 ， 系统 的热源驱动温度 范围为 ６ ５ ￣７ ５。 Ｃ， 系统 的热源 可利 用温 差范 围达 到 １ ２ ～１ ７℃ ， 更 加
能单效 吸 收式 空调 系 统 ， 并 对 其进 行 年 运 行 性 能
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收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ３ 一¨一１ ８
蝶式、槽式、塔式太阳能发电区分详解
耗资22亿美元的“烧鸟项目”
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太阳能烟囱发电
在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。
1983年，西班牙建成一座太阳热气流（即太阳烟囱）发电站，发电功率50kW，用于进行探索性试验研究。
气动阻力低、发射质量小，因此近年来研发主要集中于具有更小单位功率质量比的空间电源应用领域，今后的研究方向主要是提高系统的稳定性和降低系统发电成本两个方面。
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碟式系统的缺点
1）造价昂贵，在三种系统中也是位居首位，目前碟式热发电系统的初投资成本高达4.7～6.4万元/kW；
（2）尽管碟式系统的聚光比非常高，可以达到2000℃的高温，但是对于目前的热发电技术而言，如此高的温度并不需要甚至是具有破坏性的。所以，碟式系统的接收器一般并不放在焦点上，而是根据性能指标要求适当地放在较低的温度区内，这样高聚光度的优点实际上并不能得到充分的发挥；
电站效率15.6%
诺贝尔奖，意大利物理学家鲁比亚主导。
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菲涅尔式太阳能发电系统
菲涅尔反射，线聚焦
结构简单，传动结构易于操作。
美国加州5MW示范，世界上第一个菲涅尔聚焦电站，水蒸气介质，温度450℃。
西班牙1.4MW示范，二期项目30MW
皇明，2.5MW示范，钢管镀膜。工业利用和供热。
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电力品质好、上网价格较低
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吸热器热损失：
辐射损失、对流损失、传导损失
吸热器黑色，辐射后白色
辐射温度超过1200℃，没有耐高温透光材料，吸热器敞开布置。对流损失大。
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世界最大塔式太阳能发电装置
太阳能集热器总面积、采光面积和吸热体面积的计算
集热器的轮廓采光面积（总面积）、采光面积、吸热体面积计算方法1.APERTURE AREA采光面积。
非会聚太阳辐射进入集热器的最大投影面积。
不包括那些太阳辐射从垂直于采光面方向入射时太阳辐射被遮挡的透明部分。
这个国外比较流行的计算方法。
当你使用F-Chart、Trnsys、polysun、RETScreen International、des或其他类似的软件进行系统设计时，采光面积和基于采光面积的集热效率是必须知道的。
计算标准：（1）无反射板的平板集热器Aa＝L2×W2（2）无反射板的真空管集热器Aa＝L2×d×NAa 采光面积L2 真空管未被遮挡的平行和透明部分的长度d 罩玻璃管内径（外径减去两边的厚度）N 真空管数量η0,a就是这么来的。
一根58管，EN标准0.093平方米；GB标准0.133平方米（现在已经和欧盟接轨，改为下面计算标准）管子采光面的长度(1.72m--1.71m)×罩玻璃管内径(58管取0.0544m，47管取0.0434m)。
如：58/1800管：1.71m×0.0544=0.9302 m247/1500管：1.41m×0.0434=0.612 m2（3）有反射板的平板集热器 Aa＝L2×W2Aa 采光面积I 反射器L2 见图W2 外露反射器宽度（4）有反射板的真空管集热器Aa＝L2×W2Aa 采光面积L2 外露反射器长度W2 外露反射器宽度同义词 透光面积2.GROSS AREA 总面积集热器的总面积也叫轮廓采光面积（total area），是整个集热器的最大投影面积，不包括那些固定和连接传热工质管道的组成部分（集热器采光平面上包括外壳边框在内接收太阳辐射的最大投影面积）。
A G＝L1×W1A G 集热器的总面积（）L1 最大长度（不包括固定支架和连接管道）W1 最大宽度（不包括固定支架和连接管道）。
CPC在中高温太阳能集热器中的应用与设计
CPC在中高温太阳能集热器中的应用与设计在太阳能中高温热利用中普通的太阳能集热器难以达到100℃以上温度，必须通过聚光来实现中高温集热器。
复合抛物面（CPC）是一种非成像低聚焦度的聚光器。
文章根据边缘光线原理，给出复合抛物面聚光器的曲线方程，并结合实例介绍一种复合抛物面（CPC）的设计方法。
标签：复合抛物面（CPC）；热管式真空管；中高温太阳能集热器前言随着发展中国家工业大幅扩张，消耗的蒸汽数量增长迅速，由此造成的环境问题如CO2、SO2等温室气体排放、氮氧化物等有害气体的污染日益加重；另一方面，国际原油价格的飙升，使企业生产成本急剧增加。
从环境、社会经济的可持续发展角度来说，既环保又采之不尽的太阳能中高温热利用成为必然趋势。
中高温蒸汽是指温度范围在100～300℃的蒸汽，在工农业生产中有着广泛的应用。
在太阳能中温应用领域中，由于非聚光集热器很难达到较高的温度，而抛物面聚光器又需要复杂的跟踪系统，价格昂贵，因此复合抛物面聚光器（CPC）有着广泛的应用前景。
1 复合抛物面（CPC）的设计1.1 复合抛物面（CPC）的特点在太阳能中高温热利用中普通的太阳能集热器难以达到100℃以上温度，必须通过聚光来实现中高温集热器。
复合抛物面（CPC）是一种非成像低聚焦度的聚光器，具有以下特点：（1）由于它有较大的接收角，故在运行时不需要连续跟踪太阳能，它的聚光比可达到在10以内，当聚光比在3以下时可做成固定式装置；（2）可接收直射太阳能辐射和部分散射辐射，并能接收一般跟踪聚光器所不能接收的”太阳能周围辐射”；（3）复合抛物面（CPC）的聚光面型加工精度要求不严格，将其应用在太阳能集热器中，可降低成本。
复合抛物面（CPC）型热管式中高温太阳能集热器采用外聚光方式，以热管式真空管作为吸收体，在热管式真空管外增加了复合抛物面聚光反射器（CPC），使集热效率得到大幅度提高，温度可达100～250℃。
1.2 复合抛物面（CPC）聚光器的设计根据边缘光线原理：对于聚光器，以最大入射半角θ入射的所有光线，都必须从出射孔径的边缘出射。
塔式与槽式太阳能热发电
塔式与槽式太阳能热发电1、塔式太阳能热发电塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。
塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。
塔式太阳能热发电特点塔式电站的优点：１．聚光倍数高，容易达到较高的工作温度，阵列中的定日镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高；２．能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；３．接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率。
塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。
虽然这种电站的建设费用十分昂贵，美国的ＳｏｌａｒＯｎｅ电站初次投资为１．４２亿美元，成本比例为：定日镜５２％、发电机组、电气设备１８％、蓄热装置１０％、接收器５％、塔３％、管道及换热器８％、其它设备４％。
但随着制镜技术的提高和规模的增大，定日镜成本将大幅度降低。
以美国Ｓｕｎｌａｂ为代表的研究部门以及Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测。
Ｓｕｎｌａｂ基于８．７ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约３０～４０＄ ＭＷｈ，即每度电３～４美分；Ｓａｒｇｅｎｔ＆Ｌｕｎｄｙ基于２．６ＧＷ规模预计到２０２０年塔式太阳能热发电的成本最终可达到５０～６０＄ ＭＷｈ，即每度电５～６美分。
与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。
美国能源部主持的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。
我国塔式太阳能热发电技术发展状况随着太阳能利用技术的迅速发展，从２０世纪７０年代中期开始，我国一些高等院校和科研院所，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础试验研究，并在天津建造了一套功率为ｌｋＷ的塔式太阳能热发电模拟装置。
太阳能集中供暖系统的设计与实施
太阳能集中供暖系统的设计与实施太阳能作为一种清洁、绿色能源，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
随着能源危机日益严重，传统能源消耗及环境污染问题日益突出，人们对可再生能源的需求也随之增加。
在这种背景下，太阳能集中供暖系统的设计与实施成为一个备受关注的话题。
一、太阳能集中供暖系统的原理太阳能集中供暖系统是利用太阳能集中器将太阳能聚焦到集热器上，通过热传导或流体传热的方式将热量传递到供热系统中，实现建筑物内部的供暖。
这种系统的核心是集热器，它可以是平板太阳能集热器、聚光式太阳能集热器或抛物面聚光型太阳能集热器等。
这些集热器能够吸收太阳辐射，将太阳能转化为热能，并传递给工质以实现供热。
二、太阳能集中供暖系统的设计要点1. 确定系统容量和供热功率在设计太阳能集中供暖系统时，首先要明确系统的容量和供热功率，这取决于建筑的面积、取暖负荷以及太阳能的利用率等因素。
通过合理的计算和分析，确定系统的尺寸和供暖能力，确保系统可以满足建筑的取暖需求。
2. 选择合适的集热器类型不同类型的集热器具有不同的特点和适用范围，因此在设计太阳能集中供暖系统时需要选择合适的集热器类型。
平板太阳能集热器适用于小面积建筑，聚光式太阳能集热器提供高温热能，适用于需要高温供热的场所，而抛物面聚光型太阳能集热器则具有较高的集光效率和集热温度。
3. 设计系统的传热和储热部分传热和储热部分是太阳能集中供暖系统中至关重要的组成部分。
通过设计合理的传热系统和储热装置，可以有效地提高系统的热能利用率，实现太阳能的最大化利用。
传热系统可以采用水循环或空气循环的方式，而储热装置常采用水箱或热媒罐等形式。
4. 考虑系统的运行控制和监测为了确保太阳能集中供暖系统的正常运行和性能稳定，需要设计运行控制和监测系统。
运行控制系统可以根据建筑的供暖需求和太阳能的供热状况实时调节系统的工况，提高系统的运行效率和节能性能。
监测系统可以实时监测系统的运行参数和性能指标，及时发现问题并采取措施保障系统正常运行。
光热技术的现状与趋势
光热技术的现状与趋势
光热技术是一种利用太阳能转化为热能来产生电力或热水等能源形式的技术。
随着能源危机的日益加剧以及环境污染的恶化，光热技术越来越受到关注和重视。
目前，光热技术已经取得了重大进展。
其中，较为成熟的技术包括：
一、聚光式光热发电技术：其原理是通过反射器将太阳光汇聚到一个集热器中，集热器中的液体被加热后可以产生蒸汽，再驱动涡轮发电机转动，从而产生电力。
二、膜式光热发电技术：其原理是将太阳光反射到一个集热膜上，集热膜中的液体被加热后产生蒸汽，再驱动涡轮发电机转动，从而产生电力。
三、直接加热式光热发电技术：其原理是将太阳光直接加热一个导热管，导热管中的液体被加热后产生蒸汽，再驱动涡轮发电机转动，从而产生电力。
四、太阳能热水器技术：其原理是通过太阳能收集器将太阳光转化为热能，利用热能加热水，从而产生热水。
这种技术适合于家庭、酒店等日常生活中使用热水的场合。
未来，光热技术的发展趋势主要包括以下几个方向：
一、集成化：将光热技术与储能技术、智能化技术相结合，实现集成化，从而提
高系统性能。
二、提高效率：通过改进集热器、优化传热管路和提高蒸汽温度等方式，提高光热转化效率，增加发电量。
三、降低成本：通过降低集热器、传热管路等元器件成本，以及优化系统结构等方式，降低光热电站的建设和运营成本。
四、多功能化：将光热技术应用于多种领域，如太阳能热水器、太阳能空调等，从而实现多样化的应用。
总之，光热技术在未来的发展中将扮演着重要的角色，其应用领域不断拓展，技术不断进步，为人类提供清洁能源，促进环境可持续发展做出了巨大贡献。
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太阳辐射
2004年上海地区太阳位于地平线以上的时间为 4385小时
2004年上海有太阳直接照射的时间3845小时
太阳辐射的能流密度低-需要集热器
非聚光集热器（平板集热器，真空管集热器）
○ 能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射，集热 温度较低；
聚光集热器能
○ 可获得较高温度，但只能利用直射辐射，且需要跟 踪太阳。
槽形抛物面镜聚光集热器 （线聚焦）。
○ 可以获得中温，只要进行一维跟踪。
“复合抛物面镜聚光集热器”（CPC）
○ 不需要跟踪太阳
塔式太阳能发电站的聚光镜–定日镜
折射聚光
玻璃透镜
成本高，重量重
菲涅耳透镜
模压加工大面积的柔性透明塑料菲涅耳透镜 采用组合成型刀具加工直径1.5m的点聚焦菲
太阳能集热器
非聚光集热器（平板集热器，真空管集热 器）
能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射， 集热温度较低；
聚光集热器
可获得较高温度，但只能利用直射辐射，射聚光和折射聚光
旋转抛物面镜聚光集热器（点聚焦）
○ 可以获得高温，但要进行二维跟踪
非聚光集热器
平板集热器
管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇 形管式集热器，还有带平面反射镜集热器和 逆平板集热器等
真空管集热器
真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管， 玻璃-U型管真空集热管，玻璃。金属热管真 空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空 集热管。
涅耳透镜 模压方法加工线性玻璃菲涅耳透镜，但精度
不够
聚光新技术
全反射原理设计的新型太阳能聚光器
光导纤维聚光器
○ 光导纤维透镜+相连的光导纤维
荧光聚光器
○ 添加荧光色素的透明板（一般为有机玻璃），可吸 收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分，然后以 比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的 荧光由于板和周围介质的差异，而在板内以全反射 的方式导向平板的边缘面，其聚光比取决于平板面 积和边缘面积之比，很容易 达到10一100，这种平 板对不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光， 不需要跟踪太阳。