5-第八章 聚光型集热器
人教版五年级上册科学第五单元《太阳能热水器》单元试题(含答案)
人教版五年级上册科学第五单元《太阳能热水器》单元试题（含答案）人教版五年级上册科学第五单元《太阳能热水器》单元试题一、选择题1．在阳光下，同一种黑色纸袋按（）的方式摆放，升温比较快。
A．与地面水平方向B．与太阳光垂直C．与地面垂直2．下面农业生产活动中，人们直接利用了太阳能的是（）。
A．晾晒稻谷B．风干稻谷C．喷撒农药3．安装太阳能热水器时，一般都是（）。
A．平放B．竖放C．斜放4．下面是太阳能热水器示意图，（）摆放的方法可以获得更多的太阳辐射。
A．B．C．5．制作简易太阳能热水器时，下列说法错误的是（）。
A．设计方案时要考虑材料的价格因素B．集热器是制作简易太阳能热水器的核心部件C．制作简易太阳能热水器主要考虑吸热能力，保温能力无关紧要。
6．要想太阳能热水器集热管吸热能力强，用（）颜色的材料更好A．白色B．黄色C．黑色7．不同颜色吸收太阳能的能力大小不同。
( )8．某同学制作了一个简易太阳能热水器，测试时发现饮料瓶中的水升温很慢，最大可能是因为（）。
A．支架没调整到合适位置B．饮料瓶用铝箔纸包住C．塑料泡沫没塞紧二、填空题9．太阳能热水器的结构包括储水箱、、入水口、。
10．早期的太阳能热水器是简单的状。
11．太阳能热水器是通过集热管吸收太阳光，将太阳能转化成，并通过将热水储存的装置。
12．太阳能热水器是靠吸收太阳的使水变热的。
13．色物体容易吸热，色物体不容易吸热。
14．太阳能热水器通过吸收热能。
15．太阳能热水器通过吸收的热来加热水，是生活中常见的利用太阳能的技术产品。
16．一些太阳能热水器在集热管内部有抛物面聚光器，具有的作用。
17．阳光照射物体的角度越接近，物体的吸热量越大。
18．自制太阳能热水器时，利用可以更好地吸收光能。
三、判断题19．太阳能热水器一般安放在厨房间。
( )20．太阳能灶是利用太阳能加热的。
( )21．深颜色的集热管吸热能力强。
( )22．阳光照射角度与物体吸热效果无关。
太阳能集热器汇总
太阳能集热器太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。
由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。
由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。
一、太阳能集热器概念1.概念在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。
由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。
由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等。
2.原理效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。
阳光由不同波长的可见光和不可见光组成，不同物质和不同颜色对不同波长的光的吸收和反射能力是不一样的。
黑颜色吸收阳光的能力最强，因此棉衣一般用深色或黑色布。
白色反射阳光的能力最强，因而夏季的衬衫多是淡色或白色的。
因此利用黑颜色可以聚热。
让平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上，也可以达到集热的目的。
纸在阳光照射下，不管阳光多么强，哪怕是在炎热的夏天，也不会被阳光点燃。
但是，若利用集光器，把阳光聚集在纸上，就能将纸点燃。
集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。
3.平板集热器平板集热器一般用于太阳能热水器等。
聚光集热器可使阳光聚焦获得高温，焦点可以是点状或线状，用于太阳能电站、房屋的采暖（暖气）和空调（冷气）、太阳炉等。
按聚光镜构造有“菲涅尔”透镜、抛物面镜和定日镜。
平面反射镜用于太阳能塔式发电，有跟踪设备，一般和抛物面镜联合使用。
平面镜把阳光集中反射在抛物面镜上，抛物面镜使其聚焦。
二、定义太阳能集热器的定义是：吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置。
太阳能槽式聚光集热系统的热效率研究
（2）
（V 为风速，L 为吸收管长度） 线性辐射系数 ：
（3）
（4） —吸收器的平均表面温度，由吸收器表面 温度和环境温度确定； —吸收器表面发射率；
—由导热引起的损失系数必须根据具体 结构计算和测量。
因为在聚光系统中热流可能很高，所以从接收 管外表面到流体的热阻中应考虑管壁的热阻。从环 境到流体的总传热系数为
研究与探讨
江西能源 2009( 2 )
·17·
图 1 效率随反射率的变化 Fig.1 variations of efficiency with reflectivity
图 2 效率随流量的变化 Fig.2 variations of efficiency with flux
图 3 效率随聚光面积的变化 Fig.3 variation of efficiency with concentrating areas
投稿时间：2009- 05- 06 作者简介：周希正 （1974-），男，江西吉安人，硕士、讲师，主要从事太阳能利用及热发电研究。
研究与探讨
江西能源 2009( 2 )
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型，分别计算分析多种因素对聚光系统加热黑铜管 和全玻璃真空管热效率的影响程度，指出影响关键 要素，以期使槽式聚光的热效率得到提高。
(1. School of Physics and engineering, Yichun University,Yichun 331200; 2.School of Energy and Environmental, Yunnan Normal University. Kunming 651200)
54.1
54.2
52.3
(整理)太阳能集热器
太阳能集热器太阳能集热器solar collector集热器用来吸收太阳辐射使之转换为热能并传递给热介质的装置。
常见的有平板型、真空管型和聚光型太阳能集热器。
电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）可吸收太阳辐射能，将其转换为热能，并传递到传热介质中的一种装置。
资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。
由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。
由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。
简介名称：太阳能集热器主题词或关键词：太阳能能源科学集热器内容在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。
由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。
由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的贰阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。
效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。
阳光由不同波长的可见光和不可见光组成，不同物质和不同颜色对不同波长的光的吸收和反射能力是不一样的。
黑颜色吸收阳光的能力最强，因此棉衣一般用深色或黑色布。
白色反射阳光的能力最强，因而夏季的衬衫多是淡色或白色的。
因此利用黑颜色可以聚热。
让平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上，也可以达到集热的目的。
纸在阳光照射下，不管阳光多么强，哪怕是在炎热的夏天，也不会被阳光点燃。
但是，若利用集光器，把阳光聚集在纸上，就能将纸点燃。
集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。
平板集热器一般用于太阳能热水器等。
9太阳能热发电技术(第三部分 聚光集热技术)
1 1 OnFn = (xn xn )2 +(yn yn )2 21 xn xn 2 sin n = OnFn
10
（一）余弦效率c 余弦效率是定日镜效率中最重要的组成部分。余弦效率即太阳光入射角（或 反射角）的余弦值。 因为定日镜的有效反射面积等于定日镜的镜面面积与镜面反 射中的入射角（或反射角）余弦的乘积。所以当入射角（或反射角）越小（即其 余弦值越大）时，定日镜的有效反射面积越大，则余弦效率越高。这也正是当塔 式太阳能热发电站建在北半球时，镜场的主要部分要分布在塔的北面的原因。
5.1.5 定日镜光学效率 一、基本假定条件
在塔式太阳能热发电站的定日镜镜场效率计算建模时， 通常采用如下基本假 设条件： （a）太阳光为平行光； （b）定日镜镜面为整块镜子； （c）定日镜跟踪无 误差； （d）定日镜为平面镜； （e）吸热器口径足够大。 塔式太阳能热发电站的定日镜是有微小弧度（16）的平凹面镜。但这个微 小弧度的作用只是使阳光经定日镜反射后不致产生过大的散焦，以便 95％以上 的反射光线可以落入塔顶的吸热器上[3]。定日镜镜面的这个微小弧度对镜场设计 中镜场效率计算的影响很小，所以本文中假设定日镜为平面镜。
12
Figure 10.7 The cosine efficiency of heliostats at different field locations for three sun altitude angles.
13
镜场余弦效率的年均值如图 10.8。同样可以发现，塔北方的镜场的余弦效 率更高。在某些塔式电站中，例如在 Solar One in Barstow, California 中，由于南 部镜场中的定日镜反射的太阳辐射较少， 因此在吸热器中与这部分定日镜相对应 的吸热面上的热能只用于预热水。
太阳能光热应用技术第八章
5．利用自然环境有效调节建筑物周围的 微气候
改造和利用现有地形及自然条件，能够调 节场地中的微气候。例如植被在夏季提供 阴影，并利用蒸腾作用产生凉爽的空气流； 不同的介质、界面对太阳光的反射或吸收 情况不同，据此可改善日照情况。因此应 当提高绿化率，减少硬质地面。另外，落 叶乔木的冬夏变化、水环境的合理设计， 都能改变建筑的外部热环境。
附加阳光间式太阳房的工作原理是将作为集热部分的阳光间附加在建筑南向房间的外面阳光间靠室外一侧全部设置玻璃利用阳光间和房间之间的集热墙作为集热构件冬季阳光进入附加阳光间后集热墙将热量rling吸收并对阳光间内的冷空气进行低温辐射温度升高后空气因密度减小而上升并由集热墙上部的开口进入室内同时阳光间的底部形成了负压室内的冷空气被吸入阳光间进行加热这样阳光间内的空气和室内的空气因为对流而达到房间采暖的目的
第十九页，共67页。
4．充分利用日照环境，进行合理构造设 计
对于向阳部分可结合建筑造型利用垂直绿 化进行遮阳，以减少夏季的阳光直射，而 且还能够创造丰富的建筑形象，创造宜人 的建筑光影环境。对于背阴部分，则应该 有效降低能耗，改善环境。
第二十页，共67页。
8.2.3 太阳能建筑一体化设计
所谓建筑与太阳能技术一体化不是简单的 “相加”，而是要通过“相加”整合出一个 崭新的答案。也就是说建筑应该从设计一开 始的时候，就要将太阳能系统包含的所有内 容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑， 巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之 中“相加”设计，使太阳能系统成为建筑不 可分割的一部分，而不是让太阳能系统成为 建筑的附加构件。真正的太阳能技术与建筑 一体化是指太阳能产品及构件在建筑上的应 用，并做到与建筑设计进行有机的结合。
第二十三页，共67页。
太阳能热发电站聚光器技术的简述
《太阳能热发电站》结课论文题目：关于槽式热发电站中太阳能聚光器技术的简述学生姓名：学号：专业班级：能科-1403学校：华北电力大学2017年6月5日[摘要]本文对槽式热发电站中的主要聚光器技术进行简述及比较。
[关键词]槽式热发电站；聚光器技术；聚光器技术比较。
一引言太阳能热发电是通过对太阳光聚焦，获得几十倍，几百倍的太阳辐射能量进而进行热功转换，带动发电机发电。
对于槽式热发电站，聚光集热系统以线聚焦代替点聚焦，而聚光的关键在于聚光器技术。
槽式太阳能聚光集热系统由多个太阳能集热器组合SCA（Solar Collector Assembly）组成而每个太阳能集热器组合又由若干个太阳能集热器单元SCE（Solar Collector Elements）构成。
太阳能集热器组合包括聚光器，集热管和跟踪系统。
聚光器由反光镜和支架两部分组成。
聚光器应具有以下几点要求：①具有较高的反射率②具有良好的聚光性能③具有足够的刚性④具有良好的抗疲劳能力⑤具有良好的抗风载荷能力⑥具有良好的抗腐蚀能力⑦具有良好的运动性能⑧具有良好的保养，维护，运输性能如图1是一个基本的聚光器结构和一个实例。
二发展历史及现状世界上第一台槽式太阳能聚光器由美国工程师Ericsson建造于1870年，输出热功率为373W。
1912年，另一位美国发明家FrankSchuman在埃及建立了一个小型太阳能聚光器。
20世纪70年代的石油危机加速了太阳能热发电技术的发展，在8O年代中期，抛物面槽式太阳能聚光器进入商业化阶段。
美国Luz公司自1984一1991年陆续建立装机总容量为354MV的SEGS槽式电站，至2013年底已经商业化运营30年。
SEGS电站中的槽式太阳能聚光器有3种型号，包括LS-1，LS-2和LS-3，其中LS-2和LS-3是主要型号，由于SEGS是最早的商业化电站，囚此这两种型号也成为事实的槽式太阳能聚光器的标准规格。
在这两种槽式太阳能聚光器的基础上，各种新型、优化的槽式太阳能聚光器不断地被开发出来。
太阳集热器
3.4.2 集热器的基本能量平衡方程 根据能量守恒定律，在稳定状态下，集热器在 规定时段内输出的有用能量等于同一时段内入射 在集热器上的太阳辐照能量减去集热器对周围环 境散失的能量，即 QU = Q A – QL (3-6) QU —集热器在规定时段内输出的有用能量， W； QA —同一时段内入射在集热器上的太阳辐照能 量，W； QL —同一时段内集热器对周围环境散失的能量， W。
将式（3－14）和式（3－15）带入式 （3－6），可得到 QU = AG（τα）e － AUL(tp-ta) （3－16） 集热器效率的定义为：在稳态（或准稳态）条 件下，集热器传热工质在规定时段内输出的能 量与规定的集热器面积和同一时段内入射在集 热器上的太阳辐照量的乘积之比。即 η＝QU/AG （3－17）
2、集热器效率曲线 将集热器效率方程在直角坐标系中以图形 表示，得到的曲线称为集热器效率曲线，或 称为集热器瞬时效率曲线。 在直角坐标系中，纵坐标y轴表示集热器 效率η，横坐标x轴表示集热器工作温度（或 吸热板温度，或集热器平均温度，或集热器 进口温度）和环境温度的差值与太阳辐照度 之比，有时也称为归一化温度，用T*表示。 所以集热器效率曲线实际上就是集热器效率 与归一化温差T*的关系曲线。
3.4.3 集热器总热损系数 定义为：集热器中吸热板与周围环境的平均 传热系数。 平板型集热器的总散热损失是由顶部散热损 失、底部散热损失和侧面散热损失三部分组 成， 即 QL = Qt + Qb + Qe =AtUt(tp-ta) + AbUt(tp-ta) + AeUe(tp-ta)
Qt Qb Qe---- 顶部、底部、侧面散热损失，W； Ut Ut Ue ---- 顶部、底部、侧面热损系数， W/m2K； At Ab Ae ---- 顶部、底部、侧面面积，m2； tp ---- 吸热板温度； ta ---- 环境温度。
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使用的防冻剂少。
定时跟踪 连续跟踪型
跟踪方式 间歇跟踪型 太阳检测跟踪
又可分为单轴和双轴跟踪。
单轴太阳能跟踪系统
两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器。 由光导纤维透镜和与之相连 光导纤维聚光器： 的光导纤维组成，阳光通过 光线透镜聚焦后由光纤传至 使用处。
荧光聚光器： 一种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，10~100。
二、聚光集热器的类型 反射式 按照对入射太阳 光的聚集方式
通过一系列反射镜 片将太阳光辐射汇 聚到热吸收面 将入射太阳光通过 透镜汇聚到吸收面
折射式
抛物线线性聚光器
菲涅耳透镜聚光器
旋转抛物面镜( 碟形 焦点 ) 凹面镜(直射式)
抛物面筒形镜( 槽形 焦线 ) 圆筒镜(槽形 近似焦线 ) 一次反射(塔 形 焦点) 二次反射(凹 面镜 焦点)
球柱面状的碟式聚光反射装置
聚光反射比在800~8000之间，采用双轴跟踪太阳反射光 线，500~1200℃，80%。
复合抛物线聚光器
四 聚光集热器的性能 集热器的效率和有用热能表征。
集热器效率的定义：
(1) 基于集热器开口入射太阳辐射的效率
qout I
qout 是传热介质带出的有效热量( qabs qloss )
作为聚光集热器的吸热层，铬黑吸收率约 0.95，反射率不大于0.1，作为选择性涂层， 是较好的选择。
六 聚光集热器的特点
可以将阳光聚集在比价小的吸热面上，散热 损失小，吸热效率高；
可以达到较高的温度；
利用廉价的反射器代替较贵的吸收器，可以 降低造价约1/3；
因吸热管细小，时间常数减小，响应速度 快； 利用率比较高。
反射聚光
平面镜(定日镜)
有许多平面反射镜或曲面 反射镜组成，将阳光都反 射至同一吸收器上。
通过一个由抛物线旋转而成的盘形反射器 来聚焦太阳辐射的点聚焦集热器。
德国Flagsol公司开发的槽式太阳能集热器
通过一个具有抛物线横截面的槽形反射器 来聚焦太阳辐射的线聚焦集热器。
凸透镜 透镜聚光
圆形透镜(焦点) 菲涅耳透镜 矩形透镜(焦线)
AR
聚光率的关系图
S
max
dA
二维聚光示意图
三维聚光示意图
槽式抛物聚光反射镜面装置
聚光反射比在8~80之间，可采用单轴机构跟踪太阳能光 线，工作温度在260~400℃，最大卡诺循环效率为56%。
带中央接收器的塔式镜面反射装置
聚光反射比在600~1000之间，采用双轴跟踪太阳反射光 线，500~800℃，73%。
规定： 对于跟踪太阳聚光型集热器，应采用直接辐 射；
对于固定聚光集热器，则采用全辐射，但如 果这类聚光集热器可以调整倾斜度，则采用 直接辐射。
需要标出测量的效率是基于全辐射还是直接 辐射。
(2) 基于吸热面上的入射太阳辐射的效率，即 聚光集热器光学效率：
qabs o I in
其和基于集热器开口入射太阳辐射的效率 的 关系是：
球形面聚光集热器，又称SRTA集热器，通过一 个由半圆旋转而成的球形反射器，将太阳辐射聚 集到跟踪太阳的接收器上的一种非成像集热器。
锥形面聚光集热器，通过一个由抛物线旋转而成 的盘形反射器，将太阳辐射聚集到跟踪太阳的接 收器上的一种非成像集热器。
几种聚光集热器的结构示意图 (a)锥形面集热器；(b)复合抛物面集热器；(c)球形面集热器； (d)条形面集热器；(e)菲涅耳反射镜集热器；(f)菲涅耳透镜 集热器；(g)抛物柱面集热器；(h)塔式集热器
按聚焦 的形式
点聚焦集热器
复合抛物面集热器，又称CPC集热器，是利 用若干块抛物面镜组成的反射器来会聚太阳 辐射变得非成像集热器。 多反射平面集热器，是利用许多平面反射镜片 将太阳辐射会聚到一个小面积上或细长带上的 聚光型集热器。
条形面聚光集热器，又称FMSC聚光集热器，利 用若干条固定的平面反射镜组成的反射器，将 太阳辐射聚集到跟踪太阳的接收器上的一种非 成像集热器。
三 聚光集热器的重要参数 聚光比：表征聚光镜的重要参数。 (1)通量聚光比或能流密度聚光比
吸收器表面积上的平均能流密度和入射 到集热器上的能流密度之比。
CE Ir Ii
(2)几何聚光比或面积聚光比
Ca
AA AR
AA AR
分别为聚光器开口面积和吸热层吸热 面积(或吸热器的表面积)。
AS
AA
太阳相对于地面观测点有一个32′的角度，即 太阳张角，因此对太阳的聚光会形成一个太 阳像，而非一个点。
只能对直接 辐射产生聚光的效果，不能对散 射辐射聚焦。 要有跟踪太阳的装置。 对小聚光比的系统，即使不需要跟踪系统，复 杂的聚光系统。 如为了保持光学系统的精确度，需要考虑系统 长期性的防尘、抗氧化和大气腐蚀等。
第八章 聚光型集热 器
一、 基本原理
聚光型集热器：利用反射镜、透镜或其他 光学器件将进入采光口的太阳辐射改变方 向并会聚到吸热体上的太阳集热器。
利用太阳光线的反射将较大面积的太阳辐 射聚集到较小面积的吸热层上，以提高对 太阳能的吸收。
主要有聚光器、吸收器和跟踪系统三大部 分组成。
关键部件是聚光镜，作用是在吸热层上形成 太阳像。
作为反射面的材料，由于表面的粗糙和起 伏，没有一种材料能做到镜面的全反射。 铝，总反射率在85%~90%左右。
银，总反射率在90%左右。
需要对标准太阳光入射波长积分才能得到一 个统一的反射率。
作为盖板材料，和平板型集热器类似， 需要含铁低、透明的材料。 玻璃 聚丙烯酸酯是制备菲涅耳棱镜的恰当材料。
利用菲涅耳透镜将太阳 辐射聚焦到接收器上的 聚光型集热器。
菲涅耳透镜
成像集热器
使太阳辐射聚焦，即在 接收器上形成焦点或焦 线的聚光型集热器。 使太阳辐射会聚到一 个较小的接收器上而 不使太阳辐射聚焦， 即在接收器上不形成 焦点或焦线的聚光型 集热器。
按聚光是 否成像
非成像集热器
线聚焦集热器
使太阳辐射会聚 到一个平面上并 形成一条焦线的 聚光集热器。 使太阳辐射基本 上会聚到一个焦 点的聚光型集热 器。
qloss b bo IbI in b Ib来自结合集热器热损失因素U，
qloss U t
t t p ta
集热器效率可写为：
U t b bo Ib
五 聚光集热器的材料
作为聚光器的材料，主要考虑选择一下几点：
反射面的反射率；
盖板材料的透过率；
吸热层的吸收率和反射率；