太阳能吸热材料的研究
利用太阳能热水器的技术研究
利用太阳能热水器的技术研究一、引言太阳能热水器是一种利用太阳能将太阳辐射能转换为热能的设备，可以用于供应家庭热水。
相比传统的燃气热水器或电热水器，太阳能热水器具有节能环保、长寿命、稳定性好等优点，因此在近年来逐渐受到人们的关注和广泛应用。
本文将从太阳能热水器的工作原理、分类、优劣势等方面进行详细研究。
二、太阳能热水器的工作原理太阳能热水器的工作原理是利用太阳能将太阳辐射能转换为热能，然后将热能传递给水，使水加热。
具体来说，太阳能热水器主要由集热器、热水储存器、水管和水泵等组成。
太阳能集热器是太阳能热水器的核心部件，其工作原理是将太阳辐射能吸收并转换为热能，然后将热能传递给水。
集热器通常由吸热板、热传导垫、保温层和外壳等组成，吸热板是吸收太阳辐射能的部件，热传导垫是将吸热板吸收的热能传递给水管的部件，保温层是将热能储存到热水储存器中的部件，外壳是保护集热器免受外部环境影响的部件。
水管是将热能传递给水的部件，水泵是将加热好的水送到热水储存器中的部件。
三、太阳能热水器的分类太阳能热水器根据其集热器的类型可以分为平板式太阳能热水器和真空管式太阳能热水器两种。
1.平板式太阳能热水器平板式太阳能热水器是由平板式集热器、热水储存器、水管和水泵等组成，它的集热器一般由吸热板、热传导垫、保温层和外壳等组成。
平板式太阳能热水器的优点是结构简单，维护方便，价格相对较低，但是其集热效率较低，需要占用较大的安装空间。
2.真空管式太阳能热水器真空管式太阳能热水器是由真空管式集热器、热水储存器、水管和水泵等组成，它的集热器一般由真空玻璃管、吸热板、热传导垫、保温层和外壳等组成。
真空管式太阳能热水器的优点是集热效率高，占用空间小，但是其价格相对较高，维护也相对较为复杂。
四、太阳能热水器的优劣势太阳能热水器相比传统的燃气热水器或电热水器具有以下优劣势。
1.节能环保太阳能热水器利用太阳能将太阳辐射能转换为热能，不需要使用任何化石燃料，因此具有节能环保的优势。
光热转换材料的性能与应用
光热转换材料的性能与应用光热转换材料是一类在光热转换过程中能够吸收或发射能量的材料，广泛应用于太阳能电池、太阳能热水器、光热发电、光伏发电等领域。
本文将介绍光热转换材料的性能特点和应用前景。
一、光热转换材料的性能特点光热转换材料具有以下性能特点：1.光吸收性能强：光热转换材料能够吸收光线转换成热能，并将其利用。
因此，良好的光吸收性能是光热转换材料的重要特点。
一般来说，该类材料的光吸收性能与其波长范围、光吸收截面和光波长有关。
2.热辐射性能优异：光热转换材料也能将热能发射出去，实现能量的转换。
这要求材料在一定温度下具有较高的热辐射能力。
3.热稳定性高：光热转换材料在长期高温工作环境下应具有良好的稳定性，否则会影响其光热转换性能或寿命。
4.材料成本低：光热转换材料的成本直接影响其在实际应用中的可行性。
因此，该类材料的成本应尽可能低，以提高其应用价值。
二、光热转换材料的应用前景光热转换材料已被广泛应用于各种领域，其未来的应用前景十分广阔。
1.太阳能电池：太阳能电池是一种利用太阳能转换成电能的设备，其核心部件为光电转换材料。
光热转换材料在太阳能电池中的应用已经十分成熟，能够实现太阳能的高效转换，并为可再生能源的发展做出了重要贡献。
2.太阳能热水器：太阳能热水器是一种利用太阳能热能加热水的设备，其核心是吸热板。
光热转换材料能够增强吸热板的吸热能力，提高太阳能热水器的热效率。
3.光热发电：光热发电是利用太阳能的光热效应产生电能的一种新兴能源，属于太阳能利用的一种重要途径。
光热转换材料作为光热发电的核心部件，有望在未来的能源领域中发挥重要的作用。
4.光伏发电：光伏发电是将太阳能转化为电能的一种新能源技术。
光热转换材料的应用还可以提高光伏电池的转换效率。
总之，光热转换材料具有很强的实用价值和发展潜力，其在太阳能电池、太阳能热水器、光热发电、光伏发电等领域的应用前景十分广阔。
为了进一步提高其应用价值，还需要在性能、稳定性、成本等方面进行深入研究和探索。
太阳能加热 原理
太阳能加热原理
太阳能加热是利用太阳辐射能量进行加热的一种方式。
其原理是利用太阳光的热辐射，将太阳能吸收转化为热能。
具体来说，太阳能加热系统通常包含太阳能集热器和热媒体循环系统。
太阳能集热器一般由吸热材料制成，该材料能够有效地吸收太阳光辐射并将其转化为热能。
吸热材料通常呈黑色或暗色，因为这些颜色能够吸收更多的太阳能。
一旦太阳能到达集热器，吸热材料开始发热。
然后，通过循环系统中的工质(通常是液
体或气体)，将热能传输到需要加热的位置。
在太阳能加热系统中，循环系统的作用是将热能从集热器传递到加热目标。
这个过程通常借助于泵或者自然对流来完成。
热能通常以液体或气体的形式储存并在需要加热时释放。
例如，太阳能热水器中的循环系统会将热能从集热器转移到水箱中，从而提供热水。
太阳能加热的原理基于太阳能辐射，太阳光辐射是一种高能量的电磁辐射，其中包含短波辐射和长波辐射。
太阳光中的短波辐射能够穿透大气层并达到地球表面，而长波辐射则会被大气层吸收。
吸收了太阳短波辐射的吸热材料将其转化为热能，并通过循环系统传输到需要加热的地方。
总的来说，太阳能加热利用了太阳能的辐射能量，使用吸热材料将其转化为热能，并通过循环系统传递到需要加热的位置。
这种加热方式环保、经济且可持续，因此在许多领域得到了广泛应用，例如太阳能热水器、太阳能取暖系统等。
太阳能热水器研究性学习调查报告
太阳能热水器研究性学习调查报告研究性学习成果报告课题名称：太阳能热水器——人们对的认识及普及程度及其发展前景研究时间：2012年10月到12月联系地址：浙江上虞春晖中学高一（12）班指导老师：谢海龙组长兼第一执笔人：丁剑锋课题组成员：丁剑锋吕赛格赵彬王乔涛俞谦王彦凯陈豪成果形式：小论文邮编：312300目录1.成果报告《太阳能热水器——人们对的认识及普及程度及其发展前景的探究报告》………………………………………………p1 2,倡议书…………………………………………………………p112，附件一：关于“人们太阳能热水器认识及普及程度”的调查…………………………………………………………………p123，统计图表………………………………………………………p13 4，相关照片………………………………………………………p15太阳能热水器——人们对太阳能的认识及普及程度及其发展前景的探究报告【内容摘要】我国迅猛的社会进步和经济发展，需要大量的能源作为支撑，但目前矿物资源（煤、石油等）日益减少，能源问题日益严重，于是人们将目光转向直接利用太阳能上。
为了倡导“节能减排”，我们决定对温州地区太阳能热水器使用情况进行一系列科技实践研究活动。
实践研究从这几方面着手：对太阳能热水器的使用者的调查；对太阳能热水器销售的商家进行调查；我们自己对于太阳能集热效果的实验研究。
实践中也引发了我们对太阳能前景的一些思考。
【关键词】太阳能节约能源使用环保省钱研究背景：如今，太阳能作为一种新能源已越来越多地被人们所熟知以及应用到实际生活中去，其主要应用形式便是太阳能热水器，太阳能热水器以环保，节能，寿命高，无污染，无漏电危险为人们所青睐。
我们早就知道，太阳能是世界最上为丰富的能源之一，而我们所利用的能源基本上都来源于太阳：石油、煤是远古时期固定下来的太阳能，水力能是太阳能转化成的水的势能和动能……在矿物燃料资源（煤、石油等）日渐减少，石油价格不断上涨的今天，能源问题日益严重，人们的环保意识也不断加强，人们对太阳能的研究也在不断深化，渐渐地人们再度考虑直接利用太阳能。
纳米流体增强太阳能集热器换热性能研究
质的集热器导热系数明显大于蒸馏水为工质 的集热器，纳米流体质量分数增加，导热系 数随之增加。
以上研究表明，与纯液体相比，纳米流 体导热系数高，换热系数好，对光的吸收性 能优异，可以作为太阳能集热器的集热工质。 因此，本文在原有试验和研究的基础上，采 用数值模拟的方法讨论 CNT 或 CeO2 纳米粒 子作为传热工质时，间接吸收式太阳能真空 管集热器的吸热性能。利用 ICEM CFD 软件 建立太阳能真空管模型并进行网格划分，采 用 Fluent 软件进行求解，并通过后处理模块 获取温度场分布，研究质量分数、纳米粒子 粒径、种类，和入口流速等运行参数对太阳 能管换热性能的影响。
果的准确性。相关的计算公式如下：
纳米流体中颗粒的体积分数计算公式为：
Φv
=
ρ f Φm
ρ f Φm + ρ p (1− Φm )
(1)
式中，Φv 表示纳米流体中颗粒的体积分
数；Φm 表示纳米流体中颗粒的质量分数；ρ
为密度；下标 f 和 p 分别代表基液和纳米粒子。
纳米流体密度理论计算公式：
(2) 式中，Vf 为基液的体积；Vp 为纳米粒子 的体积。 比定压热容采用 PUTR A[14] 的计算公式：
1995 年，Choi 首次提出了纳米流体的概 念 [2]，纳米流体是指将纳米粒子按照一定的方 法和比例添加到液体中形成的悬浮液，纳米 流体是液 - 固两相悬浮液，悬浮于液体中的 纳米粒子会发生随机的布朗运动，促进悬浮 液内部的微扰动，所以纳米流体导热特性优 于传统工质 [3-4]。经过这些年的不断发展，纳 米流体在内燃机的散热，喷雾冷却工质，石 油采收等强化换热领域中有广泛应用 [5-7]，同
4183
0.659
值，计算时通常取 β=0.1；knf 为纳米流体导 热系数；kp 和 kf 分别是固体粒子和液体的导 热系数。
太阳能集热器热性能分析报告
太阳能集热器热性能分析摘要：本文介绍了太阳能集热器的种类以与各自的特点。
同时，阐述了太阳能集热器热性能的理论，包括影响太阳能集热器热性能的因素、太阳能集热器热性能的测试方法等。
关键字：太阳能集热器、热性能测试、影响因素0引言随着能源的大量消耗和环境的急剧破坏，新能源技术已经成为21世纪世界经济开展中具有决定性影响的五个技术领域之一。
太阳能因为具有取之不尽、用之不竭、无环境污染等诸多优点而受到各国重视。
2011年，我国太阳能集热器生产量占世界产量的80%，占世界保有量的60%左右，说明我国已经成为太阳能利用大国。
太阳能集热器是将其接收的太阳辐射能向传热工质传递热能的装置，因此，太阳能集热器是太阳能利用的关键装置。
所以，太阳能集热器的研究、开发与应用对太阳能资源的高效应用至关重要。
1太阳能集热器的种类随着太阳能利用的大力开展，太阳能集热器的种类也越发多样化。
根据进入采光口的太阳辐射方向是否改变，分为聚光型集热器、非聚光型集热器；根据集热器的传热工质类型的不同，分为液体型集热器、空气型集热器；根据集热器是否跟踪太阳，分为跟踪集热器、非跟踪集热器；根据集热器是否有真空空间，分为平板型集热器、真空管型集热器；根据集热器的工作温度围的不同，分为高温集热器〔300℃～800℃〕、中温集热器〔80℃～250℃〕、低温集热器〔40℃～80℃〕。
其中，太阳能热利用产品最常见的有两种--平板型太阳能集热器与真空管型太阳能集热器。
1.1 平板型太阳能集热器与其特点平板型太阳能集热器[1]的典型结构如图１所示，主要包括透明盖板、吸热板芯、流体流道、隔热层和箱体等局部.图1 平板型太阳能集热器典型结构透过透明盖板照射到吸热板外表，吸热板吸收大局部太阳辐射能，将其转化为热能，并将热能传递给流道的传热介质，传热介质携带热能进入储热设备。
这样，传热工质被加热后，温度逐渐升高，作为集热器的有用热能输出。
同时，由于吸热体的温度升高，通过透明盖板和外壳向周围环境散失热量，造成了平板型太阳集热器的各种热损失。
太阳能集热板原理
太阳能集热板原理
太阳能集热板是一种利用太阳辐射热量的装置，用于将太阳能转化为可用热能的装置。
其工作原理基于热传导和热辐射。
下面是太阳能集热板的工作原理：
1. 材料选择：太阳能集热板通常由金属或聚合物材料制成，这些材料能够有效地吸收太阳辐射并将其转化为热能。
2. 集热器结构：太阳能集热板通常是一个平面板，其表面涂有一层黑色吸热涂层或覆盖有黑色吸热材料。
这些吸热材料能够吸收太阳辐射中的大部分能量。
3. 热传导：当阳光照射到太阳能集热板表面时，吸热材料吸收太阳辐射能量，并将其转化为热能。
这些吸热材料具有较好的导热性，能够将热能迅速传导到集热器板的内部。
4. 热储存：集热器板的内部通常填充有热媒介物，如水或油。
当热能传导到集热器板的内部时，热媒介物能够吸收这些热能，并将其储存起来。
5. 热辐射：由于集热器板的结构和材料选择，其表面热能辐射程度相对较低。
这意味着它能够更好地保持热能在集热器板内部的储存。
6. 热能利用：储存的热能可以通过热交换器等装置传递给需要热能的设备或建筑物。
热媒介物循环通过集热器板和热交换器，将热能传递给需要的地方，实现太阳能热能的利用。
综上所述，太阳能集热板利用太阳辐射能量，通过热传导和热辐射的方式将其转化为热能，并保存在内部的热媒介物中，以便后续的热能利用。
科教版五年级上册《设计、制作简易的太阳能热水器》实验报告
纸盒、泡沫塑料、棉花、方形或圆形饮料瓶、玻璃片、透明塑料膜、黑色纸、平面镜、锡箔纸，剪刀或美工刀、透明胶带
实
验
过
程
实验猜测：
设计制作热水器要综合应用我们学过的各项知识，才能做得符合要求
实验步骤：
1、在盒子的底部垫上一层棉花，侧面用泡沫塑料板垫上，然后将锡箔纸衬在里面，作为反光材料；
2、用黑色纸把塑料饮料瓶的瓶身包起来，放在盒子里，盒盖的上面挖空，覆上一层塑料膜，
3、瓶子里装上清水，盖上盒盖，调整热水器的角度，使受热面与阳光垂直。
实验现象：
按照我们自己的设计，太阳能热水器制作完成了
实验
结果
我们在设计制作热水器时，综合应用了反光原理、热的不良导体保温原理、颜色与吸热原理、照射角度与吸热原理，做成的热水器可以很好的集热。
小学科学实验报告单班级实验时间实验课题设计制作简易的太阳能热水器实验目的验证物体吸热与颜色是否有关实验器材纸盒泡沫塑料棉花方形或圆形饮料瓶玻璃片透明塑料膜黑色纸平面镜锡箔纸剪刀或美工刀透明胶带实验猜测
小课题
设计、制作简易的太阳能热水器
实验目的
验证物体吸热与颜色是否有关
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太阳能吸热材料的研究 目录 论绪 ............................................................................................................. 1
第一章 太阳能吸热材料的概述........................................................... 2
1.1太阳能吸热材料的发展现状 ......................................................................... 2 1.2 太阳能吸热材料的概念与分类 .................................................................... 2
第二章 几种太阳能吸热材料的光学性能和制备工艺 .......................... 2
2.1硅溶胶吸热涂料 ............................................................................................. 2 2.2 电镀吸收涂层 .............................................................................................. 4 2.2.1 黑铬涂层 .................................................................................................... 4 2.2.2黑镍涂层 ..................................................................................................... 7 2.2.3黑钴涂层 ..................................................................................................... 8 2.3电化学表面转化涂层 ..................................................................................... 9 2.3.1铝阳极氧化涂层 ......................................................................................... 9 2.3.2 CuO转化涂层和钢的阳极氧化涂层 ....................................................... 10 2.4 真空镀涂层 .................................................................................................. 10
第三章 总结 ......................................................................................... 13
3.1 太阳能吸热材料的发展趋势 ...................................................................... 13 3.2 结论 .............................................................................................................. 13
参考文献： ............................................................................................... 14 1
论绪 随着人类社会的不断发展，人与自然的矛盾也愈来愈突出。目前全世界范围面临的最为突出的问题是环境与能源，即环境恶化和能源短缺。面对这样一种局面，各国政府采取正确的对策来处理，其中最为有效的方法就是发展新材料及相应的技术。事实上几年来人们对太阳能吸热材料的研制和利用，已显示了积极有效的作用。这一新型功能材料的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染。尽管太阳能吸热材料的成本还较高和性能还不够完善，但随着材料科学的不断进步，太阳能吸热材料愈来愈显示了诱人的发展前景。可以预见，在下个世纪，太阳能吸热材料将扮演更为重要的角色。 大阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污。二十世纪初人们就研究如何收集利用太阳能，从最早的太阳能动力装置研究到太阳能平板集热器的研究，为解决能源短缺问题都是重大的进步。为了充分有效地利用太阳能，人们发展了多种太阳能材料，并且加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了太阳选择性涂层技术上的重大突破。70年代以后人们研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用，目前已研制成上百种选择性涂层。我国自70年代开始研制选择性涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上广泛使用，效果十分显著。为此，随着科技的不断进步，新型太阳能吸热材料不断涌现，并且会是更为经济，性能更好的材料。本文主要是通过查阅资料和相关数据的分析，介绍多种太阳能吸热材料的制备工艺、吸热性能、经济性等。综合评估材料的各方面性能，并提出一些看法。多种太阳能吸热材料制备成本较高，获取一种廉价、使用性高、耐候性好且具有一定选择性的太阳能吸热材料，一直是人们关注的问题。 2
第一章 太阳能吸热材料的概述 1.1太阳能吸热材料的发展现状 人类很早以前就直接或间接地利用太阳能，但是长期以来太阳能利用一直发展缓慢。随着20世纪70年代的能源短缺、全球环境污染问题日趋严重，迫使人们发展利用太阳能的新型材料，而且各国在新领域有新兴技术的迅猛发展，使得太阳能材料的研究进入新高潮。为此，人们发展了多种太阳能吸热材料。
1.2 太阳能吸热材料的概念与分类 太阳能吸热材料是一种能将太阳辐射能转换热能的功能材料。太阳能吸热材料可分为选择性和非选择性吸热材料。非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层；选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。本文主要介绍选择性吸热材料。
第二章 几种太阳能吸热材料的光学性能和制备工艺
2.1硅溶胶吸热涂料 太阳能吸热涂料是一种用它制成的膜能把太阳辐射能转换热能的功能材料。这种太阳能吸热涂料制成的膜在室外环境下工作，必须具备良好的耐候性、防水性。在国内很多采用了油性涂料，如黑板漆，或者黑板漆中加入石墨，或者酚醛黑漆中调入沥青，这些都是为了保持膜的良好防水性能。但是，这类涂料制成的膜为有机物，缺点是它是一种非选择性吸热涂料，吸收率和发射率都高，热利用率低下。日本Descente Ltd 公司选用CrC、Al做发色体，使得涂料的吸热选择性得到了提高，Boris Kidric Inst 公司用有机炭黑配以二氧化硅做发色体，也提高了吸热选择性。美国Martin Corp 公司将F-6331 铁黑做发色体，水玻璃作为膜物，虽然吸收率很高，但防水性差。北大刘胜峰等人使用硅氧烷3
聚合物作为膜物，铁锰铜氧化物做发色体，在铝板上成膜，n=0．958，￡=0．71； 若用丙烯酸树脂改性的硅氧烷聚合物做膜物，n=0．958，￡=0．419，但是这样的成本较高，从经济性考虑这种材料还是有欠缺的。所以，想要获得一种廉价、耐候性好、具有防水性且具有一定选择性的太阳能吸热涂料，成为了人们关注的问题。 涂料是由成膜物和发色体组成的。硅溶胶吸热涂料的成膜物选用硅溶胶做膜物，发色体选用铁粉。硅溶胶是聚硅酸的水性胶体，白色荧光，呈半透明状。胶体粒子很小，半径为15nm，由胶核、密集层、扩散层组成。在密集层和扩散层之间，靠阳极电位为-91mV，靠阴极电位为-9.6mV。这样的一种胶粒结构容易产生交联、凝聚，尤其是当外界有少量的离子电荷存在时，硅溶胶就会立即出现凝胶现象。密集层中有氢氧化硅存在，氢氧化硅本省就容易发生缩合脱水，至使胶核交联成了更大的网状结构。在这种网状结构中有一些空隙，将少量的聚丙烯酸酯乳液或其他的高分子乳液注入这种空隙中，按胶粒间离子电荷分布定位，用这种方法提高了网状结构的强度，从而获得了更加坚固的表面膜。由于膜物的主要成分是硅氧体，所以其耐候性能自然是比较良好的。 发色体的选用依据是膜的太阳能转化实际上是一种光谱现象，取决于发色体的价电子性质。固体发色体价电子行为由能带理论中的能隙概念描述，这个概念考虑了发色体的化学健特征和晶体场特征，因此与只以元素的电负性大小作为选材依据相比。更符合实际情况。只要发色体的键能隙与太阳光的光量子能量匹配，发色体就会产生吸光现象．太阳光能量密度集中在0．4～0．8 m波段，对应的光量子能量为1．543～3．085eV。与这种光量子能量匹配得较好是金属、台金、 半导体的健能隙。发色体的粒径选择对膜的吸光特性也很重要。达到胶体粒径时，束缚能级将起很大作用。 硅溶胶加少量聚丙烯酸酯乳液做成膜物，选用1p．m粒径铁粉做发色体，体积浓度取30%，经研磨，形成均匀分散系，分别涂布在铝板和石英玻璃上，经 l h 固化，便成膜。膜在水中浸溃1个月，没有发生脱落现象。对石英玻璃扳上的膜做 30Onm、320nm、500nm 和lO00nm紫外、可见光透视，透视率等于零；1000~2600nm红外光透视，透视率为5—5O% ，具有光谱选择性。涂在铝板上的膜进行漫反射