太阳能利用技术教材

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1、太阳能利用技术 主要内容 太阳能光热利用技术 太阳能光电利用技术 概 述 太阳能光热利用技术 太阳能光电利用技术 概 述 太阳能光热利用技术 太阳能光电利用技术 概 述 太阳能光热利用技术 太阳能光电利用技术 概 述 太阳能光热利用技术 第一部分 概 述概 述 建筑能耗 2020年 3.5亿tce 25.5% 随着城镇化的推进，我国建筑数量在不断增加，已成 为建筑能耗增长的钢性动力。建筑能耗的增长趋势如 下所示： 2008年2004年 6.55亿tce 超过1/3 预测：10.89亿 tce，其中空 调峰值负荷相 当于10个三峡 电站的满负荷 医院 常规能源储量 煤石油天然气铀 230年43年

2、62年64年 常规能源使用时 不仅会带来环境 问题，而且其不 可再生，储量有 限，据美国能源 部等能源机构统 计，各种能源的 使用年限为： 国家政策法规 与可再生能源相关 与建筑节能相关 2004.12节能中长期专项规划 2005.6建设部关于建设领域资 源节约今明两年重点工作的安排 意见 2006.7“十一五”十大重点节能工 程实施意见 2006.8建设部、财政部关于推 进可再生能源在建筑中应用的实 施意见 2006.9可再生能源建筑应用专 项资金管理暂行办法 2008.8民用建筑节能条例 2005.2中华人民共和国 可再生能源法 2006.8国务院关于加强 节能工作的决定 2007.6节能

3、减排综合性 工作方案 2007.9可再生能源中长 期发展规划 2007.10中华人民共和国 节约能源法 与可再生能源相关 必然性 建筑能耗现状 常规能源储量有限 国家政策法规 开发和利用 可再生能源 势在必行！ 我国太阳能资源分布情况 一般来说，在年日照时数大于1200 小时，年太 阳辐照量大于3500MJ / m2的地区，选用太阳能利用 系统都将获得良好的经济效益。 太阳能利用的技术评价 项目特点和评价指标 环境友好性和社 会友好性 在没有大规模使用时优，但在建筑密集的城市普遍使用的环境友好 和社会允许性还需谨慎评价 容量巨大，但地区差异大 可靠性与稳定性 可靠性属类在确定的时间存在 品位稳

4、定性属类不随时间变化，保持定值 容量稳定性属类随时间无规律地变化 持续性和可再生性好 易获取性 获得的技术难度小；经济性好，但能量密度小 建筑自然冷热源的评价指标包括环境友好性和社会友好性、容量、可 靠性与稳定性、持续性和可再生性以及易获取性等。太阳能作为冷热 源的评价结果如下： 太阳能是一种很好的热源！ 第二部分 太阳能光热利用技术 主要内容 太阳能热热利用技术术 集热元件 太阳能热 利用系统 系统测评 太阳能集热热器 种类类 特点 适用性 太阳能热水系统 典型太阳能热水系 统的原理及特点 各种系统的适用性 太阳能热水系统 的设计 太阳能采暖 测试测试 测试测试参数 测试测试工具 工程评价

5、太阳能得热热量 工程实实例 集热元件 v太阳能集热器是指吸收太阳辐射并将产生的热能传递 到传热工质的装置。 v太阳能集热器是太阳能热利用系统中的核心部件之一 ，其集热性能直接影响整个系统的节能性。因此，对于 太阳能热利用系统，根据当地气候条件和太阳能资源状 况，结合不同太阳能集热器自身的特点，选择适宜的集 热器是非常重要的。 集热元件 目前市场上主要有四种太阳能集热器：平板式集热器、 全玻璃真空管集热器、热管式真空管集热器、U型管真空集热 器。 平板式集热器 全玻璃真空管集热器 热管式真空 管集热器 U型管真空集热器 集热元件 v平板式集热器 原理：阳光透过透光盖板照 射在表面涂有高太阳能吸收

6、率涂层 的吸热板上，吸热板吸收太阳能后 温度升高，将热量传递给集热器内 的热媒，使热媒温度升高，作为集 热器的有用能量输出；同时温度升 高后的吸热板不可避免地要向四周 散热，成为集热器的热量损失。 特点：集热面积大，得热量 高，后期维修维护费用少，易于与 建筑结合；环境温度较低时，热损 失大，存在集热管破裂、冻结等问 题，在寒冷地区不能全年运行。 集热元件 v全玻璃真空管集热 器 原理：全玻璃真空 管太阳能集热器是由多 根全玻璃真空太阳能集 热管插入联箱组成，工 作原理与平板式太阳能 集热器类似。 特点：保温性能好 ，热损失小，在低温环 境中也有较高的热效率 ；玻璃管易破碎，承压 能力低。 集

7、热元件 v热管式真空集热器 原理：吸热板吸收穿过玻璃 管的太阳辐射能并将其转换成为热 能，再传导给与其紧密结合的热管 ，使热管蒸发段内的工质迅速汽化 ；工质蒸汽上升到热管冷凝段冷凝 放热，将热量传递给集热器的传热 工质，然后依靠其自身的重力流回 到蒸发段，重复上述过程。 特点：热性能好、热效率高 、工作温度高等优点，系统承压能 力强、热容小、系统启动快，抗严 寒能力强，即使在寒冷地区亦可全 年使用；但其成本较高。 集热元件 vU型真空管集热器 原理：在全玻璃真空管中 插入弯成U型的金属管，在U型金 属管和全玻璃真空管之间，同样 有与二者均紧密接触的金属翅片 ，担负二者之间的热传导工作。 被加热

8、流体在金属管中流过，吸 收全玻璃真空管收集的太阳能辐 射热量而被加热。 特点：不存在炸管泄漏问 题，可以承压运行；成本偏高， 系统阻力大，循环介质容易过热 汽化。 集热元件 太阳能热利用技术 v在众多太阳能利用技术中，太阳能热利用是一 种可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应 用最普遍、最现实、最有前途、最有可能替代化 石能源消耗的太阳能利用方式与技术之一。 v太阳能热利用的范围包括太阳能热水系统、太 阳能采暖系统、太阳能制冷空调系统、太阳能干 燥系统、太阳能海水淡化系统、太阳能热发电系 统等。 太阳能热水系统分类 分户集热、分户储热的 单机式太阳能热水系统 集中集热、分户储热的半 集中式太

9、阳能热水系统 集中集热、集中储热的 集中式太阳能热水系统 太阳能热水 系统按集热 、储热方式 分类 单机式太阳能热水系统 分体式：换热介质 通过循环泵在集热 器和水箱内换热盘 管中循环，将太阳 热能传递到水箱中 ，用水时靠自来水 水压将热水顶出 一体式(非承压)： 集热器与水箱一体 形成非承压直插式 太阳能热水器，白 天水在集热器中加 热后存储在水箱中 ，用水时采用落水 法或顶水法取水 单机太阳能 热水器分类 特点：用户单独安装、独立使 用，系统简单，且互不干扰，不 存在计费问题，物业管理方便； 因无可靠的回水系统，不 能做到 即开即热，无资源共享，系统能 源利用不充分。适用于统一安装 的多层

10、建筑 。 单机式太阳能热水系统 v一体式 原理：利用被加热水 内部的温度梯度形成的密 度差，使高温水上行进入 水箱，从而使储热水箱中 的水加热。 特点：换热速度快； 经济实惠，安装维护方便 ；便于推广，主要适合城 镇、农村应用；由于集热 器和水箱一体化，安装后 会影响建筑的美观；对于 多层建筑，应统一规划安 装。 单机式太阳能热水系统 强制循环系统 原理：防冻液在集热器中吸热后，进入 储水箱内的热交换器与冷水进行热交换 ，然后又回到集热器中。 特点：承压运行，系统性能稳定、安全 ，无漏水风险；集热器不结垢，使用寿 命长；系统有循环动力，储水箱位置不 受限制，但同时也增加了系统能耗。 自然循环系

11、统 原理：利用不同温度下水的比重不一 样，热水上行的原理，集热器集热与水 箱进行自然式热交换，来加热水箱中的 水。 特点：系统简单，运行可靠，不消耗 任何能源；但水箱位置必须比集热器高 ，循环动力较小；储热水箱往往选用壁 挂式，集热器采用栅栏式安装。 分体式 按循环动力分类 分体式安装效果图 集热器镶嵌于屋顶 分体式安装效果图 集热器栅栏 集中式太阳能热水系统 v原理 生活热水集中加热到所需温度后，再送入各 个用水点。按生活热水与集热器内传热工质的关 系，该系统又可分为直接式系统和间接式系统。 v特点 集成化程度高，有利于降低造价并减少热 损失； 热水供应管路简单，合理的干管循环回水 保证供水

12、品质，实现各用水终端即开即热； 对于单机式系统，综合费用低，模块化的 集热器与建筑结合也比较美观。 集中太阳能热水系统 直接式系统 v原理 当集热器温度与储热水箱温 度差值大于设定值时，温差循环启 动；当集热器温度与储热水箱温度 差值小于设定值时，温差循环停止 。当太阳辐照不足时，可启动辅助 能源来保证热水的供应。 v特点 系统性能可靠，技术成熟， 初投资较为经济 ；充分利用太阳能 ，且外形美观，可以个性化的与建 筑进行结合；但需要向用户收取费 用，不便于运行管理。 适合于多层、高层等居住建 筑，宾馆、医院、浴室等公共建筑 。 集中太阳能热水系统 间接式系统 v原理 集热器温度与缓冲水箱温度

13、之差达到控制器的设定温度时，集热 循环泵开启，进行集热循环。当缓冲 水箱的高温工质达到设定温度时，换 热循环泵开启，高温工质输送到公共 水箱换热盘管及换热器，进行热量交 换。 v特点 系统投资回报率高，可有效的 节约常规能源，降低运行成本；系统 虽然复杂，但性能稳定，便于维护； 集热单元一般采用承压系统，避免漏 水风险；可以和常规能源的储热水箱 直接并用。 适合于宾馆、游泳池等公共 建筑。 半集中式太阳能热水系统 v原理 类似于中央空调系统，集热 器集中集热，循环泵将热水输送到 每个用户的承压水箱中，通过换热 盘管对水箱中的水加热，所以该系 统又称集中集热-分户储热-间接换 热系统 v特点 可

14、承压运行，控制方式简单 ；水箱分户设置，减少了集热水箱 占地面积；热水资源分配均匀，便 于计量；立管数量少，布管容易； 但采用间接系统，系统热效率有限 ，仅能起到预热的作用，系统运行 维护费用较高。 适用于公共面积少，楼层比 较多的多、高层建筑 。 太阳能热水系统小结 各种系统的特点 太阳能热水系统设计 1、前期准备工作 v 原始资料收集 （1）用户所处地理位置和环境条件 （2）水源情况 （3）电力供应情况 （4）安装场地情况 v 用户对太阳能热水系统的要求 （1）安装太阳能系统的用途 用于生活热水供应/工业用热水/游泳池加热/采暖制冷等。全年工 作/季节性工作 （2）用水方式 定时用热水/全

15、天24小时用热水；用水温度/全天总用水量/用水流 量/用水压力 （3）辅助能源情况 是否要求配置辅助能源/配置辅助能源的种类（电/燃油/燃气/蒸汽 /暖气/热泵等）；如果使用原有的辅助能源设备，应了解设备型号、类别 及供热方式等 （4）其他要求 管理方式:有无专人管理/是否要求全自动控制/是否要求自动计量收 费 太阳能热水系统设计 2、设计依据 v 设计工作的开展必须以相关的标准规范为井绳，目前太阳能热利用相关的标准规范有： v 太阳能集热器热性能试验方法 GB/T4271-2007 v 平板型太阳能集热器 GB6424-2007 v 全玻璃真空太阳集热管 GBT17049-2005 v 真空

16、管型太阳能集热器 GB/17581-2007 v 家用太阳热水系统热性能试验方法 GB/18708-2002 v 家用太阳热水系统技术条件 GB/T19141-2003 v 太阳能热水系统设计、安装及工程验收计算规范 GB/T18713-2002 v 太阳热水系统性能评定规范 GB/T20095-2006 v 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 GB50364-2005 v 家用太阳热水器电辅助热源 NY/T513-2002 v 家用太阳热水器储水箱 NY/T514-2002 v 家用太阳热水系统安装、运行维护技术规范 NY/T651-2002 v 太阳能集热系统设计与安装 06K503 v 太阳能集中热水系统选用与安装 06SS128 为了进一步规范太阳能行业的发展，国家发改委、中国标准化研究院、全国太阳能标准化 技术委员会牵头起草的家用太阳能热水系统能效限定值及能效等级于2011年下半年推出。 太阳能热