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1、中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 中国石油大学胜利学院毕业设计（论文） 陶瓷板太阳能学生姓名：张 杰学 号：200907013153专业班级：自动化09-1班指导教师：胡长松 2013年6月15日 摘要本论文主要研究太阳能及管道保温特性，通过设计对比实验（实验内容见正文）研究各种保温材料的保温效果，对实际应用产生指导作用。对太阳能的现状做了详细介绍（见前言），在实验中保温材料的选取至关重要。以此论文第二章系统介绍了各种保温材料及判别保温材料的具体准则。另外对太阳能的结构，太阳能类别（见第三章）做了系统分析。同时结合我们现有实验器材实力做出了反复的筛选及精心的设计。实验设计思想在本实验中
2、同等重要。本论文还对常用实验思想做了具体介绍，并且利用这些思想做了设计了缜密的实验内容（见第三章，第四章）最后，本论文做出了系统归纳与总结（见第五章）关键词：太阳能，管道保温，保温材料。 目录第一章 ：前言 .41.1太阳能利用的国内外概况 .41.2只有中国可能成为陶瓷太阳板的世界工厂、实现中国创造、中国制造 .7第二章 ：太阳能及保温管的特点和选材 .92.1太阳能的构造 .2.2太阳能的种类 . 2.3 影响太阳能利用的有关因素和A值 .2.4保温材料 .2.5保温材料的选择 . 2.6 保温材料等级判定 .第三章：管道保温实验设计 . 3.1实验设计常用思想 .3.2太阳能管道保温实验
3、 .第四章 ：太阳能实验设计第五章 第五章：总论附录 第一章 前言 1.1太阳能利用的国内外概况 经过近200年的持续加速开采，煤、石油、天然气等常规化石燃料资源逐步减少，据有关资料，我国煤、石油、天然气的可开采年数分别是114年、20.1年、49.3年，人均占有量分别是世界人均占有量的70%、11%、4%，所以我国比多数国家更迫切需要研究和寻求新能源和可再生能源。 我国太阳能资源丰富，优于日本、欧洲，相当于美国，青藏高原部分地区的年阳光辐照量约为全球阳光最强烈的撒哈拉沙漠辐照量的3/4，进一步深入研究太阳能的利用和开发对缓解我国能源供应具有现实意义。 太阳能的优点是普遍、巨大、无害，缺点是分
4、散、随机、间歇，太阳能利用的研究主要是对太阳能收集、转换及其装置的研究，由于太阳能是低密度能源，巨大的能量散布在广阔的区域，所以对太阳能利用的研究更重要的是对太阳能收集器的研究，是对太阳能收集器的成本、寿命、效率的研究。 目前太阳能收集器主要包括平板型、真空管型、聚光型收集器和太阳能电池等，太阳能利用装置主要包括太阳能热水器、太阳能热水系统、太阳能热风系统、太阳灶、太阳房，太阳能干燥装置、太阳能温室、太阳能制冷与空调系统、太阳能热发电系统、太阳能光伏发电系统等。目前已工业化、市场化、规模化利用的太阳能收集器主要是平板型、玻璃真空管型收集器和太阳能电池。 1.平板型太阳能收集器 平板型太阳能收集
5、器采用铜、铝、不锈钢、普通钢、橡胶、塑料制造，为解决腐蚀、老化引起的寿命和水质问题，近年来发展趋势是采用铜铝复合和全铜材质制造，结构采用管板式、翼管式、扁盒式、蛇管式等，可以看作是铜质排管与上下铜质集管焊接连通，涂复阳光吸收层的铜板或铝板作为阳光收集面将热量传给排管中的介质通过上下汇集管加热储热箱中的流体，达到收集太阳能的目的，标准单板宽1米，长1.0、1.2、1.5、2米，由单板构成整体型单台太阳能热水器或由多板及上下循环管形成热水器系统，集热效率45-75%，根据带动水量的多少，最高水温可达到100，在寒冷地区、寒冷季节，无阳光时采用放水，防冻介质、内置热管、电加热等方式防止冻裂，采用合适
6、的结构可以与建筑一体化，形成太阳能屋顶。 平板式太阳能收集器大致生产工艺：管板焊接或经滚压结合后吹胀等方法制造，集管钻孔、拨口、排管与集管焊接（铜焊、无银焊）、除锈、清洗、涂（镀）黑、经耐压测试，外壳由钢板经下料、冲孔、折弯、清洗、喷涂的长短边框、压条、底板组合而成，外壳与板芯之间填充保温材料。 标准GB/T6426-1997要求平板型收集器太阳吸收涂层的太阳吸收比0.92，经150、24小时耐热试验后不得小于原值的95%，经65干湿老化试验后不得小于原值的95%，涂层还需通过附着力试验和耐盐雾试验。 2.玻璃真空管太阳能收集器 玻璃真空管由SiO2 80%、B2O3 12%的硼硅玻璃3.3制
7、造的同轴两层玻璃管制造，内外管之间抽真空，内管外表面镀黑，内管中的流体通过同一个端口进行热交换加热储热箱中的流体，标准单管尺寸是外管直径47、58，长度1.2、1.5、1.8、2.1米，以吸热体占用面积计算时，其集热效率为45-60%，玻璃真空管上限集热效率低于平板型可能与真空管的结构形式减小了采光面积（吸热体面积小于其占用面积）和真空管是盲管只能采用单口热交换方式等有关，根据带动水量多少，最高水温可达到100，真空管保温性能优于平板型，可靠性不如平板型，在寒冷地区、寒冷季节，无阳光时采用内置U型铜管、热管、电加热等方式防止冻裂、提高可靠性，由于结构的原因，玻璃真空管难以与建筑一体化，难以与屋
8、顶共用保温层、防水层，成为真正意义的太阳能屋顶。 玻璃真空管太阳能收集器大致生产工艺：玻璃管初洗、下料、封圆底、二次清洗、烘干、真空溅射镀膜、洗管间支架焊消气剂、火焰封接、真空排气、烤消气剂、退火；真空管需要安装在支架上，盲端固定在支架的塑胶套内，开口端接入水箱或汇集管内以硅橡胶圈密封。标准GB/T17049-2005要求玻璃真空管采用太阳选择性吸收涂层，要求涂层的太阳吸收比0.86，其半球发射比0.08，标准没有提出耐热和老化试验要求。标准NY/T343-1998要求家用太阳能热水器吸热体涂层的太阳吸收率不小于0.90，并具有较强的附着力和足够的抗老化性、耐湿热性和耐盐雾性。不需要涂层的非金
9、属吸热体的太阳吸收率不小于0.87。 3.太阳能电池 太阳能电池以纯度99.999%的硅片为基体材料制造，将阳光直接转换为电流，通常由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、防反充二极管、逆变器等构成供电系统，目前商品化单晶硅太阳能电池的光电转换效率为12-15%，需要经常保持表面清洁。 太阳能电池大致生产工艺：硅材料切片、热浓H2SO4清洗、硅片表面腐蚀、王水清洗、高纯去离子水清洗、气体保护下热扩散制PN结、除背结、真空镀铝、银膜烧结成电极、等离子腐蚀周边、蒸镀减反射层、检测伏一安特性曲线、串并联焊接封装等。 自二十世纪八十年代初，一位美籍华人带入国内几只全玻璃真空管后，经二十余年改进、发展，目前
10、我国年产玻璃真空管热水器约1500万平方米，占全世界太阳能热水器总产量的一半以上，目前我国北方主要使用玻璃真空管热水器，南方平板式热水器也占一定的比例，国外如欧洲、北美、日本主要采用平板式太阳能热水器，估计全球在用的太阳能热水器约1亿平方米，2006年我国太阳能电池产量为世界首位，占全世界总产量一半左右，主要原材料硅晶片90%依赖进口，产量的90%以上出口欧美，2005年全球太阳能电池装机总容量约350万千瓦。 我国一台集热器面积约1.5平方米的玻璃真空管热水器售价大约为1000-2500元，面积约2平方米的铜管翼板式平板太阳能热水器售价大约为2000-6000元，玻璃真空管太阳能集热系统的集
11、热器造价约500-800元/平方米，系统造价约1000-1600元/平方米，青岛奥体中心采用进口平板太阳能集热系统，单板宽度可达2米，长度可达6米，采光面积约1300平方米，造价约800万元，折合每平方米6000余元，太阳能电池每瓦售价约25元，目前太阳能电池发电成本约5元/度，是风能发电的6-8倍，煤电的11-18倍，有关资料预期随着技术进步、太阳能电池制造成本的下降，至本世纪中期太阳能电池发电成本可能接近常规能源发电成本。 1.2只有中国可能成为陶瓷太阳板的世界工厂、实现中国创造、中国制造我国拥有全世界最大的陶瓷产品制造业，最大的陶瓷墙地砖制造业，其产量占世界总产量50%左右，年产陶瓷墙地
12、砖40亿平方米以上，作为第二名的意大利，其产量不足我国产量的五分之一，陶瓷太阳板与陶瓷墙地砖同为板状制品，作为陶瓷墙地砖烧成设备的大型连续辊道窑也可用于陶瓷太阳板的烧成，而连续干燥辊道窑可作为陶瓷太阳板素坯的后期干燥设备，原料粉碎设备基本上可以通用，我国陶瓷业进行适当改造即可形成年产数亿至十数亿平方米陶瓷太阳板生产能力，这是其他任何国家不可能做到的。 占我国陶瓷墙地砖总产量近40%的佛山陶瓷业近几年来由于环境和电力、燃料、原料、劳动力成本等原因正处于向全国各地扩张、转移、重建的过程中，新的陶瓷工业园区往往具有电力、燃料、原料、劳动力成本等方向的优势。若陶瓷太阳板工业化技术和应用技术开发进程顺利，则陶瓷太阳板将成为我国部分陶瓷业由制造建筑装饰型、传统型陶瓷制品转向制造全新的建筑功能型、能源型陶瓷制品的重要契机。 我国人口和建筑保有量占全球总量的四分之一左右，今后20年内新建建筑量估计仍会占全球总量的50%左右，我国是最大的发展中国家，地处北半球亚热带、温带地区，常规能源贫乏而太阳能资源相对丰富，陶瓷太阳板最终将会为建筑物带来廉价热水、夏季空调、冬季暖风，非常符合发展中的广大城乡居民提高生活水平的普遍强烈的愿望，我国规模巨大的建筑业和人数众多的建筑设计队伍，能够将此愿望变成现实，从而构成
