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    海南奧普佳新能源有限公司

    公司簡介

    太陽能熱利用的展望——槽式熱利用

    發布時間:2021-05-14 點擊量:650
              太陽能熱利用的展望——槽式熱利用
    名詞注釋:
    1.“槽式太陽能熱發電”通過槽式反射鏡聚集陽光發電的方法。
    2.“槽式熱利用”通過槽式反射鏡聚集陽光投向受熱器件的熱利用方法,簡稱‘槽式’。
    3.“直射式”陽光未經聚集直接射到受熱器件的原產品(包括真空管式、平板式)。
    一、太陽能熱利用發展的方向:
    太陽能光伏的光電轉化率,半個世紀以來一直徘徊在20%左右,是由于已掌握的半導體材料,僅能將一段波長的光轉化為電,是半導體材料的特性問題,已經過近百年無數人的努力,難于指望近期會突然突破。而太陽能光熱可吸收整個太陽光各頻率的輻射轉化為熱能,這一點太陽能熱利用遠優于光伏,具備深耕的前途。
    太陽能能量巨大,但能量密度很低,或說太陽能品位低,那么要充分利用太陽能的唯一途徑,就是首先提高它的品位,把太陽光集中起來投向受熱器件,這是提高太陽能熱利用率的唯一途徑。已有的三種太陽能熱發電方式也全部是這樣做的,這指明了太陽能熱利用的發展方向,必須是首先聚集太陽光射向受熱件再加以利用,才能提高太陽能的熱效率。
    早期人們對太陽能熱利用的產品要求不高,直射式(包括真空管式、平板式)簡單易行,成為太陽能熱利用的主流產品。當冬季氣溫低、太陽光弱,這就造成直射式熱水器在北方冬季無法正常工作,而這正是最需要熱量的時候,是目前太陽能熱利用的最大漏洞。
    人類對能源的需求隨著社會的發展而增加,能源更加貴重和短缺。隨著人類認識到碳排放的嚴重性,因而更加迫切的希望使用太陽能,就是要在更高效、更廣泛兩方面提高對太陽能的利用。而更高效讓人們收獲了,太陽能熱利用的效果,效果讓更廣泛的使用水到渠成,而更廣泛的使用讓社會迅速減排,這就是太陽能熱利用的發展方向,我們的方向。
    我們比較了各種聚集太陽光的方法,選擇‘槽式’反射鏡。因為‘槽式’反射鏡是最簡單、最有效、最靈活、最經濟、最實用、最容易對應氣候地域而實現產品的系列化。    
    熱的傳輸,延程損失最嚴重,根本無法長距離傳輸。而太陽能可就地轉化為熱,加以利用。凡分散的采暖需求,都可以用太陽能就地解決(這些地方一般采光條件較好)。例如建筑分散的廠房、公建、別墅、學校、企業、小城鎮、城郊結合部及廣大農村等。它投入小、門檻低、易于推廣,更廣泛的使用太陽能,可迅速降低碳排放。
    槽式太陽能熱發電需要多種能量形式的轉換,(光—加熱工質—加熱水—水蒸發—推動汽輪旋轉—帶動電機發電),造成工況要求高(工質要加熱到幾百度),工藝復雜,零配件要求高端嚴格。
    槽式熱利用,僅是光熱轉換就地使用熱能,減少了很多工藝環節,無幾百度的高溫工況(僅需幾十度),降低了技術難度和成本,只做了簡單化、小型化、摸快化、與建筑一體化和適應熱利用的改進。槽式本來用于熱發電,用于簡單的加熱水和采暖,是由難到易,因此無技術風險。
    二、槽式熱利用的實現方法:
    槽式以一平米受照面積為單元進行了模塊化設計,當需要大流量時,可多單元并聯,提供大流量,功率不受限制。下面我們依據太陽能供熱采暖工程技術標GB50495-2019)將太陽能熱發電改為槽式熱利用。    
    1.槽式太陽能熱發電集熱器上最大的一個部件就是反射鏡,鏡口寬度和長度均在3米以上,這樣大的反射鏡沒法用在民用上,我們沒有那么高的溫度要求,因此鏡口寬度可小到0.4—0.6米,鏡長可選2米,試制期鏡面可由四片相同的鏡面鋁塑板彎制、拼接而成。 槽式鏡的頂端留有與受熱管直徑相同尺寸的空隙,以降低風載荷。這樣的尺寸容易做為建筑的附件安裝在建筑物的立墻或屋頂上與建筑一體化。
    2.槽式太陽能熱發電集熱器上最貴的一個部件就是受熱管。高溫、高強度的輻照和抗熱沖擊,要求受熱管有較高的性能,我們不需要,只要是直通管就行,根據使用在不同緯度調節鏡寬,以避免夏季受熱管受到過度照射降低使用壽命。并在受熱管上設溫度傳感器,當受熱管溫度過高(比如70度),溫度傳感器關斷主控線路,停止反射鏡追日,此時太陽光不再向受熱管聚射,而散射向空間防止受熱管過熱受損。使用切合實際的受熱管,是經濟上可行的關鍵。
    3.槽式太陽能熱發電集熱器上最大的動力負荷是克服反射鏡偏心重力矩追日。為了聚集大量的太陽光,反射鏡必須有較大的鏡口寬度,隨之反射鏡的焦距加大,這就使得反射鏡的焦線嚴重偏離反射鏡的重心線,在以焦線為中心轉動的追日運動中,必須克服這一重力矩負荷,造成追日機構的笨重。我們不需要那么高的溫度,可大幅度縮小鏡寬,選擇焦距使反射鏡焦線與反射鏡的重心線相重合,這就是反射鏡焦線、重心線、回轉中心線三線重合的設計,使追日轉動僅僅克服摩擦力。為追日機構不使用電動機,減速機創造了條件,去掉了復雜機械結構,降低了造價,使民用推廣成為可能。
    4.緩慢的反射鏡追日轉動,用微小的步進完成。使用兩塊直流吸引電磁鐵做為反射鏡上、下追日步進的動力,吸引電磁鐵安裝在反射鏡端板上,(兼有配重功能)電磁鐵的動力由光電池提供。兩塊吸引電磁鐵的價格約為一個電動機的五分之一,吸引電磁鐵專有廠家生產,工作行程、吸引力、工作電壓均已系列化,可根據工況要求選擇。    
    5.原槽式太陽能熱發電的追日控制多采用程序控制。由于帶有三極管放大功能的光電開關管的出現,使邏輯控制更簡單易行,夜里和陰天反射鏡不追日。唯晴天時反射鏡進行追日,追日是采用微小的步進形式完成的。
    6.為提高熱效率系統采用強制循環,泵的動力由光電池提供。泵有專業廠家生產,多種規格、型號可供選擇。
    7.整機不用外電源。
    三、有益效果     
    按照(上述二)改進后的太陽能熱利用,可做為建筑的附屬物與建筑一體化,不需要像熱發電一樣,占用較大的面積,需要有較大的基建和投資,因此可快速擴展,迅速減排。
    由于槽式的高熱效,用于熱水可縮小受照面積(降低成本),提高供水溫度,或供水量,受季節影響小,直射式將被迫退出市場。無論是在民用、工業、農業、公共、養殖等各方面,高熱效都會使您的產品在銷售和工程投標中處于領先地位。沒有人愿意買低熱效的陳舊產品,槽式必將占領熱水器市場,成為主流產品。
    反射鏡僅是一片鏡子:因此較真空管、平板箱,結構簡單成本低、不怕凍、不散熱,可低成本的擴大受照面積,是太陽能采暖的關鍵。在南方安裝在屋頂和立墻的反射鏡兼有外遮陽功能,安裝在窗前,由于冬、夏入射角的變化,夏季反射鏡遮陽擋住太陽光對窗的入射,而冬季太陽光依舊能射入窗內。
    當樣機試制出來,測出熱效率。(當然也可用比較法,顯示熱效率的提高,這樣更直觀明顯)高熱效擺在面前,即可進行高附加值的技術許可,收益快。因為不管多大的企業,都不可能包攬中國如此大的市場, 技術許可的收益可用于企業的滾動發展。這從經濟上保證了項目的穩定發展。
    太陽能熱利用可展望到的,以高熱效向新的采暖領域擴散,是市場前景廣闊的節能減排項目,可以大面積使用,迅速降低碳排放。
    國家科技部自2018年,將太陽能熱利用從一般支持項目,提升為重大專項??梢妵覍μ柲軣崂玫闹С趾推诖?,我們也愿為太陽能熱利用的更廣泛的使用做些推動。為節能減排、為綠水青山、為碳達峰、碳中和做些貢獻!
              太陽能熱利用的展望——槽式熱利用
    名詞注釋:
    1.“槽式太陽能熱發電”通過槽式反射鏡聚集陽光發電的方法。
    2.“槽式熱利用”通過槽式反射鏡聚集陽光投向受熱器件的熱利用方法,簡稱‘槽式’。
    3.“直射式”陽光未經聚集直接射到受熱器件的原產品(包括真空管式、平板式)。
    一、太陽能熱利用發展的方向:
    太陽能光伏的光電轉化率,半個世紀以來一直徘徊在20%左右,是由于已掌握的半導體材料,僅能將一段波長的光轉化為電,是半導體材料的特性問題,已經過近百年無數人的努力,難于指望近期會突然突破。而太陽能光熱可吸收整個太陽光各頻率的輻射轉化為熱能,這一點太陽能熱利用遠優于光伏,具備深耕的前途。
    太陽能能量巨大,但能量密度很低,或說太陽能品位低,那么要充分利用太陽能的唯一途徑,就是首先提高它的品位,把太陽光集中起來投向受熱器件,這是提高太陽能熱利用率的唯一途徑。已有的三種太陽能熱發電方式也全部是這樣做的,這指明了太陽能熱利用的發展方向,必須是首先聚集太陽光射向受熱件再加以利用,才能提高太陽能的熱效率。
    早期人們對太陽能熱利用的產品要求不高,直射式(包括真空管式、平板式)簡單易行,成為太陽能熱利用的主流產品。當冬季氣溫低、太陽光弱,這就造成直射式熱水器在北方冬季無法正常工作,而這正是最需要熱量的時候,是目前太陽能熱利用的最大漏洞。
    人類對能源的需求隨著社會的發展而增加,能源更加貴重和短缺。隨著人類認識到碳排放的嚴重性,因而更加迫切的希望使用太陽能,就是要在更高效、更廣泛兩方面提高對太陽能的利用。而更高效讓人們收獲了,太陽能熱利用的效果,效果讓更廣泛的使用水到渠成,而更廣泛的使用讓社會迅速減排,這就是太陽能熱利用的發展方向,我們的方向。
    我們比較了各種聚集太陽光的方法,選擇‘槽式’反射鏡。因為‘槽式’反射鏡是最簡單、最有效、最靈活、最經濟、最實用、最容易對應氣候地域而實現產品的系列化。    
    熱的傳輸,延程損失最嚴重,根本無法長距離傳輸。而太陽能可就地轉化為熱,加以利用。凡分散的采暖需求,都可以用太陽能就地解決(這些地方一般采光條件較好)。例如建筑分散的廠房、公建、別墅、學校、企業、小城鎮、城郊結合部及廣大農村等。它投入小、門檻低、易于推廣,更廣泛的使用太陽能,可迅速降低碳排放。
    槽式太陽能熱發電需要多種能量形式的轉換,(光—加熱工質—加熱水—水蒸發—推動汽輪旋轉—帶動電機發電),造成工況要求高(工質要加熱到幾百度),工藝復雜,零配件要求高端嚴格。
    槽式熱利用,僅是光熱轉換就地使用熱能,減少了很多工藝環節,無幾百度的高溫工況(僅需幾十度),降低了技術難度和成本,只做了簡單化、小型化、摸快化、與建筑一體化和適應熱利用的改進。槽式本來用于熱發電,用于簡單的加熱水和采暖,是由難到易,因此無技術風險。
    二、槽式熱利用的實現方法:
    槽式以一平米受照面積為單元進行了模塊化設計,當需要大流量時,可多單元并聯,提供大流量,功率不受限制。下面我們依據太陽能供熱采暖工程技術標GB50495-2019)將太陽能熱發電改為槽式熱利用。    
    1.槽式太陽能熱發電集熱器上最大的一個部件就是反射鏡,鏡口寬度和長度均在3米以上,這樣大的反射鏡沒法用在民用上,我們沒有那么高的溫度要求,因此鏡口寬度可小到0.4—0.6米,鏡長可選2米,試制期鏡面可由四片相同的鏡面鋁塑板彎制、拼接而成。 槽式鏡的頂端留有與受熱管直徑相同尺寸的空隙,以降低風載荷。這樣的尺寸容易做為建筑的附件安裝在建筑物的立墻或屋頂上與建筑一體化。
    2.槽式太陽能熱發電集熱器上最貴的一個部件就是受熱管。高溫、高強度的輻照和抗熱沖擊,要求受熱管有較高的性能,我們不需要,只要是直通管就行,根據使用在不同緯度調節鏡寬,以避免夏季受熱管受到過度照射降低使用壽命。并在受熱管上設溫度傳感器,當受熱管溫度過高(比如70度),溫度傳感器關斷主控線路,停止反射鏡追日,此時太陽光不再向受熱管聚射,而散射向空間防止受熱管過熱受損。使用切合實際的受熱管,是經濟上可行的關鍵。
    3.槽式太陽能熱發電集熱器上最大的動力負荷是克服反射鏡偏心重力矩追日。為了聚集大量的太陽光,反射鏡必須有較大的鏡口寬度,隨之反射鏡的焦距加大,這就使得反射鏡的焦線嚴重偏離反射鏡的重心線,在以焦線為中心轉動的追日運動中,必須克服這一重力矩負荷,造成追日機構的笨重。我們不需要那么高的溫度,可大幅度縮小鏡寬,選擇焦距使反射鏡焦線與反射鏡的重心線相重合,這就是反射鏡焦線、重心線、回轉中心線三線重合的設計,使追日轉動僅僅克服摩擦力。為追日機構不使用電動機,減速機創造了條件,去掉了復雜機械結構,降低了造價,使民用推廣成為可能。
    4.緩慢的反射鏡追日轉動,用微小的步進完成。使用兩塊直流吸引電磁鐵做為反射鏡上、下追日步進的動力,吸引電磁鐵安裝在反射鏡端板上,(兼有配重功能)電磁鐵的動力由光電池提供。兩塊吸引電磁鐵的價格約為一個電動機的五分之一,吸引電磁鐵專有廠家生產,工作行程、吸引力、工作電壓均已系列化,可根據工況要求選擇。    
    5.原槽式太陽能熱發電的追日控制多采用程序控制。由于帶有三極管放大功能的光電開關管的出現,使邏輯控制更簡單易行,夜里和陰天反射鏡不追日。唯晴天時反射鏡進行追日,追日是采用微小的步進形式完成的。
    6.為提高熱效率系統采用強制循環,泵的動力由光電池提供。泵有專業廠家生產,多種規格、型號可供選擇。
    7.整機不用外電源。
    三、有益效果     
    按照(上述二)改進后的太陽能熱利用,可做為建筑的附屬物與建筑一體化,不需要像熱發電一樣,占用較大的面積,需要有較大的基建和投資,因此可快速擴展,迅速減排。
    由于槽式的高熱效,用于熱水可縮小受照面積(降低成本),提高供水溫度,或供水量,受季節影響小,直射式將被迫退出市場。無論是在民用、工業、農業、公共、養殖等各方面,高熱效都會使您的產品在銷售和工程投標中處于領先地位。沒有人愿意買低熱效的陳舊產品,槽式必將占領熱水器市場,成為主流產品。
    反射鏡僅是一片鏡子:因此較真空管、平板箱,結構簡單成本低、不怕凍、不散熱,可低成本的擴大受照面積,是太陽能采暖的關鍵。在南方安裝在屋頂和立墻的反射鏡兼有外遮陽功能,安裝在窗前,由于冬、夏入射角的變化,夏季反射鏡遮陽擋住太陽光對窗的入射,而冬季太陽光依舊能射入窗內。
    當樣機試制出來,測出熱效率。(當然也可用比較法,顯示熱效率的提高,這樣更直觀明顯)高熱效擺在面前,即可進行高附加值的技術許可,收益快。因為不管多大的企業,都不可能包攬中國如此大的市場, 技術許可的收益可用于企業的滾動發展。這從經濟上保證了項目的穩定發展。
    太陽能熱利用可展望到的,以高熱效向新的采暖領域擴散,是市場前景廣闊的節能減排項目,可以大面積使用,迅速降低碳排放。

    國家科技部自2018年,將太陽能熱利用從一般支持項目,提升為重大專項??梢妵覍μ柲軣崂玫闹С趾推诖?,我們也愿為太陽能熱利用的更廣泛的使用做些推動。為節能減排、為綠水青山、為碳達峰、碳中和做些貢獻!

    轉載:互聯網

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