太陽(yáng)主要以電磁輻射的形式給地球帶來(lái)光與熱。太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)主要分布在0.25~2.5μm范圍內(nèi)。從光熱效應(yīng)來(lái)講,太陽(yáng)光譜中的紅外波段直接產(chǎn)生熱效應(yīng),而絕大部分光不能直接產(chǎn)生熱量。在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下能感覺(jué)到溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽(yáng)光線,從而產(chǎn)生光熱轉(zhuǎn)換的緣故。從物理角度來(lái)講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉(zhuǎn)化為熱能。因此為了比較大限度地實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的光熱轉(zhuǎn)換,似乎用黑色的涂層材料就可滿足了,但實(shí)際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個(gè)熱輻射問(wèn)題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長(zhǎng)范圍在2~100μm之間,黑體輻射的強(qiáng)度分布只與溫度和波長(zhǎng)有關(guān),輻射強(qiáng)度的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在10μm附近[3]。由此可見(jiàn),太陽(yáng)光譜的波長(zhǎng)分布范圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實(shí)現(xiàn)比較好的太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換,所采用的材料必須滿足以下兩個(gè)條件:①在太陽(yáng)光譜內(nèi)吸收光線程度高,即有盡量高的吸收率α;②在熱輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)有盡可能低的輻射損失,即有盡可能低的發(fā)射率γ。一般來(lái)說(shuō),對(duì)同一波長(zhǎng)而言,材料的吸收率和發(fā)射率有同樣的數(shù)值,即吸收率高則相應(yīng)的發(fā)射率也高。管內(nèi)的水吸熱后溫度升高,比重減小而上升,形成一個(gè)向上的動(dòng)力,構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。能動(dòng)性太陽(yáng)能熱水器哪里好
光熱利用:它是將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái),通過(guò)與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。使用**多的太陽(yáng)能收集裝置,主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。太陽(yáng)能發(fā)電:未來(lái)太陽(yáng)能的大規(guī)模利用是用來(lái)發(fā)電。利用太陽(yáng)能發(fā)電的方式主要有兩種:①光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽,然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過(guò)程為光—熱轉(zhuǎn)換,后一過(guò)程為熱—電轉(zhuǎn)換。②光—電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏***應(yīng)將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能,它的基本裝置是太陽(yáng)能電池。光化利用:這是一種利用太陽(yáng)輻射能直接分解水制氫的光—化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。光生物利用:通過(guò)植物的光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過(guò)程。主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻。珍惜太陽(yáng)能熱水器制造價(jià)格太陽(yáng)能管道必須做保溫處理,北方寒冷地區(qū)需要在管道外壁鋪設(shè)伴熱帶。
但吸收率α與反射率γ及透射率t滿足如下關(guān)系:α+γ+t=1。對(duì)于不透明材料由于t=0,則α+γ=1。而對(duì)于黑色物體來(lái)說(shuō),γ=0,則α=1。根據(jù)以上討論可知,***的太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換材料是在太陽(yáng)光譜范圍內(nèi),即λ<2.5μm,有α≈1(即γ≈0);而在λ>2μm,即熱輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi),有ε=0(即γ≈1或α≈0),一般將具備這一特性的涂層材料稱(chēng)為選擇性吸收材料。如不完全滿足以上條件,在熱輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)ε值較大,盡管太陽(yáng)光譜α≈1,仍有很大的熱輻射損失,這類(lèi)材料通常稱(chēng)為非選擇性涂層材料。所有選擇性吸收涂層的構(gòu)造基本上分為兩個(gè)部分:紅外反射底層(銅、鋁等高紅外反射比金屬)和太陽(yáng)光譜吸收層(金屬化合物或金屬?gòu)?fù)合材料)。吸收涂層在太陽(yáng)光波峰值波長(zhǎng)(0.5μm)附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收,在紅外波段則自由透過(guò),并借助于底層的高紅外反射特性構(gòu)成選擇性涂層。在聚光方面,由于日光波長(zhǎng)覆蓋范圍大,聚焦用的反射鏡或折射鏡的高反射率或高透射率波長(zhǎng)應(yīng)覆蓋300~2500nm,因而鏡面采用新型的納米涂層,從室內(nèi)保溫涂層到太陽(yáng)鏡上的防反涂層等,這些技術(shù)將集熱器的效率提高了近5%。
從**近眾多的納米技術(shù)的研究成果來(lái)看,玻璃涂層將獲得更加長(zhǎng)足的發(fā)展。預(yù)計(jì)涂層未來(lái)的研發(fā)方向主要有以下幾個(gè)方面:①超長(zhǎng)的戶(hù)外壽命(抗風(fēng)、防灰塵吸附等);②高太陽(yáng)光反射率(反射波長(zhǎng)覆蓋300~2500nm);③良好的抗機(jī)械應(yīng)力特性,以適應(yīng)對(duì)反射鏡面的定期清洗;④耐腐蝕性(<0.15%,與鍍銀鏡面耐腐蝕性相當(dāng))。在吸熱方面,太陽(yáng)能一次吸熱(指直接從陽(yáng)光獲取熱能)材料主要有金屬、塑料、玻璃等,但實(shí)際使用的幾乎全是金屬。按吸熱板芯材料劃分有鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁復(fù)合、不銹鋼、塑料、溴化鋰、氯化鋰、硫化鈉、硅膠、水等,國(guó)內(nèi)外使用得比較普遍的是全銅集熱器和銅鋁復(fù)合集熱器。設(shè)計(jì)合理、連接正確的太陽(yáng)能管道對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)是否能達(dá)到比較好工作狀態(tài)至關(guān)重要。
儲(chǔ)存熱水的容器。通過(guò)集熱管采集的熱水必須通過(guò)保溫水箱儲(chǔ)存,防止熱量損失。太陽(yáng)能熱水器的容量是指熱水器中可以使用的水容量,不包括真空管中不能使用的容量。對(duì)承壓式太陽(yáng)能熱水器,其容量指可發(fā)生熱交換的介質(zhì)容量。太陽(yáng)能熱水器保溫水箱由內(nèi)膽、保溫層、水箱外殼三部分組成。水箱內(nèi)膽是儲(chǔ)存熱水的重要部分,其用材料強(qiáng)度和耐腐蝕性至關(guān)重要。市場(chǎng)上有不銹鋼、搪瓷等材質(zhì)。保溫層保溫材料的好壞直接關(guān)系著保溫效果,在寒冷季節(jié)尤其重要。較好的保溫方式是聚氨脂整體發(fā)泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不銹鋼板。保溫水箱要求保溫效果好,耐腐蝕,水質(zhì)清潔。太陽(yáng)能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式太陽(yáng)能熱水器和平板式太陽(yáng)能熱水器。國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能熱水器達(dá)標(biāo)
一般家用太陽(yáng)能熱水器需要自動(dòng)或半自動(dòng)運(yùn)行,控制系統(tǒng)是不可少的。能動(dòng)性太陽(yáng)能熱水器哪里好
在太陽(yáng)能熱利用方面,大多數(shù)分散的集熱器與蓄熱器之間的距離相對(duì)較遠(yuǎn),因此導(dǎo)熱系統(tǒng)仍是不可或缺的。導(dǎo)熱材料主要有導(dǎo)熱流材料和導(dǎo)熱流管道材料,另外蓄熱材料在液相或氣相狀態(tài)下也可作為導(dǎo)熱流材料。國(guó)際研究?jī)A向于在蓄熱和導(dǎo)熱過(guò)程中采用相同的材料,以降低熱交換系統(tǒng)的復(fù)雜程度,從而達(dá)到降低系統(tǒng)成本的目的。未來(lái)的重點(diǎn)是新型熱傳導(dǎo)媒質(zhì)的研發(fā)如離子流體,以及新型熱循環(huán)管道材料如金屬化塑膠管等。熱電材料(又稱(chēng)溫差電材料)是一種利用固體內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料,其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子或空穴激發(fā)特征,當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時(shí),材料兩端電子或空穴激發(fā)數(shù)量的差異將形成電勢(shì)差(電壓)。熱電材料主要分為半導(dǎo)體金屬合金型熱電材料、方鈷礦型熱電材料、金屬硅化物型熱電材料、氧化物型熱電材料4種。2007年日本在氧化物熱電材料的研究中走在世界前列。目前,已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的熱電材料有PbTe(工作溫度為230~530℃,主要用于發(fā)電)、Bi2Te3/Sb2Te(工作溫度為室溫~130℃,主要用于小規(guī)模發(fā)電以及制冷)、SiGe(工作溫度高于530℃,主要用于外太空發(fā)電)。能動(dòng)性太陽(yáng)能熱水器哪里好
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