新型太陽能采集裝置

新型太陽能采集裝置【摘要】化石能源（石油和煤炭）和生物能源（木材等）逐漸緊缺，開發(fā)可持續(xù)獲得的新能源是刻不容緩的太陽能是被公認(rèn)的清潔能源并且取之不盡，用之不竭。對太陽能的利用率較低，而太陽能電池的成本較高，不能普及到普通家庭。一種新型太陽能采集裝置利用凸透鏡聚光原理，由采光、集熱、輸熱、熱能應(yīng)用四大部分組成，將熱能充分利用轉(zhuǎn)化為其它形式的能，成本低，無污染，多功能，并且能量利用率高?！娟P(guān)鍵詞】太陽能、凸透鏡、采光、集熱、輸熱、利用TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1、 設(shè)計背景 -3-\o"CurrentDocument"2、 項(xiàng)目簡介 -3-\o"CurrentDocument"3、 裝置構(gòu)成及工作原理 -3-\o"CurrentDocument"3.1采光裝置 -3-\o"CurrentDocument"3.2集熱裝置 -4-\o"CurrentDocument"3.3輸熱裝置 -5-\o"CurrentDocument"3.4熱能利用裝置 -6-3.4.1熱水供應(yīng)裝置 -6-3.4.2汽輪機(jī)做功發(fā)電裝置 -7-\o"CurrentDocument"3.5整體工作原理圖 -8-\o"CurrentDocument"4、 可行性分析 -8-\o"CurrentDocument"5、 特征及創(chuàng)新點(diǎn) -9-\o"CurrentDocument"6、 應(yīng)用前景 -9-\o"CurrentDocument"7、 待研究問題 -9-參考文獻(xiàn) -9-1、設(shè)計背景在化石能源（石油和煤炭）和生物能源（木材等）逐漸緊缺的現(xiàn)代，開發(fā)可持續(xù)獲得的新能源是刻不容緩的。太陽能是被公認(rèn)的清潔能源，不單在地球上各處都能獲得，并且在能源轉(zhuǎn)化過程中不產(chǎn)生污染，完全合于節(jié)能減排的要求。在現(xiàn)實(shí)條件下只要有人類活動的位置就會產(chǎn)生碳的排放，所謂生活零排放只是一種烏托邦式的想法。但是經(jīng)由各種手段盡可能降低工業(yè)生產(chǎn)和直接燃燒的碳排放量是可以做到的，也是現(xiàn)今多國共同的奮斗目標(biāo)。雖然全球經(jīng)濟(jì)惡化沖破臨界點(diǎn)引發(fā)所謂的金融海嘯，在世界上許多國家的經(jīng)濟(jì)受到重創(chuàng)之余，更應(yīng)該有清楚的認(rèn)知，頂風(fēng)上馬著力開發(fā)新的替代能源，避免下一波再被國際油價操控國家經(jīng)濟(jì)命脈的后果。被認(rèn)真考慮過的可持續(xù)采集和無污染取用的多種能源中至少包含太陽能、風(fēng)力、地?zé)?、水力、潮汐…等等，種類實(shí)在不少，但是能源的轉(zhuǎn)化設(shè)備投資成本和獲得效益的比值是個重要的指標(biāo)，也決定能否被市場化采用的關(guān)鍵。在地球上太陽能無所不在取之不盡用之不竭，這種優(yōu)勢當(dāng)然是所有替代能源的首選。太陽的能量以光能，熱能，輻射能為主，主要靠輻射。目前使用較為普及的是太陽能熱水器和太陽能電池，太陽能熱水器對太陽能的利用率較低，而太陽能電池的成本較高，不能普及到普通家庭。2、 項(xiàng)目簡介一種新型太陽能采集裝置，利用凸透鏡聚光，將數(shù)塊凸透鏡按一定幾何外形排列在框架上，使凸透鏡聚光的焦點(diǎn)落在一幾何曲面，在該幾何曲面上安置集熱裝置，然后由導(dǎo)熱裝置輸出，最后連接做功儲能裝置。該新型太陽能采集裝置共由采光、集熱、輸熱、熱能應(yīng)用四大部分組成。該新型太陽能采集裝置，成本低，無污染，在凸透鏡框架外緣設(shè)置一定角度的平面鏡，增加采光面積，且太陽光采集方位全面，大大提高了能量利用率。熱能利用部分既可以是熱水系統(tǒng)，為日常生活提供熱水，提高生活質(zhì)量，也可以是發(fā)電蓄能系統(tǒng)，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，為家庭普通照明設(shè)備供電，減少用電消耗，應(yīng)用方向廣泛。3、 裝置構(gòu)成及工作原理3.1采光裝置采光裝置由凸透鏡安裝框架、數(shù)塊凸透鏡及攏光器三部分組成?？蚣埽赫w設(shè)計為立體球面形，直徑約為50cm（可根據(jù)實(shí)際需要采用不同規(guī)格）下端不封閉，為一平面的界面，框架上鑲嵌有數(shù)塊工作參數(shù)一定的凸透鏡。凸透鏡：根據(jù)在框架上的鑲嵌位置，選用大小不同規(guī)格的凸透鏡。所選用凸透鏡的焦距約為12-15cm（參考值），聚焦處溫度約為500°C。攏光器：凹面型結(jié)構(gòu)設(shè)計，放置在凸透鏡框架外圍，與水平面呈一定角度。凹面內(nèi)為反光介質(zhì)涂層，有較好的反光效果，起攏光作用，增加采光面積。聚光裝置3.2集熱裝置該裝置利用真空管將凸透鏡聚集來的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并與輸熱管相連接，將熱能輸出，置于球型凸透鏡框架內(nèi)部，使各個凸透鏡的焦點(diǎn)盡可能的落在該集熱裝置的幾何曲面上。真空管：太陽能是輻射能量，真空管是內(nèi)表面涂有吸收輻射的涂層，管中有傳熱效果良好的導(dǎo)熱體金屬（銅），本新型太陽能采集裝置的真空管為獨(dú)特的球型設(shè)計，球直徑約為20cm（參考值），各凸透鏡的聚光焦點(diǎn)盡可能多的落在球面上。真空管中的導(dǎo)熱體：該導(dǎo)熱體與普通真空管中的導(dǎo)熱體略有不同，其特征在于該導(dǎo)熱體設(shè)有導(dǎo)熱體肋片，每個肋片分為兩葉。肋片可以增加受熱面積，提高供熱能力，既能及時高效地將能量傳輸出去，又可以對真空管起一定的保護(hù)作用，防止真空管因集熱溫度過高而損壞。（導(dǎo)熱體設(shè)計成兩垂直的金屬片即交叉十字形也可達(dá)到同樣的效果）

肋片■主導(dǎo)姑體導(dǎo)熱體及其肋片結(jié)構(gòu)肋片■主導(dǎo)姑體導(dǎo)熱體及其肋片結(jié)構(gòu)3.3輸熱裝置該裝置主要為將集熱裝置聚集的熱能傳輸?shù)綗崮芾醚b置，采用目前市場上普遍使用的熱管作為輸熱管。為保證熱能傳輸效率實(shí)現(xiàn)最大化，在輸熱管外設(shè)置

絕熱層，減少熱量在傳輸過程中的熱能損失。熱管：熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部是被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，這種液體沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細(xì)多孔材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一段為冷凝端，當(dāng)熱管一段受熱時，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開來。3.4熱能利用裝置該裝置的功能為將由輸熱管傳輸來的熱能充分利用轉(zhuǎn)化為其它形式的能，或者直接利用該能量加熱水，為人們供應(yīng)熱水。本項(xiàng)目中暫提供兩種能量利用方式，連接在輸熱裝置之后，使用者可根據(jù)需要任選。3.4.1熱水供應(yīng)裝置該裝置主要由儲熱箱和保溫水箱兩大部分構(gòu)成。儲熱箱：外層為保溫層，保溫層內(nèi)填充保溫材料一一聚氨酯發(fā)泡材料。箱內(nèi)填充儲熱介質(zhì)，加熱體與輸熱管相連接，將熱量快速高效地傳遞給儲熱介質(zhì)。儲熱箱可為水箱提供持續(xù)的熱量，保證了在持續(xù)無陽光的天氣下也可以正常的供熱。保溫水箱：水箱的外殼為保溫層，內(nèi)填充保溫材料（聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料、環(huán)氧樹脂泡沫保溫材料、酚醛泡沫材料等），減少熱量損失。水箱內(nèi)的加熱體與來自儲熱箱的輸熱管相連接，置于該保溫水箱的底端。該水箱有冷水管（進(jìn)水管）和熱水管（出水管），冷水管的端口位于保溫水箱的下端，熱水管的出水端口位于保溫水箱的上部，在冷水端口和熱水出水口之間設(shè)有冷熱水隔離板。冷水由冷水管進(jìn)入水箱底部，通過加熱體加熱，熱水經(jīng)過熱水管端口流出水箱，形成水的循環(huán)加熱系統(tǒng)。該裝置中冷熱水隔離板的應(yīng)用，將冷熱水分開加熱，從而提高了熱水的溫度。3.4.2汽輪機(jī)做功發(fā)電裝置蒸汽輪機(jī)是用蒸汽來推動輪機(jī)轉(zhuǎn)動的，它運(yùn)轉(zhuǎn)的基本原理和常見的風(fēng)車相似，蒸汽輪機(jī)是由一個中央很厚的鋼盤及鋼盤外沿有很多密排的葉片組成的主體結(jié)構(gòu)。出來的高壓過熱蒸汽從噴嘴噴到葉片上時，輪機(jī)就轉(zhuǎn)動起來，蒸汽速度越大，輪機(jī)轉(zhuǎn)動得越快（也就是蒸汽的內(nèi)能在噴射中變成蒸汽的動能，它的動能又轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能）。汽輪機(jī)做功發(fā)電流程圖蒸汽箱：與輸熱管相接，輸熱管與蒸汽箱內(nèi)的加熱體連接，蒸汽箱外也設(shè)有保溫絕熱層，減少熱量損失。蒸汽箱上另設(shè)有兩個外通管道，一個蒸汽管，與過熱器相連接，一個為回流管。流程：加熱體對蒸汽箱中的液體加熱，持續(xù)不斷的加熱使液體工質(zhì)一一超導(dǎo)液汽化膨脹，達(dá)到一定氣壓后從蒸汽管道口（設(shè)置有壓力閥門）傳到過熱器，經(jīng)過熱器使蒸汽變成高溫過熱蒸汽。過熱器將高溫過熱蒸汽輸送給汽輪機(jī)，由于蒸汽的作用使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)相連接，將汽輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)與蓄電池相連，即可將電能儲存。從汽輪機(jī)流出的蒸汽，經(jīng)過冷凝器處理又變成液態(tài)，經(jīng)回流管流回蒸汽箱，實(shí)現(xiàn)工質(zhì)（超導(dǎo)液）的循環(huán)利用。若該裝置擴(kuò)大化，即提高集熱溫度后，可同時實(shí)現(xiàn)電能儲存和熱水供應(yīng)（經(jīng)過冷凝器后的冷卻水變成熱水）。

汽掄機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.5整體工作原理圖采光部分4、可行性分析1、 凸透鏡具有聚光作用，不同規(guī)格的凸透鏡具有不同的焦點(diǎn)和聚光能力，可選用合適規(guī)格的凸透鏡。本裝置中以聚光溫度在500°C左右為例。2、 目前市場上較為普通的真空管的耐熱溫度可達(dá)到600C以上，該裝置中使用的真空管，內(nèi)含有特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱體，導(dǎo)熱效率高，耐熱溫度也有所上升。3、 市場上有多種規(guī)格的超導(dǎo)液，許多均可滿足該裝置的需要。5、特征及創(chuàng)新點(diǎn)現(xiàn)有的熱管式真空管太陽能熱水器，一般不使用聚光器，因此需要較多的真空管，而真空管價格比較昂貴，使得整個太陽能熱水器的價格居高不下。況且市場上的太陽能熱水器，吸熱集熱性能差，溫度較低，一遇到持續(xù)的陰天就無法正常供熱。本新型太陽能采集裝置可以減少真空管數(shù)量，降低成本，吸熱集熱性能好，溫度高，可持續(xù)供熱（連接熱水供應(yīng)裝置）；本裝置可以大大提高太陽能的利用率，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，供家庭及校園、醫(yī)院等公共場合普通照明使用，并可帶來副產(chǎn)物一一熱水（連接汽輪機(jī)做功發(fā)電裝置）。本裝置可在不同時間采集不同方向的太陽光，無需跟蹤太陽光照方向，在持續(xù)陰天情況下也可正常供熱。6、 應(yīng)用前景本新型太陽能采集裝置充分利用了現(xiàn)有技術(shù)及產(chǎn)品的有效組合，該裝置的太陽能量利用效率高、造價低廉、使用壽命長、傳輸方便，熱能傳輸過程熱量損失少，效率高；在使用過程中實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的循環(huán)利用，無任何污染物產(chǎn)生，真正體現(xiàn)了綠色節(jié)能的理念。接連不同的熱能利用裝置，大大擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，它適于企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、商場、家庭等使用。經(jīng)網(wǎng)上查閱及調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市場上幾乎無此類產(chǎn)品，有效填補(bǔ)了市場上的