2015李海濤太陽能熱能轉換技術

2015李海濤太陽能熱能轉換技術第一頁，共28頁。

主要內容1、熱發(fā)電技術

1.1太陽能熱發(fā)電概念和分類1.2太陽能熱發(fā)電類型1.3其它熱發(fā)電技術

2、供暖技術2.1采暖系統(tǒng)的構成2.2太陽能采暖分類2.3太陽能采暖應用實例3、制冷技術3.1制冷實現3.2太陽能制冷空調3.3太陽能制冷冰箱

第二頁，共28頁。1、太陽能熱發(fā)電技術

太陽能是可再生能源，它資源豐富、遍地都有，既可免費使用、又無需開采和運輸，還是清潔而無任何污染的能源。太陽能由于可以轉換成多種其他形式的能量，其應用的范圍非常廣泛，主要有太陽能發(fā)電、太陽能熱利用、太陽能動力利用、太陽能光化利用、太陽能生物利用和太陽能光—光利用等。但是太陽能的能流密度較低，還具有間歇性和不穩(wěn)定性，給開發(fā)利用帶來不少的困難。3第三頁，共28頁。1、太陽能熱發(fā)電技術圖1－1典型太陽能熱發(fā)電站熱力循環(huán)系統(tǒng)原理圖4第四頁，共28頁。概念：太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，是太陽能熱利用的重要方面。分類：根據太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)中所采用的集熱器的型式不同，該系統(tǒng)可以分為分散型和集中型兩大類。1.1太陽能熱發(fā)電概念和分類第五頁，共28頁。1.2太陽能熱發(fā)電類型分散型發(fā)電系統(tǒng)是將拋物面聚光器配置成很多組，然后把這些集熱器串聯(lián)和并聯(lián)起來，以滿足所需的供熱溫度。集中型發(fā)電系統(tǒng)也稱為塔式接受器系統(tǒng)，它由平面鏡、跟蹤機構、支架等組成定日鏡陣列，這些定日鏡始終對準太陽，把入射光反射到位于場地中心附近的高塔頂端的接受器上。

第六頁，共28頁。1.2.1太陽能槽式熱發(fā)電技術圖1－2拋物面槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖7第七頁，共28頁。1、太陽能熱發(fā)電技術圖1－3塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理圖1－定日鏡；2－接收器；3－塔；4－熱鹽槽；5－冷鹽槽6－蒸汽發(fā)生器；7－汽輪發(fā)電機組；8－凝汽器1.2.2塔式太陽能熱發(fā)電8第八頁，共28頁。1.2.3太陽能碟式發(fā)電也稱盤式系統(tǒng)。主要特征是采用盤狀拋物面聚光集熱器，其結構從外形上看類似于大型拋物面雷達天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點聚焦集熱器，其聚光比可以高達數百到數千倍，因而可產生非常高的溫度。第九頁，共28頁。1.3其它太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)1、拋物面盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

2、平板式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

3、太陽池熱發(fā)電系統(tǒng)

4、太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)5、太陽坑發(fā)電系統(tǒng)6、太陽煙囪發(fā)電系統(tǒng)10第十頁，共28頁。1.3.1太陽坑發(fā)電技術它是在地面挖一個球形大坑，坑壁貼上許多小反射鏡，使大坑成一個巨大的凹面半球鏡，它將太陽能聚焦到接受器，以獲得高溫蒸氣。試驗證實太陽坑發(fā)電的方案是可行的。第十一頁，共28頁。1.3.2太陽能煙囪發(fā)電它是在一大片圓形土地上蓋滿玻璃，圓中心建一高大的煙囪，煙囪底部裝有風力透平機。透明玻璃蓋板下被太陽加熱的空氣通過煙囪被抽走，驅動風力透平機發(fā)電。

第十二頁，共28頁。2、太陽能供暖技術20世紀90年代，溫室氣體排放造成的全球變暖問題引起了國際社會的高度重視和廣泛關注，利用可再生能源替代常規(guī)能源是改變目前能源結構最有效的途徑。采暖在國內建筑用能中占據較大份額，北方地區(qū)采暖占家庭能耗的一半以上，同時利用原煤作為采暖能源是造成冬季大氣污染的主要根源。因此，減少和替代采暖用煤最有效的途徑是推廣使用太陽能等可再生能源技術。第十三頁，共28頁。2.1太陽能采暖系統(tǒng)構成熱能提供部分，即太陽能集熱器和輔助能源儲能和換熱設備熱能利用部分，提供生活熱水和采暖第十四頁，共28頁。2.2太陽能采暖分類太陽能采暖可以分為主動式和被動式兩大類。主動式是利用太陽能集熱器和相應的蓄熱裝置作為熱源來代替常規(guī)熱水（或熱風）采暖系統(tǒng)中的鍋爐。被動式則是依靠建筑物結構本身充分利用太陽能來達到采暖的目的，因此它又稱為被動式太陽房。

第十五頁，共28頁。2.2.1被動式太陽房的示意圖

這種太陽房構造簡單，取材方便，造價便宜，無需維修，有自然的舒適感，特別適合發(fā)展中國家的廣大農村。第十六頁，共28頁。2.2.2主動式太陽能采暖

它利用集熱器產生的熱水采暖，結構簡單，蓄熱器置于室外，室內又是由地板供暖，故不占用室內居住面積，是這種系統(tǒng)的一大優(yōu)點。第十七頁，共28頁。2.3太陽能供暖應用實例1.拉薩火車站太陽能供暖系統(tǒng)實例：由中國建筑設計研究院承擔主體設計，總建筑面積19504m2,2006年7月正式使用。室內以地板輻射采暖為主的方式，熱源采用太陽能，集熱器布置在建筑的屋面上，大部分集熱器按照18度角度布置。按照典型設計日全天熱平衡的思路,在白天，利用太陽能直接供熱，同時將白天多余的集熱量以熱水形式蓄存，用于不同時刻（如夜間）的供暖需要。本工程采用部分負荷水蓄熱方案。經計算：典型設計日白天供熱量：14763kwh，蓄熱量為：4560kwh，在考慮蓄熱水溫差為5℃和15%的蓄熱損失的條件下，計算要求的蓄熱水箱體積約為：1000m3。集熱系統(tǒng)的水溫要求是：供水溫度：40℃，出水溫度50℃。第十八頁，共28頁。2.4供暖難點及改進設想就太陽能熱利用設備和技術本身而言，已經趨于成熟并在不斷提高和改進。由于太陽能熱利用設備和技術應用存在無日照甚至是陰冷天氣時無法使用等弊端，不能滿足建筑連續(xù)供熱的需求，往往需要配備儲熱裝置和輔助熱源，增加了成本和系統(tǒng)的復雜程度，而且與建筑配合起來有一定的困難。現在有人提出太陽能與風力發(fā)電聯(lián)合供熱系統(tǒng)，在冬季，我國嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)以及沿海地區(qū)的風力資源相當豐富。如果在這些地區(qū)的建筑屋頂和外墻以及附近設置一定數量的風力發(fā)電設備，就近直接連接電熱設備，或與太陽能集熱設備有機結合組成聯(lián)合供熱系統(tǒng)，滿足建筑物供暖及熱水供應的需求，不僅有利于建筑節(jié)能，而且有利于環(huán)境保護。第十九頁，共28頁。3.太陽能制冷技術太陽能屬于低品位、低密度熱源，太陽能制冷系統(tǒng)不同于蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)。從原理上看主要包括兩種：一種是以熱能為驅動能源，如吸收式、吸附式、噴射式制冷等；另外一種是以電能為驅動能源，先把太陽能轉化成電能，然后再利用電能來制冷，如光電式制冷，熱電制冷等。第二十頁，共28頁。3.1太陽能進行光─熱轉換實現制冷太陽能光熱轉換制冷，首先是將太陽能轉換成熱能，再利用熱能作為外界補償來實現制冷目的。光─熱轉換實現制冷主要從以下幾個方向進行，即太陽能吸收式制冷、太陽能吸附式制冷、太陽能除濕制冷、太陽能蒸汽壓縮式制冷和太陽能蒸汽噴射式制冷。其中太陽能吸收式制冷已經進入了應用階段，而太陽能吸附式制冷還處在試驗研究階段。第二十一頁，共28頁。3.1.1太陽能吸收式制冷太陽能吸收式制冷的研究最接近于實用化，其最常規(guī)的配置是：采用集熱器來收集太陽能，用來驅動單效、雙效或雙級吸收式制冷機，工質對主要采用溴化鋰-水，當太陽能不足時可采用燃油或燃煤鍋爐來進行輔助加熱。系統(tǒng)主要構成與普通的吸收式制冷系統(tǒng)基本相同，唯一的區(qū)別就是在發(fā)生器處的熱源是太陽能而不是通常的鍋爐加熱產生的高溫蒸汽、熱水或高溫廢氣等熱源。第二十二頁，共28頁。3.1.2太陽能吸附式制冷太陽能吸附式制冷系統(tǒng)的制冷原理是利用吸附床中的固體吸附劑對制冷劑的周期性吸附、解吸附過程實現制冷循環(huán)。太陽能吸附式制冷系統(tǒng)主要由太陽能吸附集熱器、冷凝器、儲液器、蒸發(fā)器、閥門等組成。常用的吸附劑對制冷劑工質對有活性炭-甲醇、活性炭-氨、氯化鈣-氨、硅膠-水、金屬氫化物-氫等。太陽能吸附式制冷具有系統(tǒng)結構簡單、無運動部件、噪聲小、無須考慮腐蝕等優(yōu)點，而且它的造價和運行費用都比較低。第二十三頁，共28頁。3.2太陽能制冷和空調利用太陽能作為動力源來驅動制冷或空調裝置有著誘人的前景，因為夏季太陽輻射最強，也是最需要制冷的時候。這與太陽能采暖正好相反，越是冬季需要采暖的時候，太陽輻射反而最弱。第二十四頁，共28頁。3.2.1國內外發(fā)展現狀佛羅里達大學的法伯教授就著手于這方面的研究，并投入了實際運行，他采用氨吸收式制冷機，冷卻水為21℃的井水，據認為制冷系數有0.45左右。

日本也報道了他們研制的太陽能供冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)由面積32.2平方米的平板集熱器，7kW的溴化鋰制冷機和2.5立方米的儲熱水罐組成。數據表明，該系統(tǒng)可提供冬天供熱所需的全部能量和夏天典型日內為驅動吸收式制冷機所需的能量的70%。

沙特阿拉伯建設了平板集熱器的太陽能空調，采用溴化鋰制冷機進行制冷，并公開了其性能。第二十五頁，共28頁。

天津大學1975年研制的連續(xù)式氨一水吸收式太陽能制冰機，日產冰量可達5.4kg。

北京師范學院（現首都師范學院等）1977年研制成功1.5m2平板型間歇式太陽能制冰機，每天可制冰6.8-8kg；1979年又研制出8m2平板型自動跟蹤連續(xù)式太陽能冷藏柜。

華中工學院（現華中理工大學）研制了采光面積為1.5m2，冰箱容積為70升，以氨一水為工質對的小型太陽能制冷裝置，可維持冰箱0℃10小時左右。

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