太阳能应用技术研究

李娜

摘 要 近年来，太阳能开发利用规模快速扩大，技术进步和产业升级加快，成本显著降低，已成为全球能源转型的重要领域。太阳能热水系统利用清洁可再生的太阳能资源加热热水以满足用户的热水需求，有利于实现建筑节能、减少污染气体的排放，具有较好的节能和环保效益，因而得到越来越广泛的应用。

关键词 太阳能热水器 太阳能 太阳能光伏发电

中图分类号：TM615 文献标识码：A

太阳能热水器是以太阳能作为能源进行加热的热水器。是与燃气热水器、电热水器相并列的三大热水器之一。太阳能热水器能把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。

1太阳能热水器的集热器选择

太阳能热水器集热器是指能大量吸收太阳能辐射能量，将其转换为热能，并通过介质传热的装置。太阳能集热器是太阳能热水系统最关键的部件。根据集热器的结构以及热量的吸收形式，目前市场上的太阳能集热器主要分为真空管式集热器、平板式集热器以及热管式真空管集热器。

1.1平板式太阳能集热器

平板型太阳能集热器简称平板集热器，它主要由吸热板、透明盖板、隔热体和壳体等几部分组成。平板型集热器的运行原理是：当平板集热器工作时，太阳光照在高穿透度的玻璃板盖，并照射在吸热板上，同时吸热板吸收了太阳的辐射能，温度升高，由于传热介质紧贴吸热板，因此传热介质的温度也随着升高，传热介质温度的升高则实现了太阳能与热能转换，完成了平板集热器的热能输出。当温度升高后，吸热板会通过对流、传导、辐射等几种不同的方式向四周散热，从而导致了集热器部分热量的损失。

1.2真空管太阳能集热器

真空管式太阳能集热器是前人在改进平板型集热器不足的基础上发展而来的。平板型集热器的玻璃盖板与吸热板之间的热对流、传导和辐射造成了极大的热损失。如将吸热材料与透明盖板之间抽为真空，大大减少盖板与吸热体之间的热对流、传导和辐射。真空管式太阳能集热器就是基于此产生的。真空管式集热器主要由若干根真空集热管组成。真空管整体类似于一根U形管，管子由两层钢化玻璃构成，外层玻璃的投射率高、反射率低，内存玻璃管的表层涂有吸热材料，内外两层之间被抽为真空，U形管空间内注入传热介质，当太阳辐射时，涂在内层管表层的吸热材料吸收辐射发热，将热量传递给传热介质从而实现了太阳能和热能的转换，通过介质实现了真空管式集热器的热量输出。由于内层管与外层玻璃之间被抽为真空后管子的热传导率低、对流小、辐射低，大大减小了热损耗，增强了热转换效率。根据真空管内吸热体材料的种类，真空管式集热器可以分为：全玻璃式真空管集热器和金属吸热体式的真空集热管集热器两类，全玻璃真空管集热器是指吸热体附在内存玻璃管上构成的真空管式集热器；金属吸热体真空管式集热器是指吸热体附在金属材料上构成的真空管式集热器。

2太阳能采集技术

2.1太阳池

太阳池是一种人造的盐水池，其池底为黑色，盐水浓度随池深而增加，能有效地抑制对流作用。这种盐水池经太阳直接辐射后，温度逐渐上升，经一定时间，池底温度大大高于地面，有时可达90摄氏度以上。由此可见，太阳池既能集热，又能储热，是一种成本低廉，具有很大竞争力的太阳能收集和储存系统。从太阳能提取热量的一种方法，是将换热器放在池中温度高的下层。但是，这不仅需要花费初始安装费用，而且在连续抽吸中，传热液体也有损耗。一种较为简单的方法是利用池中稳定的密度分层，采用所谓“选择性抽取”法。这是一种常用于大型水库中控制水质的技术利用这种方法，首先使上部隔离层所要求的稳定的密度梯度得以修正和保持。其次发热的下层可以被抽走，通过一个换热器后再在低温下返回池底。

2.2太阳灶

利用太阳灶将太阳辐射热能传给食物，增高温度，并加以烹调，使食物产生化学变化而供食用，在广大农村，特别是燃料缺乏的地区，具有很大的现实意义。一般来说，太阳灶的结构都很简单，制造工艺要求不太高。太阳灶通常分为三种基本类型：第一种是聚光太阳灶，它是把太阳光直接反射集中照射到锅上或食物上。反射聚光器有抛物线体和抛曲线面；第二种是箱式太阳灶，形状像箱子，上面开个窗洞，窗洞对准阳光，箱内温度靠不断积累太阳能而升到蒸馏食物的程度；第三种是蒸汽太阳灶，它是利用平板形太阳能热水器把水烧开产生蒸汽，然后利用蒸汽蒸熟食物。

3太阳能光伏发电原理

太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对。在电池内建电场的作用下，光伏电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流出，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了可以使用的电能。太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括如下：第一，太阳能电池吸收一定数量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，可称之为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；第二，电性相反的光生载流子被半导体P-N结所产生的静电场分离开；第三，光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负两极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。

科技的快速发展，自然资源得到了充分的利用和开发，人人类发挥自己的聪明才智，充分利用太阳能这种重要的自然资源，建立起许多有利的建筑，来为我们人类做贡献。在科学技术迅速发展的今天，随着许多新兴技术的崛起，太阳能利用一定会有更大的突破。

参考文献

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[2] 华磊.太阳能热水器智能控制装置[D].南宁：广西大学，2012：1+7-10.

[3] 太阳能发展“十三五”规划[J].太阳能，2016.