太陽能光熱利用的新方向

摘 要 本文分析了太陽能光熱利用的新方向袁重點介紹了射流增速太陽能熱水系統(tǒng)堯熱泵太陽能熱水裝置及太陽能工業(yè)應用遙 　　0 前言   　　太陽能光熱利用行業(yè)發(fā)展壯大已近30年，主要集中在直插式非承壓熱水器上，太陽能承壓式熱水器由于技術(shù)、成本方面等原因，在國內(nèi)沒能打開局面，然而太陽能光熱利用需要新的技術(shù)和新的應用拓展，這樣不僅能更大程度上為國家的能源利用、環(huán)境保護作出貢獻，而且光熱利用行業(yè)也迫切需要在技術(shù)和應用方面有所拓展。 　　射流增速太陽能熱水系統(tǒng)是完全針對非承壓太陽能熱水系統(tǒng)進行設(shè)計的，適用于各種落水式運行的直插式或分離式太陽能熱水系統(tǒng)，尤其在小落差條件下使用，其使用效果更加明顯。 　　熱泵太陽能熱水裝置利用熱泵和太陽能的互補性，把空氣源熱泵和板式太陽能熱水裝置復合為一體，成為新的熱泵太陽能熱水裝置，性能穩(wěn)定，可利用性強。工業(yè)利用作為太陽能熱利用行業(yè)一直關(guān)注的話題，專家學者、太陽能企業(yè)都一直努力推動這方面的工作快速開展，為此相關(guān)技術(shù)也一直受到大家的關(guān)注。下面分別做一如下： 　　1 射流混水太陽能熱水系統(tǒng) 　　如圖1所示，為射流混水太陽能熱水系統(tǒng)。與常規(guī)非承壓熱水系統(tǒng)不同之處是，在非承壓熱水系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中設(shè)置了雙聯(lián)動閥和射流混水器，替換了普通的混水閥門。當系統(tǒng)用水時，打開雙聯(lián)動閥門，利用射流混水器的獨特設(shè)計結(jié)構(gòu)，將自來水形成高速射流，使射流周圍形成負壓，在負壓和微小落差作用下，水箱中的熱水被“吸到”負壓區(qū)，與高速射流的自來水混合，經(jīng)過花灑直接噴出，形成溫度適宜、壓力適度、速度適中的淋浴用水。 　　太陽能熱水系統(tǒng)運行原理 　　在非承壓熱水系統(tǒng)儲熱水箱、自來水與射流混水噴頭之間設(shè)置能夠獨立調(diào)整冷水和熱水流量閥門的雙聯(lián)動閥門，該閥門對自來水和熱水起到同時打開和關(guān)斷，以及分別調(diào)整冷熱水流量的功能，不具有混水功能。該閥門前端（或后端）設(shè)置了冷水閥和熱水閥。便于隨時開啟和關(guān)閉冷熱水和調(diào)整射流噴頭出水溫度、速度和流量。 　　如圖2 所示，為非承壓射流混水太陽能熱水系統(tǒng)實際使用案例。其中圖a、b 為農(nóng)村平房頂層用戶使用實驗系統(tǒng)。圖2-c、圖2-d 為模擬陽臺壁掛錯層用水非承壓太陽能熱水系統(tǒng)。兩套熱水器均為非承壓熱水系統(tǒng)，落差均為1.5m 左右，混水則采用射流混水系統(tǒng)，實驗地點在北京。經(jīng)過半年以上的連續(xù)適應性測試，測試結(jié)果顯示射流混水系統(tǒng)最低出水量均可以達到8.5L/min 以上，出水量大，溫度和水量調(diào)節(jié)方便，可靠，具有良好的操控性和洗浴舒適度，完全滿足實際用戶的使用需求。 　　2 熱泵太陽能熱水裝置 　　如圖3所示，為熱泵太陽能熱水裝置的原理示意圖，它是在傳統(tǒng)的直膨式熱泵熱水裝置的基礎(chǔ)上，加入太陽能的單獨應用設(shè)計而成的。 　　此熱泵太陽能熱水裝置的特點： 　　1.實現(xiàn)熱泵與太陽能熱水器的相結(jié)合，將空氣源熱泵與平板太陽能熱水器有機地結(jié)合起來； 　　2.在陽光條件較好時，裝置可以以太陽能模式工作，而在夜間和陰、雨、雪天則以空氣源熱泵方式工作； 　　3.冬季工作時的抗結(jié)霜能力強，除霜過程簡單，便于利用陽光提高蒸發(fā)溫度，減少壓機停機可能； 　　4.夏季工作時，在強輻照下以太陽能模式運行，有利于解決壓機吸氣溫度過高的問題，保障系統(tǒng)可靠性； 　　5. 一塊蒸發(fā)集熱板、兩種工作模式，保證了系統(tǒng)的可靠性，拓展了太陽能和熱泵的適用范圍，性能優(yōu)于傳統(tǒng)直膨式熱泵和普通空氣源熱泵。 　　根據(jù)上述原理及技術(shù)特點而設(shè)計出的熱泵太陽能熱水裝置經(jīng)過一系列的實驗測試。結(jié)果表明：裝置適用地域廣，環(huán)境適用性較強，系統(tǒng)COP比傳統(tǒng)直膨式熱泵高，節(jié)能效果明顯。在夏季的晴好天氣，COP可達6.6；冬季雪天的夜里，機組正常工作，COP在1.8到2.2之間。 　　3 太陽能工業(yè)應用 　　太陽能工業(yè)應用包括低溫應用（低于80℃以下）、中溫應用（80℃~250℃）及高溫應用（主要指太陽能光熱發(fā)電應用，溫度高于250℃）。目前國內(nèi)在低溫領(lǐng)域太陽能工業(yè)熱利用已經(jīng)初步展開，如干燥、印染等行業(yè)的太陽能應用。在高溫領(lǐng)域也出現(xiàn)了高溫發(fā)電試運行系統(tǒng)。而在中溫熱利用領(lǐng)域幾乎處于空白狀態(tài)。 　　經(jīng)行業(yè)協(xié)會調(diào)研，在80℃~250℃這一溫度范圍，工業(yè)領(lǐng)域有大量的用熱需求。太陽能存在極大的應用空間，經(jīng)濟效益顯著。但是這么多年太陽能光熱技術(shù)之所以沒有被工業(yè)利用采納，主要還是技術(shù)和成本的問題，技術(shù)的不成熟、成本的高昂、后續(xù)維護的復雜都使得進展緩慢。清華陽光公司隨著技術(shù)的不斷積累、生產(chǎn)水平的不斷提高，工業(yè)應用開始進入實際推廣應用階段。公司在北京真空管生產(chǎn)基地和山東分別建設(shè)了兩項工業(yè)應用項目。 　　真空管生產(chǎn)基地中溫項目：此項目設(shè)計工作溫度為80℃~120℃，末端散熱裝置為熱風機，用于干燥清洗過的玻璃管，目的是迅速風干玻璃管，為玻璃管鍍膜做準備。項目為實驗性質(zhì)的測試對比項目，共安裝CPC 型U型管集熱器20塊，同時安裝了20塊常規(guī)U型管集熱器用于對比測試。測試結(jié)果達到了設(shè)計目的（見圖4）。 圖4 清華陽光公司真空管生產(chǎn)基地太陽能中溫工業(yè)應用項目圖片 　　山東太陽能海洋化工工業(yè)應用項目：此項目設(shè)計溫度95℃~130℃，為氯化鎂脫水提供熱源。系統(tǒng)采用CPC 型U 型管式真空管太陽能集熱器，共198塊，集熱面積為416m2（見圖5）。 圖5 太陽能工業(yè)應用項目圖片（集熱面積：416m2） 　　通過實踐的積累，公司又對CPC 型太陽能中溫集熱器中溫集熱系統(tǒng)的整體做了全新優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)具有以下特點： 　　1.工作溫度范圍80~150℃，系統(tǒng)工作溫度為130℃時，綜合效率仍可達45%。 　　2.啟動快、熱損低、效率高；冬季及寒冷地區(qū)運行穩(wěn)定。 　　3.高強度（抗冰雹、大風），高耐候性及抗老化性；易于安裝。 　　4.適用于海水淡化、太陽能空調(diào)（溴化鋰吸附式空調(diào)主機）、工業(yè)蒸汽等。 　　4 結(jié)論 　　射流增速太陽能熱水系統(tǒng)使用舒適，價格便宜，可推廣性強。熱泵太陽能熱水裝置，性能穩(wěn)定，應用范圍廣。太陽能工業(yè)利用中的中溫應用行業(yè)內(nèi)也已經(jīng)展開工作，具有巨大的推廣空間和經(jīng)濟效益。太陽能光熱利用需要新的技術(shù)，新的應用方向，新的應用領(lǐng)域，重在開發(fā)拓展。光熱作為一種能源資源，有著極強的現(xiàn)實需要，關(guān)鍵在于行業(yè)從事者如何把行業(yè)維護好、推介好、發(fā)展好！夯實行業(yè)技術(shù)實力，做出有用可靠的產(chǎn)品。為國家資源能源節(jié)約、人民的品質(zhì)生活、行業(yè)的進一步壯大貢獻我們每一個人的力量。（北京清華陽光能源開發(fā)有限責任公司 張強 吳振一 李旭光）