高中低溫怎么劃分

【專家解說】：1、太陽能采集 平板集熱器 　　歷史上早期出現(xiàn)的太陽能裝置，主要為太陽能動力裝置，大部分采用聚光集熱器，只有少數(shù)采用平板集熱器。平板集熱器是在17世紀后期發(fā)明的，但直至1960年以后才真正進行深入研究和規(guī)?；瘧谩Ｔ谔柲艿蜏乩妙I域，平板集熱器的技術經(jīng)濟性能遠比聚光集熱器好。為了提高效率，降低成本，或者為了滿足特定的使用要求，開發(fā)研制了許多種平板集熱器： 按工質劃分有空氣集熱器和液體集熱器，目前大量使用的是液體集熱器； 按吸熱板芯材料劃分有鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁復合、不銹鋼、塑料及其它非金屬集熱器等； 按結構劃分有管板式、扁盒式、管翅式、熱管翅片式、蛇形管式集熱器，還有帶平面反射鏡集熱器和逆平板集熱器等； 按蓋板劃分有單層或多層玻璃、玻璃鋼或高分子透明材料、透明隔熱材料集熱器等。目前，國內外使用比較普遍的是全銅集熱器和銅鋁復合集熱器。銅翅和銅管的結合，國外一般采用高頻焊，國內以往采用介質焊，199S年我國也開發(fā)成功全銅高頻焊集熱器。1937年從加拿大引進銅鋁復合生產(chǎn) 線，通過消化吸收，現(xiàn)在國內已建成十幾條銅鋁復合生產(chǎn)線。 為了減少集熱器的熱損失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯陽光板以及透明蜂窩等作為蓋板材料，但這些 材料價格較高，一時難以推廣應用。 答案補充 真空管集熱器 　　為了減少平板集熱器的熱損，提高集熱溫度，國際上70年代研制成功真空集熱管，其吸熱體被封閉在高真空的玻璃真空管內，大大提高了熱性能。將若干支真空集熱管組裝在一起，即構成真空管集熱器，為了增加太陽光的采集量，有的在真空集熱管的背部還加裝了反光板。真空集熱管大體可分為全玻璃真空集熱管，玻璃-U型管真空集熱管，玻璃。金屬熱管真空集熱管，直通式真空集熱管和貯熱式真空集熱管。最近，我國還研制成全玻璃熱管真空集熱管和新型全玻璃直通式真空集 熱管。我國自1978年從美國引進全玻璃真空集熱管的樣管以來，經(jīng)20多年的努力，我國已經(jīng)建立了擁有自主知識產(chǎn)權的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管的產(chǎn)業(yè)，用于生產(chǎn)集熱管的磁控濺射鍍膜機在百臺以上，產(chǎn)品質量達世 界先進水平，產(chǎn)量雄居世界首位。我國自80年代中期開始研制熱管真空集熱管，經(jīng)過十幾年的努力，攻克了熱壓封等許多技術難關，建立了擁有全部知識產(chǎn)權的熱管真空管生產(chǎn)基地，產(chǎn)品質量達到世界先進水平，生產(chǎn)能力居世界首位。 目前，直通式真空集熱管生產(chǎn)線正在加緊進行建設，產(chǎn)品即將投放市場。 答案補充 聚光集熱器 　　聚光集熱器主要由聚光器、吸收器和跟蹤系統(tǒng)三大部分組成。按照聚光原理區(qū)分，聚光集熱器基本可分為反射聚光和折射聚光兩大類，每一類中按照聚光器的不同又可分為若干種。為了滿足太陽能利用的要求， 簡化跟蹤機構，提高可靠性，降低成本，在本世紀研制開發(fā)的聚光集熱器品種很多，但推廣應用的數(shù)量遠比平板集熱器少，商業(yè)化程度也低。 在反射式聚光集熱器中應用較多的是旋轉拋物面鏡聚光集熱器（點聚焦）和槽形拋物面鏡聚光集熱器 （線聚焦）。前者可以獲得高溫，但要進行二維跟蹤；后者可以獲得中溫，只要進行一維跟蹤。這兩種聚光集熱 器在本世紀初就有應用，幾十年來進行了許多改進，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，開發(fā)高可靠性 跟蹤機構等，現(xiàn)在這兩種拋物面鏡聚光集熱器完全能滿足各種中、高溫太陽能利用的要求，但由于造價高，限制了它們的廣泛應用。 答案補充 70年代，國際上出現(xiàn)一種“復合拋物面鏡聚光集熱器”（CPC），它由二片槽形拋物面反射鏡組成，不需要跟蹤太陽，最多只需要隨季節(jié)作稍許調整，便可聚光，獲得較高的溫度。其聚光比一般在10以下，當聚光比在3以下時可以固定安裝，不作調整。當時，不少人對CPC評價很高，甚至認為是太陽能熱利用技術的一次重大突破，預言將得到廣泛應用。但幾十年過去了，CPC仍只是在少數(shù)示范工程中得到應用，并沒有象平板集 熱器和真空管集熱器那樣大量使用。我國不少單位在七八十年代曾對CPC進行過研制，也有少量應用，但現(xiàn)在基本都已停用。 答案補充 其它反射式聚光器還有圓錐反射鏡、球面反射鏡、條形反射鏡、斗式槽形反射鏡、平面。拋物面鏡聚光器等。此外，還有一種應用在塔式太陽能發(fā)電站的聚光鏡--定日鏡。定日鏡由許多平面反射鏡或曲面反射鏡組成，在計算機控制下這些反射鏡將陽光都反射至同一吸收器上，吸收器可以達到很高的溫度，獲得很大的能量。 答案補充 利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，歷史上曾有人在法國巴黎用二塊透鏡聚集陽光進行熔化金屬的表演。有人利用一組透鏡并輔以平面鏡組裝成太陽能高溫爐。顯然，玻璃透鏡比較重，制造工藝復雜，造價高，很難做得很大。所以，折射式聚光器長期沒有什么發(fā)展。70年代，國際上有人研制大型菲涅耳透鏡，試圖用于制作太陽能聚光集熱器。菲涅耳透鏡是平面化的聚光鏡，重量輕，價格比較低，也有點聚焦和線聚焦之分，一般由有機玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太陽電池發(fā)電系統(tǒng)。 答案補充 我國從70年代直至90年代，對用于太陽能裝置的菲涅耳透鏡開展了研制。有人采用模壓方法加工大面 積的柔性透明塑料菲涅耳透鏡，也有人采用組合成型刀具加工直徑1.5m的點聚焦菲涅耳透鏡，結果都不大理想。近來，有人采用模壓方法加工線性玻璃菲涅耳透鏡，但精度不夠，尚需提高。 還有兩種利用全反射原理設計的新型太陽能聚光器，雖然尚未獲得實際應用，但具有一定啟發(fā)性。一種是光導纖維聚光器，它由光導纖維透鏡和與之相連的光導纖維組成，陽光通過光纖透鏡聚焦后由光纖傳至使 用處。另一種是熒光聚光器，它實際上是一種添加熒光色素的透明板（一般為有機玻璃），可吸收太陽光中與熒光吸收帶波長一致的部分，然后以比吸收帶波長更長的發(fā)射帶波長放出熒光。放出的熒光由于板和周圍介質的差異，而在板內以全反射的方式導向平板的邊緣面，其聚光比取決于平板面積和邊緣面積之比，很容易 達到10一100，這種平板對不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光，不需要跟蹤太陽。 答案補充 太陽能轉換 　　太陽能是一種輻射能，具有即時性，必須即時轉換成其它形式能量才能利用和貯存。將太陽能轉換成不同形式的能量需要不同的能量轉換器，集熱器通過吸收面可以將太陽能轉換成熱能，利用光伏效應太陽電池可以將太陽能轉換成電能，通過光合作用植物可以將太陽能轉換成生物質能，等等。原則上，太陽能可以直接或間接轉換成任何形式的能量，但轉換次數(shù)越多，最終太陽能轉換的效率便越低。 答案補充 太陽能-熱能轉換 　　黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉換成熱能，其吸收性能好，但輻射熱損失大，所以黑色吸收面不是理想的太陽能吸收面。選擇性吸收面具有高的太陽吸收比和低的發(fā)射比，吸收太陽輻射的性能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。這種吸收面由選擇性吸收材料制成，簡稱為選擇性涂層。它是在本世紀40年代提出的，1955年達到實用要求，70年代以后研制成許多新型選擇性涂層并進行批量生產(chǎn)和推廣應用，目前已研制成上百種選擇性涂層。我國自70年代開始研制選擇性涂層，取得了許多成果，并在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。 答案補充 太陽能-電能轉換 　　電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽能轉換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術基礎，世界各國都十分重視，其轉換途徑很多，有光電直接轉換，有光熱電間接轉換等。這里重點介紹光電直接轉換器件--太陽電池。世界上，1941年出現(xiàn)有關硅太陽電池報道，1954年研制成效率達6％的單晶硅太陽電池，1958年太陽電池應用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽電池效率低，售價昂貴，主要應用在空間。70年代以后，對太陽電池材料、結構和工藝進行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進展，地面應用規(guī)模逐漸擴大，但從大規(guī)模利用太陽能而言，與常規(guī)發(fā)電相比，成本仍然大高。 答案補充 目前，世界上太陽電他的實驗室效率最高水平為：單晶硅電池24％（4cm2)，多晶硅電池18.6％（4cm2）， InGaP／GaAs雙結電池30．28％（AM1），非晶硅電池14．5％（初始）、12．8（穩(wěn)定），碲化鎘電池15．8％， 硅帶電池14．6％，二氧化鈦有機納米電池10．96％。 　　我國于1958年開始太陽電池的研究，40多年來取得不少成果。目前，我國太陽電他的實驗室效率最高水平為：單晶硅電池20．4％（2cm×2cm），多晶硅電池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs電池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge電池19．5％（AM0），CulnSe電池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜電池13．6％ （lcm×1cm，非活性硅襯底），非晶硅電池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm）， 二氧化鈦納米有機電池10％（1cm×1cm）。 答案補充 太陽能-氫能轉換 　　氫能是一種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其它途徑轉換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下： 　　1、太陽能電解水制氫。電解水制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法，效率較高（75％-85％），但耗電大，用常規(guī)電制氫，從能量利用而言得不償失。所以，只有當太陽能發(fā)電的成本大幅度下降后，才能實現(xiàn)大規(guī)模電解水制氫。 答案補充 　2、太陽能熱分解水制氫。將水或水蒸汽加熱到3000K以上，水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一般不采用這種方法制氫。 　　3、太陽能熱化學循環(huán)制氫。為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高溫，發(fā)展了一種熱化學循環(huán)制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然后加熱到較低溫度，經(jīng)歷不同的反應階段，最終將水分解成氫和氧，而中間物不消耗，可循環(huán)使用。熱化學循環(huán)分解的溫度大致為900-1200K，這是普通旋轉拋物面鏡聚光器比較容易達到的溫度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要問題是中間物的還原，即使按99．9％-99． 99％還原，也還要作 0.1％-0.01％的補充，這將影響氫的價格，并造成環(huán)境污染。 答案補充 4、太陽能光化學分解水制氫。這一制氫過程與上述熱化學循環(huán)制氫有相似之處，在水中添加某種光敏物質作催化劑，增加對陽光中長 波光能的吸收，利用光化學反應制氫。日本有人利用碘對光的敏感性，設計了一套包括光化學、熱電反應的綜 合制氫流程，每小時可產(chǎn)氫97升，效率達10％左右。 　　5、太陽能光電化學電池分解水制氫。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導體電極作陽極，而以鉑黑作陰極，制成太陽能光電化學電池，在太陽光照射下，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導線連接便有電流通過，即光電化學電池在太陽光的照射下同時實現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實驗結果引起世界各國科學家高度重視， 認為是太陽能技術上的一次突破。但是，光電化學電池制氫效率很低，僅0．4％，只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光，且電極易受腐蝕，性能不穩(wěn)定，所以至今尚未達到實用要求。 答案補充 6、太陽光絡合催化分解水制氫。從1972年以來，科學家發(fā)現(xiàn)三聯(lián)毗啶釘絡合物的激發(fā)態(tài)具有電子轉移能力，并從絡合催化電荷轉移反應，提出利用這一過程進行光解水制氫。這種絡合物是一種催化劑，它的作用是吸收光能、產(chǎn)生電荷分離、電荷轉移和集結，并通過一系列偶聯(lián)過程，最終使水分解為氫和氧。絡合催化分解水制氫尚不成熟，研究工作正在繼續(xù)進行。 　　7、生物光合作用制氫。40多年前發(fā)現(xiàn)綠藻在無氧條件下，經(jīng)太陽光照射可以放出氫氣；十多年前又發(fā)現(xiàn)，蘭綠藻等許多藻類在無氧環(huán)境中適應一段時間，在一定條件下都有光合放氫作用。目前，由于對光合作用和藻類放氫機理了解還不夠，藻類放氫的效率很低，要實現(xiàn)工程化產(chǎn)氫還有相當大的距離。據(jù)估計，如藻類光合作用產(chǎn)氫效率提高到10％，則每天每平方米藻類可產(chǎn)氫9克分子，用5萬平方公里接受的太陽能，通過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。 答案補充 太陽能-生物質能轉換 　　通過植物的光合作用，太陽能把二氧化碳和水合成有機物（生物質能）并放出氧氣。光合作用是地球上最大規(guī)模轉換太陽能的過程，現(xiàn)代人類所用燃料是遠古和當今光合作用固定的太陽能，目前，光合作用機理尚不完全清楚，能量轉換效率一般只有百分之幾，今后對其機理的研究具有重大的理論意義和實際意義。 答案補充 太陽能-機械能轉換 　　20世紀初，俄國物理學家實驗證明光具有壓力。20年代，前蘇聯(lián)物理學家提出，利用在宇宙空間中巨大的太陽帆，在陽光的壓力作用下可推動宇宙飛船前進，將太陽能直接轉換成機械能?？茖W家估計，在未來10～20年內，太陽帆設想可以實現(xiàn)。通常，太陽能轉換為機械能，需要通過中間過程進行間接轉換。 答案補充 太陽能貯存 　　地面上接受到的太陽能，受氣候、晝夜、季節(jié)的影響，具有間斷性和不穩(wěn)定性。因此，太陽能貯存十分必要，尤其對于大規(guī)模利用太陽能更為必要。太陽能不能直接貯存，必須轉換成其它形式能量才能貯存。大容量、長時間、經(jīng)濟地貯存太陽能，在技術上比較困難。本世紀初建造的太陽能裝置幾乎都不考慮太陽能貯存問題，目前太陽能貯存技術也還未成熟，發(fā)展比較緩慢，研究工作有待加強。 答案補充 熱能貯熱 　　1、顯熱貯存。利用材料的顯熱貯能是最簡單的貯能方法。在實際應用中，水、沙、石子、土壤等都可作為貯能材料，其中水的比熱容最大，應用較多。七八十年代曾有利用水和土壤進行跨季節(jié)貯存太陽能的報道。但材料顯熱較小，貯能量受到一定限制。 　　2、潛熱貯存。利用材料在相變時放出和吸入的潛熱貯能，其貯能量大，且在溫度不變情況下放熱。在太陽能低溫貯存中常用含結晶水的鹽類貯能，如10水硫酸鈉／水氯化鈣、12水磷酸氫鈉等。但在使用中要解決過冷和分層問題，以保證工作溫度和使用壽命。太陽能中溫貯存溫度一般在100℃以上、500℃以下，通常在300℃左右。適宜于中溫貯存的材料有：高壓熱水、有機流體、共晶鹽等。太陽能高溫貯存溫度一般在500℃以上，目前正在試驗的材料有：金屬鈉、熔融鹽等。1000℃以上極高溫貯存，可以采用氧化鋁和氧化鍺耐火球。 答案補充 3、化學貯熱。利用化學反應貯熱，貯熱量大，體積小，重量輕，化學反應產(chǎn)物可分離貯存，需要時才發(fā)生放熱反應，貯存時間長。 真正能用于貯熱的化學反應必須滿足以下條件：反應可逆性好，無副反應；反應迅速；反應生成物易分離且能穩(wěn)定貯存；反應物和生成物無毒、無腐蝕、無可燃性；反應熱大，反應物價格低等，目前已篩選出一些化學吸熱反應能基本滿足上述條件，如Ca(OH)2的熱分解反應，利用上述吸熱反應貯存熱能，用熱時則通過放熱反應釋放熱能。但是，Ca（OH)2在大氣壓脫水反應溫度高于500℃，利用太陽能在這一溫度下實現(xiàn)脫水十分困難，加入催化劑可降低反應溫度，但仍相當高。所以，對化學反應貯存熱能尚需進行深入研究，一時難以實用。其它可用于貯熱的化學反應還有金屬氫化物的熱分解反應、硫酸氫銨循環(huán)反應等。 答案補充 　4、塑晶貯熱。1984年，美國在市場上推出一種塑晶家庭取暖材料。塑晶學名為新戊二醇（NPG），它和液晶相似，有晶體的三維周期性，但力學性質象塑料。它能在恒定溫度下貯熱和放熱，但不是依靠固一液相變貯熱，而是通過塑晶分子構型發(fā)生固-固相變貯熱。塑晶在恒溫44℃時，白天吸收太陽能而貯存熱能，晚上則放出白天貯存的熱能。 美國對NPG的貯熱性能和應用進行了廣泛的研究，將塑晶熔化到玻璃和有機纖維墻板中可用于貯熱，將調整配比后的塑晶加入玻璃和纖維制成的墻板中，能制冷降溫。我國對塑晶也開展了一些實驗研究，但尚未實際應用。 答案補充 5、太陽池貯熱。太陽池是一種具有一定鹽濃度梯度的鹽水池，可用于采集和貯存太陽能。由于它簡單、造價低和宜于大規(guī)模使用，引起人們的重視。60年代以后，許多國家對太陽池開展了研究，以色列還建成三座太陽池發(fā)電站。70年代以后，我國對太陽池也開展了研究，初步得到一些應用。 答案補充 電能貯存 　　電能貯存比熱能貯存困難，常用的是蓄電池，正在研究開發(fā)的是超導貯能。世界上鉛酸蓄電池的發(fā)明已有100多年的歷史，它利用化學能和電能的可逆轉換，實現(xiàn)充電和放電。鉛酸蓄電池價格較低，但使用壽命短，重量大，需要經(jīng)常維護。近來開發(fā)成功少維護、免維護鉛酸蓄電池，使其性能有一定提高。目前，與光伏發(fā)電系統(tǒng)配套的貯能裝置，大部分為鉛酸蓄電池。1908年發(fā)明鎳-銅、鎳-鐵堿性蓄電池，其使用維護方便，壽命長，重量輕，但價格較貴，一般在貯能量小的情況下使用。 現(xiàn)有的蓄電池貯能密度較低，難以滿足大容量、長時間貯存電能的要求。新近開發(fā)的蓄電池有銀鋅電池、 鉀電池、鈉硫電池等。某些金屬或合金在極低溫度下成為超導體，理論上電能可以在一個超導無電阻的線圈內貯存無限長的時間。這種超導貯能不經(jīng)過任何其它能量轉換直接貯存電能，效率高，起動迅速，可以安裝在任何地點，尤其是消費中心附近，不產(chǎn)生任何污染，但目前超導貯能在技術上尚不成熟，需要繼續(xù)研究開發(fā)。 答案補充 氫能貯存 　　氫可以大量、長時間貯存。它能以氣相、液相、固相（氫化物）或化合物（如氨、甲醇等）形式貯存。 氣相貯存：貯氫量少時，可以采用常壓濕式氣柜、高壓容器貯存；大量貯存時，可以貯存在地下貯倉、由不 漏水土層復蓋的含水層、鹽穴和人工洞穴內。 液相貯存：液氫具有較高的單位體積貯氫量，但蒸發(fā)損失大。將氫氣轉化為液氫需要進行氫的純化和壓縮，正氫-仲氫轉化，最后進行液化。液氫生產(chǎn)過程復雜，成本高，目前主要用作火箭發(fā)動機燃料。 固相貯氫：利用金屬氫化物固相貯氫，貯氫密度高，安全性好。目前，基本能滿足固相貯氫要求的材料主要是稀土系合金和鈦系合金。金屬氫化物貯氫技術研究已有30余年歷史，取得了不少成果，但仍有許多課題有待研究解決。我國對金屬氫化物貯氫技術進行了多年研究，取得一些成果，目前研究開發(fā)工作正在深入。 答案補充 機械能貯存 　　太陽能轉換為電能，推動電動水泵將低位水抽至高位，便能以位能的形式貯存太陽能；太陽能轉換為熱 能，推動熱機壓縮空氣，也能貯存太陽能。但在機械能貯存中最受人關注的是飛輪貯能。早在50年代有人提出利用高速旋轉的飛輪貯能設想，但一直沒有突破性進展。近年來，由于高強度碳纖維和玻璃纖維的出現(xiàn)，用其制造的飛輪轉速大大提高，增加了單位質量的動能貯量；電磁懸浮、超導磁浮技術 的發(fā)展，結合真空技術，極大地降低了摩擦阻力和風力損耗；電力電子的新進展，使飛輪電機與系統(tǒng)的能量交換更加靈活。所以，近來飛輪技術已成為國際上研究熱點，美國有20多個單位從事這項研究工作，已研制成貯能20kWh飛輪，正在研制5MWh～100MWh超導飛輪。我國已研制成貯能0.3kwh的小型實驗飛輪。 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，飛輪可以代替蓄電池用于蓄電。 答案補充 太陽能傳輸 　　太陽能不象煤和石油一樣用交通工具進行運輸，而是應用光學原理，通過光的反射和折射進行直接傳輸，或者將太陽能轉換成其它形式的能量進行間接傳輸。 直接傳輸適用于較短距離，基本上有三種方法：通過反射鏡及其它光學元件組合，改變陽光的傳播方向，達到用能地點；通過光導纖維，可以將入射在其一端的陽光傳輸?shù)搅硪欢耍瑐鬏敃r光導纖維可任意彎曲；采用表面鍍有高反射涂層的光導管，通過反射可以將陽光導入室內。間接傳輸適用于各種不同距離。將太陽能轉換為熱能，通過熱管可將太陽能傳輸?shù)绞覂?；將太陽能轉換為氫能或其它載能化學材料，通過車輛或管道等可輸送到用能地點；空間電站將太陽能轉換為電能，通過微波或激光將電能傳輸?shù)降孛?。太陽能傳輸包含許多復雜的技術問題，應認真進行研究，這樣才能更好地利用太陽能。