5-第八章 聚光型集热器

1、聚光型集热器利用聚焦原理，即利用光线的反射和折射原理，采用反射器或折射器使阳光改变方向，把太阳光聚集集中照射在吸热体较小的面积上，增大单位面积的辐射强度，从而使集热器获得更高的温度。

非聚光式集热器是利用热箱原理（也称温室效应）将太阳能转变为内能的设备。

最常见的太阳能集热器是非聚光式平板型集热器。

它的吸热体基本上为平板形状，吸热面积与采光面积近似相等，其结构如图（a）是利用温室效应的非聚光型集热器。

在温室充入CO2可提高温室效应。

2、当太阳高度角低的时候，也就是说阳光从真空射入大气层的角度小，光从低密度介质进入高密度介质的时候，会发生反射折射，反射和折射的情况与光的颜色和光的入射角有关，因为太阳光是白色，也就是混合的多钟颜色，所以某个太阳高度角情况下，总会有一部分颜色的光折射进大气层，一部分颜色的光反射回太空，太阳高度角越小，被反射出去的太阳光越多，折射进大气层的光线越少其实说的简单就是光的折射和反射同时进行了，因为不同颜色光的折射率不同，所以越到清晨或者黄昏，太阳高度角小，就有越多颜色的光被反射了出去，而没有折射进来，能够折射进来的只有红光，所以清晨和傍晚太阳都是红色的，同时大气层吸收的能量也少，当太阳高度角是90度的时候，也就是垂直射入大气层，这个时候所有光都可以折射进入大气层，没有任何一种颜色的光被反射了出去，所以正午十分吸收的能量是最多的3、太阳光线与地面的夹角H=90°-│α+/-β│α是当地地理纬度β是太阳直射点地理纬度4、以硅电池为例，因为在可见光至红外光范围内，硅的折射率为n2 = 3.4~4.0，使式（2.43）为零，则n1的值（，n0＝1）为1.8£ n1£2.0。

设l'=4800埃，则600埃£d1£667埃，满足这些条件的材料一般可采用一氧化硅，在中心波长处，反射率达到1%左右。

由于制备了减反射膜，短路电流可以增加30～40%。

聚光集热器聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。

按照聚光原理区分，聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光两大类，每一类中按照聚光器的不同又可分为若干种。

为了满足太阳能利用的要求，简化跟踪机构，提高可靠性，降低成本，在本世纪研制开发的聚光集热器品种很多，但推广应用的数量远比平板集热器少，商业化程度也低。

在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热器（点聚焦）和槽形抛物面镜聚光集热器（线聚焦）。

前者可以获得高温，但要进行二维跟踪；后者可以获得中温，只要进行一维跟踪。

这两种聚光集热器在本世纪初就有应用，几十年来进行了许多改进，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，开发高可靠性跟踪机构等，现在这两种抛物面镜聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求，但由于造价高，限制了它们的广泛应用。

70年代，国际上出现一种“复合抛物面镜聚光集热器”（CPC），它由二片槽形抛物面反射镜组成，不需要跟踪太阳，最多只需要随季节作稍许调整，便可聚光，获得较高的温度。

其聚光比一般在10以下，当聚光比在3以下时可以固定安装，不作调整。

当时，不少人对CPC评价很高，甚至认为是太阳能热利用技术的一次重大突破，预言将得到广泛应用。

但几十年过去了，CPC仍只是在少数示范工程中得到应用，并没有象平板集热器和真空管集热器那样大量使用。

我国不少单位在七八十年代曾对CPC进行过研制，也有少量应用，但现在基本都已停用。

其他反射式聚光器还有圆锥反射镜、球面反射镜、条形反射镜、斗式槽形反射镜、平面。

抛物面镜聚光器等。

此外，还有一种应用在塔式太阳能发电站的聚光镜--定日镜。

定日镜由许多平面反射镜或曲面反射镜组成，在计算机控制下这些反射镜将阳光都反射至同一吸收器上，吸收器可以达到很高的温度，获得很大的能量。

利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，历史上曾有人在法国巴黎用二块透镜聚集阳光进行熔化金属的表演。

有人利用一组透镜并辅以平面镜组装成太阳能高温炉。

太阳能集热原理
太阳能集热原理是利用太阳辐射能源的一种方法，通过收集和转化太阳辐射的热能来产生热水、发电等。

太阳能集热系统主要由集热器、传热介质、储热器和利用装置组成。

集热器是太阳能集热系统的核心部件，它可以将太阳辐射能转化为热能。

常用的太阳能集热器有平板式、真空管式和聚光式等。

平板式集热器由黑色吸热层覆盖的板材组成，能吸收太阳辐射并转化为热能。

真空管式集热器由玻璃管内置管道和吸热层组成，具有更高的热转换效率。

聚光式集热器是利用反射镜将太阳辐射聚焦到集热器上的一种方式，能集中吸收太阳能并转化为极高的热能。

传热介质一般是通过管道与集热器连接，并将集热器中吸收的热能传递到储热器中。

常用的传热介质有水、油等，在系统中形成一个闭合的循环。

储热器用于存储集热器所吸收的热能。

其主要作用是在太阳不直接照射时，能够储存热能以供后续使用。

储热器一般采用保温材料进行外包覆，以减少热量的散失。

利用装置是太阳能集热系统的最终目的。

根据实际应用需求，利用装置可以是直接用于供暖、制冷水等家居用途，也可以是发电系统中的发电设备。

通过太阳能集热原理，可以充分利用太阳能资源，减少能源消
耗，降低环境污染。

尤其在地处日照充足地区，太阳能集热系统能够为人们提供持续稳定的能源供应，具有广泛的应用前景。

聚光集热储热是指将太阳能转化为热能的整个过程，包括聚光、集热和储热三个主要步骤。

在这个过程中，太阳光通过聚光器汇聚成高强度的光束，然后通过集热器将光能转化为热能。

储热是将热量储存起来，以便在需要时使用的过程。

首先，聚光器的作用是将分散的太阳光聚集成为一个点，从而提高太阳光的强度和能量密度。

这种高强度的太阳光可以被集热器更好地吸收和利用。

其次，集热器是用来吸收和传导太阳光的装置。

当太阳光经过聚光器后，集热器可以有效地吸收太阳光的热量，并将其转化为热能。

这个过程通常是通过金属或其他导热材料来实现的。

在储热阶段，储存的热能可以被用于供暖、热水供应、工业加热等多种目的。

这是因为太阳能是一种清洁、可再生的能源，它的利用不会产生任何有害的排放物，也不会对环境造成任何负面影响。

而且，太阳能的供应量可以随着太阳的位置和强度而变化，从而避免了能源供应的不稳定性。

然而，聚光集热储热的实施也面临着一些挑战和问题。

首先，太阳光的强度和分布是随时间和地点而变化的，这使得聚光集热储热的系统设计和运行需要更加灵活和适应性。

其次，太阳能的收集和储存技术目前还处于发展阶段，需要更多的研究和开发才能实现更高效、更可靠的利用。

此外，太阳能的利用还需要与其他能源形式（如风能、水能等）相结合，以实现能源系统的多元化和稳定性。

总的来说，聚光集热储热是一种具有潜力的太阳能利用方式。

通过聚光器将太阳光聚集并增强其能量密度，再通过集热器吸收并转化为热能，最后通过储热技术将热量储存起来以供使用。

这种技术具有清洁、可再生、灵活性和适应性的特点，可以有效地利用太阳能这一可再生资源。

然而，在实施过程中也面临着一些挑战和问题，需要更多的研究和技术进步来解决。

未来，随着技术的不断发展和进步，我们相信聚光集热储热技术将会在太阳能利用领域发挥越来越重要的作用，为我们的能源系统提供更多的选择和可能性。

聚光太阳能集热器的设计及优化太阳能作为一种可再生的清洁能源，已经逐渐成为人们关注的焦点。

聚光太阳能集热器作为太阳能利用的一种形式，以其高效收集太阳能的能力，受到了广泛的关注和应用。

本文将深入探讨聚光太阳能集热器的设计原理、优化方法以及未来的发展趋势。

聚光太阳能集热器的设计原理主要基于光学原理。

通过采用透镜、反射镜等光学元件，将太阳光线聚焦到集热器的焦点上，以实现更高效的能量收集。

其中，常见的聚光太阳能集热器包括平面聚光太阳能集热器和抛物面聚光太阳能集热器。

平面聚光太阳能集热器的设计相对简单，主要由透明玻璃罩、反射镜和吸热管组成。

透明玻璃罩用于收集太阳光，反射镜将太阳光线反射到吸热管上。

吸热管内部充满工作介质，依靠光热转换将太阳能转化为热能。

平面聚光太阳能集热器具有结构简单、制造成本低等优点，但在能量收集效率上相对较低。

抛物面聚光太阳能集热器则采用抛物面反射镜的设计原理，借助抛物面的特性将太阳光线汇聚到焦点上。

抛物面聚光太阳能集热器的优点在于能量收集效率高，但造成了结构复杂、制造成本较高等问题。

在抛物面聚光太阳能集热器的设计中，需要考虑到反射镜曲率的控制、镜面反射率的提高等因素，以实现更高的能量利用效率。

为了优化聚光太阳能集热器的性能，可以从多个方面进行改进。

首先，在光学设计层面上，可以采用更高效的光学元件，如非球面透镜、光纤聚光器等，以提高光能的聚焦效果。

此外，可以采用多级集热的方式，将聚焦后的光线进一步聚焦到集热器的吸热管上，进一步提高能量收集效率。

其次，在材料选择上，应选用具有较高光热转换效率和耐高温性能的材料。

常见的吸热管材料有铜、铝等，而对其表面涂层的选择也对能量收集效率有着重要影响。

研究表明，选择具有高吸光率和低放射率的涂层材料，可以有效提高集热器的热转换效率。

此外，对于聚光太阳能集热器的工程应用来说，还需要考虑实际运行环境的因素。

如何减少聚光太阳能集热器在不同日照角度下的能量损失，如何有效降低因背面散热导致的损失等都是需要考虑的问题。

太阳能集热器的热转换原理(教学）太阳能集热器的热转换原理目录背景资料 (1)（一）知识背景 (1)一、太阳能的光—热转换 (1)二、太阳能集热器 (1)三、集热器的利用——热水器介绍 (2)四、光波波长与集热器升温原理 (3)五、有关物理知识 (3)（二）方法背景 (4)1、设计理念 (4)2、对象及用途 (4)3、教材分析 (4)活动方案 (5)（一）示范性方案：太阳能集热箱升温比较实验 (5)（二）指导性方案：太阳能集热器升温比赛 (8)（三）拓展性方案：东方绿舟南洋中学新能源科技考察站活动 (11)直接利用太阳能集热的活动——学习单 (13)课题申请表 (13)课题实施记录 (14)交流汇报提纲 (15)课题研究结题报告 (16)课题评价 (17)参考资料 (18)主编：陆赵华地址：上海市南洋中学科研室直接利用太阳能集热的活动陆赵华直接利用太阳能集热的活动陆赵华背景资料（一）知识背景在20世纪中，人类使用的能源主要有原油、天然气和煤炭三种，而根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年了。

所以，开发新能源，已经成为人类发展中的紧迫课题，那么，人类将向何处寻找新能源呢？先进国家的能源专家认为，太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。

我校设立了以新能源系列为特色的科技景点，就是为了介绍和普及新能源的知识和应用，期望作为明天主人的青少年学生能够从直观上对新能源有所了解或由此产生兴趣和引起关心，也希望得到全社会的关心和扶植，使更多的有识之士立志献身于这一事业。

一、太阳能的光—热转换太阳辐射能的直接利用，基本上有四种方式（右图说明太阳的功率及太阳能传递到地球后各种形式能量之间的转化过程），它们分别是太阳能的光—热转换、太阳能的光—电转换、太阳能的光—化学转换和太阳能的光—生物质转换，其中太阳能的光—热转换是目前技术最为成熟、成本最为低廉、因而应用最为广泛的形式。

能源科学技术：太阳能光伏发电技术必看题库知识点（题库版）1、单选安全生产事故发生的原因，在事故总数中占有很大比重的原因是（）A、人的不安全行为B、管理上的缺陷C、不可抗力D、以上都是正确答案：A2、填空题生（江南博哥）产多晶硅带的方法主要有定边喂膜法、蹼状枝晶法、绳带法和模板生长法，其中产出率最高的方法为（）正确答案：模板生长法3、填空题（）是太阳能采暖的关键部件。

正确答案：集热器4、单选产品的主要技术指标检测包括外观检查、（）测定、绝缘强度和耐压等指标检测等。

A.自身误差B.基本误差C.化误差D.误差正确答案：B5、填空题楼房建材一体型太阳光发电系统的模板形式有（）；（）、强化玻璃合成型等。

正确答案：普通型、屋顶材料一体型6、填空题透明盖板是平板型集热器中（），并由透明（）材料组成的板状部件。

正确答案：覆盖吸热板；或半透明7、填空题单晶硅太阳能电池组件的生产流程：（）硅棒（）（）太阳电池组件；多晶硅太阳能电池组件的生产流程：（）硅碇（）硅片太阳电池太阳电池组件。

正确答案：高纯硅材料；硅片；太阳电池；高纯硅材料；硅块8、填空题太阳能到达地球的总辐射能量应该是太阳常数与（）的乘积。

正确答案：地球面投影面积9、问答题太阳能发电的优点？正确答案：（1）没有运转部件，可以安静地生产清洁能源（2）维护简单，容易实现自动化和无人化（3）与规模大小无关，可按一定的效率发电（4）由于是模板结构，易于产生规模化效益（5）用扩散光也可以发电（6）光发电是对废弃能源的有效利用（7）太阳储量无限并且免费10、填空题利用风力机可将风能转换成（）、机械能和热能等。

正确答案：电能11、填空题聚光太阳灶是利用（）聚光的特性，大大提高了太阳灶的功率和聚光度。

正确答案：抛物面12、问答题HZT035-18型号代表什么意思？正确答案：H-皇明；Z-公共场所照明；T-庭院灯；035-灯光源高度3.5米；18-18款式。

13、填空题构成太阳的主要成分是（）和氦正确答案：氢14、填空题阴雨天（）占总辐射的大部分。