太阳能热水器的技术研究和应用

科学发展　华南地区太阳能热水器应用研究　赫　

张治涛　（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心）　摘　要；本文以我国华南地区的典型城市佛山为例，通过理论分析和计算，对该地区太阳能热水器的使用条件和使用成本进行了分析，并与传统的电　热水器进行了对比，太阳能热水器在华南地区有很好的应用前景。　关键词：华南地区；太阳能热水器；阳光　

１华南地区太阳能优势　佛山市地处北纬２３￣００　左右，位于欧亚大陆东南边缘，东临太平洋，是典　型的亚热带季风气候，夏长冬短，阳光充足，属于我国三类太阳能辐射地区（全　国各省太阳能资源分类情况见表）。年日照时数２２００－３０００小时，年太阳辐射　总量５０００－－５４００兆焦耳／平方米，丰富的太阳能资源为太阳能的利用提供了得　天独厚的自然条件。　全国各省太阳能资源分类情况　２华南地区太阳能热水器应用　直接系统集热器总面积可根据用户的每日用水量和用水温度确定，按下　式计　：：　！　二生　（１一吼）　式中：Ａ　直接系统集热器总面积，ｒｎ２：Ｑ，日均用水量，ｋｇ；Ｃ　水的定压比　热容，ｋＪ／（ｋｇ・℃）；ｔ　储水箱内水的设计温度，ｏＣ；ｔ．＿水的初始温度，ｏｃ；Ｊｒ－当地　全年日照时数　全年总辐射能　集热面积　等级　太阳能条件　地区　（ｈ）　（１０‘￣ｋｃａｌ／ｍ　）　（ｍ。）　宁厦北、甘肃西、新疆东南、　资源丰富区　３２０Ｏ～３３∞　＞６７００　１．２　青海西、西藏西　冀西北、京、津、晋北、内蒙及宁夏南、　资源较富区　３０００～３２０ｏ　５４００￣６７００　１．４　甘肃中东、青海东、西藏南、新疆南　２２００～３０∞　５０００～５４００　鲁、豫、冀东南、晋南、新疆北、吉林、　１．６　资源一般区　辽宁、云南、陕北、甘东南、粤南地区　湘、桂、赣、江、浙、鄂、闽北、　１４００～２２００　４２００￣５０００　１．８　粤北地区、陕南、黑龙江　四　资源贫乏区　１０００～ｌ４００　＜４２００　川、黔、渝　２　注：此处的集热面积为根据建筑建设地区太阳能条件来估算，每产生　１００Ｌ热水量所需系统集热器总面积的推荐值。　

科学实验报告：探索太阳能的利用

引言

你有没有想过，我们能否利用太阳的能量来满足我们的能源需求呢？太阳是我们所知的最可靠、最丰富的能源之一，而太阳能的利用，已经成为一项热门的科学研究领域。本实验报告将带领你进入太阳能利用的世界，探索它的原理、应用和潜力。

1. 太阳能的原理

太阳能是指从太阳辐射出来的能量。太阳发出的辐射包括可见光、紫外线和红外线等不同波长的光线。对于我们来说，太阳能主要来自于可见光。

人类通过太阳的辐射感受到温暖和亮光，这是因为太阳的辐射能量被物体吸收后转化为热能和光能。利用这个原理，我们可以设计出各种太阳能利用设备，从而将太阳能转化为电能、热能或其他形式的能量。

2. 太阳能的应用

2.1 太阳能发电

太阳能发电是目前最常见的太阳能利用方式之一。通过太阳能光伏发电技术，我们可以将太阳的光能转化为电能。

光伏发电系统由光伏电池组成，其主要成分是硅。当太阳光照射到光伏电池上时，光子会击中电池中的电子，使其产生电流。这些电流可以通过逆变器转化为可用的交流电，用于供电。 太阳能发电系统具有很多优点，比如清洁、可再生、安全可靠等。它们可以广泛应用于家庭、企业和工业领域，为我们提供可持续的电力。

2.2 太阳能热水器

利用太阳能加热水是另一种常见的太阳能利用方式。太阳能热水器通过太阳能热能的吸收和传导，将水加热到所需的温度。

太阳能热水器通常由集热器、贮水箱和管道系统组成。集热器通常是由黑色吸热材料制成，它们吸收太阳能，并将其传导给贮水箱中的水。通过管道系统，加热过的水可以被输送到需要热水的地方。

太阳能热水器在一些地区已经得到了广泛应用。它们不仅可以节约能源，减少环境污染，还可以降低家庭和企业的能源开支。

2.3 太阳能汽车

当谈论太阳能的应用时，我们不能忽视太阳能汽车这一领域的发展。太阳能汽车是指通过太阳能发电系统为汽车提供动力的车辆。

太阳能汽车的关键是安装在车顶上的太阳能电池板。这些电池板会将太阳能转化为电能，供电给车辆的电动驱动系统。虽然目前太阳能汽车的发展仍处于初级阶段，但已经有一些原型车在实际道路上进行测试。

天津大学

硕士学位论文

热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统的研究

姓名：刘继者

申请学位级别：硕士

专业：热能工程

指导教师：赵军

20070601中文摘要

为了克服普通平板太阳能集热器的缺点，并保留其结构上的优点，必须要研

制新型的平板太阳能集热器。热管有很多优点，把热管用于平板集热器能有效地

改善集热器的性能。本文对热管平板式太阳能集热器进行了理论分析，并通过实

验测试了自制的热管平板式太阳能热水器的性能，包括瞬时效率、日平均效率和

热损失系数，同时考察了灰尘对热管平板式太阳能集热器和真空管太阳能集热器

日平均效率的影响。测试的结果表明热管平板式太阳能热水器的日平均效率在

３６％左右。热管的单向导热特性大大减少了系统通过集热器的热损失。

本文利用ＴＲＮＳＹＳ模拟分析了集热器的朝向和倾角对集热面接收辐射量的影

响，并确定了天津地区使用的太阳能集热器的最佳摆放位置为：朝向正南，倾角

为４０度。同时模拟了集热面积、水箱容积和系统的泵循环流量对热水系统的效

率的影响，并以此为基础对自然循环和强制循化的太阳能热水系统进行了优化设

计。最后通过模拟分析的数据，对两套实际的太阳能热水系统进行了节能效益的

分析，结果表明太阳能热水系统具有良好的经济效益和环境效益。

关键词：热管平板太阳能集热器ＴＲＮＳＹＳ太阳能热水系统ＡＢＳＴＲＡＣＴ

ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ

ｔｈｅｆｌａｔｐｌａｔｅｓｏｌａｒｃｏｌｌｅｃｔｏｒ，ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｆｌａｔｐｌａｔｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒｍｕｓｔｂｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｔｉｓ

ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔＯｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒｕｓｉｎｇｈｅａｔｐｉｐｅｗｈｉｃｈｈａｓｌｏｔｓｏｆ

ａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅ

太阳能的利用综述

太阳以电磁波的形式向宇宙辐射能量，称为太阳辐射能，简称太阳能。地球表面每平方米年辐射太阳能相当于200吨标准煤的发热量，而且太阳能是清洁、无污染、可再生的自然资源。

从世界范围来看，当今国际事务中存在的突出问题之一就是能源之争，如何获取更多的能源资源成为了国家与国家之间矛盾产生的根源；同时新能源的开发和利用亦成为了重要的研究项目之一。从国内来看，能源问题关系我国经济发展、社会稳定和国家安全，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展，是我国现代化建设中一项长期的重大战略任务。党的十七届五中全会，在对我国“第十二个五年规划”建议中，提出了三个重大转型，其中第二个转型，就是从高碳向低碳转型。经过几十年的努力，特别是经过“十一五”，开发利用再生能源、清洁能源，已在我国形成相当的产业规模，其中太阳能的利用，可谓方兴未艾，大有可为。

一、太阳能利用技术的形式

从太阳能的整体利用形式来看，大致有以下三种：

1、太阳能光热技术

太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。按利用的温度不同分为太阳能低温(<100℃)利用、中温(100～500℃)利用和高温(>500℃)利用。太阳能光热技术的利用通常可分直接利用和间接利用两种形式。常见的直接利用方式有以下四种方式：

(1) 利用太阳能热水器提供生活热水；

最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。

(2) 利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥；

太阳能干燥比较适于农副产品的干燥，一般温度在60℃以下，不会破坏食品的营养价值，；木材采用太阳能预干不仅节能，还可以防止因为干燥温度过高，而使木材开裂、变形。太阳能干燥技术设备应用于食品和植物的深加工中，可以有效地防止菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生，有效地保持了物料原有的优良品质，也避免了因为干燥加工而造成的二次污染（如灰尘等污染物的污染）。