太阳能光热利用的新方向

摘 要 本文分析了太阳能光热利用的新方向袁重点介绍了射流增速太阳能热水系统尧热泵太阳能热水装置及太阳能工业应用遥 　　0 前言   　　太阳能光热利用行业发展壮大已近30年，主要集中在直插式非承压热水器上，太阳能承压式热水器由于技术、成本方面等原因，在国内没能打开局面，然而太阳能光热利用需要新的技术和新的应用拓展，这样不仅能更大程度上为国家的能源利用、环境保护作出贡献，而且光热利用行业也迫切需要在技术和应用方面有所拓展。 　　射流增速太阳能热水系统是完全针对非承压太阳能热水系统进行设计的，适用于各种落水式运行的直插式或分离式太阳能热水系统，尤其在小落差条件下使用，其使用效果更加明显。 　　热泵太阳能热水装置利用热泵和太阳能的互补性，把空气源热泵和板式太阳能热水装置复合为一体，成为新的热泵太阳能热水装置，性能稳定，可利用性强。工业利用作为太阳能热利用行业一直关注的话题，专家学者、太阳能企业都一直努力推动这方面的工作快速开展，为此相关技术也一直受到大家的关注。下面分别做一如下： 　　1 射流混水太阳能热水系统 　　如图1所示，为射流混水太阳能热水系统。与常规非承压热水系统不同之处是，在非承压热水系统基础上，在系统中设置了双联动阀和射流混水器，替换了普通的混水阀门。当系统用水时，打开双联动阀门，利用射流混水器的独特设计结构，将自来水形成高速射流，使射流周围形成负压，在负压和微小落差作用下，水箱中的热水被“吸到”负压区，与高速射流的自来水混合，经过花洒直接喷出，形成温度适宜、压力适度、速度适中的淋浴用水。 　　太阳能热水系统运行原理 　　在非承压热水系统储热水箱、自来水与射流混水喷头之间设置能够独立调整冷水和热水流量阀门的双联动阀门，该阀门对自来水和热水起到同时打开和关断，以及分别调整冷热水流量的功能，不具有混水功能。该阀门前端（或后端）设置了冷水阀和热水阀。便于随时开启和关闭冷热水和调整射流喷头出水温度、速度和流量。 　　如图2 所示，为非承压射流混水太阳能热水系统实际使用案例。其中图a、b 为农村平房顶层用户使用实验系统。图2-c、图2-d 为模拟阳台壁挂错层用水非承压太阳能热水系统。两套热水器均为非承压热水系统，落差均为1.5m 左右，混水则采用射流混水系统，实验地点在北京。经过半年以上的连续适应性测试，测试结果显示射流混水系统最低出水量均可以达到8.5L/min 以上，出水量大，温度和水量调节方便，可靠，具有良好的操控性和洗浴舒适度，完全满足实际用户的使用需求。 　　2 热泵太阳能热水装置 　　如图3所示，为热泵太阳能热水装置的原理示意图，它是在传统的直膨式热泵热水装置的基础上，加入太阳能的单独应用设计而成的。 　　此热泵太阳能热水装置的特点： 　　1.实现热泵与太阳能热水器的相结合，将空气源热泵与平板太阳能热水器有机地结合起来； 　　2.在阳光条件较好时，装置可以以太阳能模式工作，而在夜间和阴、雨、雪天则以空气源热泵方式工作； 　　3.冬季工作时的抗结霜能力强，除霜过程简单，便于利用阳光提高蒸发温度，减少压机停机可能； 　　4.夏季工作时，在强辐照下以太阳能模式运行，有利于解决压机吸气温度过高的问题，保障系统可靠性； 　　5. 一块蒸发集热板、两种工作模式，保证了系统的可靠性，拓展了太阳能和热泵的适用范围，性能优于传统直膨式热泵和普通空气源热泵。 　　根据上述原理及技术特点而设计出的热泵太阳能热水装置经过一系列的实验测试。结果表明：装置适用地域广，环境适用性较强，系统COP比传统直膨式热泵高，节能效果明显。在夏季的晴好天气，COP可达6.6；冬季雪天的夜里，机组正常工作，COP在1.8到2.2之间。 　　3 太阳能工业应用 　　太阳能工业应用包括低温应用（低于80℃以下）、中温应用（80℃~250℃）及高温应用（主要指太阳能光热发电应用，温度高于250℃）。目前国内在低温领域太阳能工业热利用已经初步展开，如干燥、印染等行业的太阳能应用。在高温领域也出现了高温发电试运行系统。而在中温热利用领域几乎处于空白状态。 　　经行业协会调研，在80℃~250℃这一温度范围，工业领域有大量的用热需求。太阳能存在极大的应用空间，经济效益显著。但是这么多年太阳能光热技术之所以没有被工业利用采纳，主要还是技术和成本的问题，技术的不成熟、成本的高昂、后续维护的复杂都使得进展缓慢。清华阳光公司随着技术的不断积累、生产水平的不断提高，工业应用开始进入实际推广应用阶段。公司在北京真空管生产基地和山东分别建设了两项工业应用项目。 　　真空管生产基地中温项目：此项目设计工作温度为80℃~120℃，末端散热装置为热风机，用于干燥清洗过的玻璃管，目的是迅速风干玻璃管，为玻璃管镀膜做准备。项目为实验性质的测试对比项目，共安装CPC 型U型管集热器20块，同时安装了20块常规U型管集热器用于对比测试。测试结果达到了设计目的（见图4）。 图4 清华阳光公司真空管生产基地太阳能中温工业应用项目图片 　　山东太阳能海洋化工工业应用项目：此项目设计温度95℃~130℃，为氯化镁脱水提供热源。系统采用CPC 型U 型管式真空管太阳能集热器，共198块，集热面积为416m2（见图5）。 图5 太阳能工业应用项目图片（集热面积：416m2） 　　通过实践的积累，公司又对CPC 型太阳能中温集热器中温集热系统的整体做了全新优化设计，系统具有以下特点： 　　1.工作温度范围80~150℃，系统工作温度为130℃时，综合效率仍可达45%。 　　2.启动快、热损低、效率高；冬季及寒冷地区运行稳定。 　　3.高强度（抗冰雹、大风），高耐候性及抗老化性；易于安装。 　　4.适用于海水淡化、太阳能空调（溴化锂吸附式空调主机）、工业蒸汽等。 　　4 结论 　　射流增速太阳能热水系统使用舒适，价格便宜，可推广性强。热泵太阳能热水装置，性能稳定，应用范围广。太阳能工业利用中的中温应用行业内也已经展开工作，具有巨大的推广空间和经济效益。太阳能光热利用需要新的技术，新的应用方向，新的应用领域，重在开发拓展。光热作为一种能源资源，有着极强的现实需要，关键在于行业从事者如何把行业维护好、推介好、发展好！夯实行业技术实力，做出有用可靠的产品。为国家资源能源节约、人民的品质生活、行业的进一步壮大贡献我们每一个人的力量。（北京清华阳光能源开发有限责任公司 张强 吴振一 李旭光）