孫亞楠

摘要：隨著人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)和能源開發(fā)呼聲的不斷高漲，太陽能作為一種清潔能源，其開發(fā)和利用也成為了人類尋求新能源的熱點(diǎn)，具有廣泛的發(fā)展前景。文中先對(duì)太陽能集熱的工作原理及清潔能源供熱基本內(nèi)容進(jìn)行分析，再結(jié)合實(shí)際案例，分析其在實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中的應(yīng)用情況，希望通過本次研究可以成為今后太陽能碟式供熱系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：太陽能集熱；碟式光熱供暖系統(tǒng)；項(xiàng)目應(yīng)用

太陽能熱發(fā)電是利用槽式聚光鏡將太陽光聚在一條線上，在這條線上安裝吸熱管，吸收太陽能并對(duì)傳熱工具進(jìn)行加熱，再借助蒸汽的動(dòng)力循環(huán)發(fā)電。槽式吸熱管是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿暮诵牟考?，其熱性能和結(jié)構(gòu)可靠性將直接決定整個(gè)槽式熱發(fā)電站的熱效率和經(jīng)濟(jì)成本。從國際商業(yè)化的槽式太陽能熱發(fā)電站運(yùn)行和維護(hù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，吸熱管真空失效和破損是造成太陽能熱發(fā)電站經(jīng)濟(jì)損失的最主要因素。吸熱管真空失效和破損需要及時(shí)更換，以免影響電站運(yùn)行，會(huì)大幅提高電站的維護(hù)成本，降低整個(gè)電站的經(jīng)濟(jì)性。

1集熱系統(tǒng)

1.1塔式集熱系統(tǒng)

平面鏡是塔式集熱系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分，一旦定日鏡的傳動(dòng)不能連續(xù)進(jìn)行，集熱器就不能接收到反射光線，因此定日鏡如何以恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行遠(yuǎn)距離跟蹤是該系統(tǒng)的一個(gè)技術(shù)突破點(diǎn)。這種鏡子具備獨(dú)立的太陽追蹤系統(tǒng)，雙軸單軸均有。當(dāng)集熱塔接收太陽光后，該系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行開環(huán)或閉環(huán)控制。

接收器由預(yù)熱、蒸發(fā)和再熱器三大部分組成，主要作用是間接或直接地接收“鏡場”四周分布的熱量。聚焦點(diǎn)的溫度需控制在一定范圍內(nèi)，以免光斑在風(fēng)的作用下出現(xiàn)晃動(dòng)時(shí)，溫度高低不定。受熱面在太陽能的作用下，溫度達(dá)到一定程度后，將自身的熱量向四周散發(fā)是間接接收器的主要工作原理。間接接收器的一個(gè)代表是管狀接收器，由于其加熱的溫度過高，光斑的位置常常不確定，加上其他不確定的因素，溫度也常常不夠穩(wěn)定，常造成各種不良后果。當(dāng)介質(zhì)不夠或流動(dòng)不暢時(shí)，接收器會(huì)開啟自身相關(guān)的保護(hù)功能，必要時(shí)及時(shí)改變鏡場的傾斜度，或采取一定的隔離措施，以減輕接收器溫度過高帶來的不良后果。

值得注意的是，集熱塔相關(guān)工作人員的操作應(yīng)按照具體的工作流程實(shí)施，切勿在接收器高溫運(yùn)行時(shí)登塔。

1.2槽式集熱系統(tǒng)

首先，與塔式集熱系統(tǒng)不同的是，槽式集熱系統(tǒng)主要組成部分是集熱管形成的拋物面，且大多串聯(lián)成槽型。其次，這個(gè)系統(tǒng)也帶有相應(yīng)的追蹤太陽的系統(tǒng)。最后，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置傳動(dòng)系統(tǒng)的具體參數(shù)以及采取一定的措施以減少風(fēng)力對(duì)該系統(tǒng)的影響是該系統(tǒng)的一大技術(shù)突破點(diǎn)。

槽式集熱系統(tǒng)當(dāng)然也有其自身的劣勢(shì)。當(dāng)熱流分布多少不等時(shí)，周圍環(huán)境的冷熱也常常各不相同，這容易引起吸熱管不耐受，損壞以致不起作用；當(dāng)集熱管中的高熱導(dǎo)體流失時(shí)，由于其溫度過高，常常容易引發(fā)嚴(yán)重的后果，比如火災(zāi)；當(dāng)沒有足夠的電力及時(shí)的供應(yīng)本系統(tǒng)時(shí)，高溫傳導(dǎo)介質(zhì)則容易變性而失去作用。

1.3其他集熱系統(tǒng)

首先，與塔式集熱系統(tǒng)和槽式集熱系統(tǒng)不同的是，碟式集熱系統(tǒng)主要組成部分是反射鏡，各鏡子之間的關(guān)聯(lián)性常常不大，但性能好，耗電低，聚光好，但是，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)具有存儲(chǔ)空間不足、高昂的價(jià)格以及溫度過高等劣勢(shì)，人們對(duì)其常望而卻步。

與碟式集熱系統(tǒng)不同的是，菲涅爾式集熱系統(tǒng)主要組成部分是鏡面和集熱管，這個(gè)系統(tǒng)的前身是拋物面式的槽式集熱系統(tǒng)，此系統(tǒng)以槽式集熱系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在鏡面上，采用其特有的菲涅爾類型，從而優(yōu)化了鏡面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱流分布多少不等時(shí)，周圍環(huán)境的冷熱也常常各不相同，這容易引起吸熱管不耐受，損壞以致不起作用。

2太陽能集熱系統(tǒng)在清潔能源供熱項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，主要由聚光器、接收器、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組成。聚光器由拋物面反射鏡組成，聚焦點(diǎn)位于接收器的開口處。接收器將聚光器匯聚的光能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生高溫，驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)換為電能。該系統(tǒng)使用雙軸跟蹤太陽，晚上當(dāng)輻照度變得太低而不能產(chǎn)生電力時(shí)，返回到起始收集位置。本系統(tǒng)的部件尺寸及其技術(shù)規(guī)格如表1所示。

2.2項(xiàng)目具體細(xì)節(jié)

以一套25kW碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并計(jì)算在典型工作條件下各個(gè)部件的熱效率和效率，評(píng)估各個(gè)部件的性能。分析結(jié)果表明：

（1）聚光器自身光學(xué)性質(zhì)及接收器內(nèi)工質(zhì)吸熱升溫的熵增造成損失，導(dǎo)致集熱子系統(tǒng)效率遠(yuǎn)低于本身熱效率。

（2）斯特林發(fā)電機(jī)的能量損失和損失分別占了總能量損失和總損失的絕大部分。所以提高碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)效率的關(guān)鍵在于提高斯特林發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率。

系統(tǒng)的運(yùn)行過程如下：（1）用戶進(jìn)出水口、電鍋爐及太陽能供暖系統(tǒng)為共用，采用并聯(lián)的方式來進(jìn)行連接；（2）進(jìn)入到采暖期時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和壓力測(cè)試，了解是否存在漏水現(xiàn)象；（3）供暖之前必須要經(jīng)過預(yù)加熱工序，額定設(shè)計(jì)的進(jìn)出水溫度分別為95度和70度。（4）有白天與夜晚供暖部分，白天為直接供暖，晚上需要使用白天儲(chǔ)存的水進(jìn)行供暖。（5）具有智能化調(diào)節(jié)功能，不僅在室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)還表現(xiàn)在陰天或者日照不足時(shí)的調(diào)節(jié)。

3結(jié)語

本文梳理和總結(jié)了太陽能熱利用技術(shù)在我國溫室中的應(yīng)用現(xiàn)狀與主要形式，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展提出了展望。未來，資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的溫室生產(chǎn)方式將得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張述英，王向東.疏菜保護(hù)地高產(chǎn)高效栽培技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997.

[2]農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司.全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化統(tǒng)計(jì)年報(bào)[R].農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司，2016.

[3]熊莉萍.充分利用太陽能資源，加快寧夏光伏發(fā)電開發(fā)閥[J].科技與企業(yè)，2011，（16）：83-85.

[4]王奉欽.太陽能集熱器輔助提高日光溫室低溫的應(yīng)用研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[5]李文，楊其長，張義，等.日光溫室主動(dòng)蓄放熱系統(tǒng)應(yīng)用效果研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（5）：557-562.

[6]馬承偉，姜宜琛，程杰宇，等.日光溫室鋼管屋架管網(wǎng)水循環(huán)放熱系統(tǒng)的性能分析與實(shí)驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，21（32）：209-216.

（作者單位：唐山市熱力總公司）