太陽(yáng)能采集

太陽(yáng)輻射的能流密度低，在利用太陽(yáng)能時(shí)為了獲得足夠的能量，或者為了提高溫度，必須采用一定的技術(shù)和裝置（集熱器），對太陽(yáng)能進(jìn)行采集。集熱器按是否聚光，可以劃分為聚光集熱器和非聚光集熱器兩大類(lèi)。 非聚光集熱器（平板集熱器，真空管集熱器）能夠利用太陽(yáng)輻射中的直射輻射和散射輻射，集熱溫度較低；聚 光集熱器能將陽(yáng)光會(huì )聚在面積較小的吸熱面上，可獲得較高溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽(yáng)。

平板集熱器

歷史上早期出現的太陽(yáng)能裝置，主要為太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，大部分采用聚光集熱器，只有少數采用平板集熱器。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(jìn)行深入研究和規?；瘧?。在太陽(yáng)能低溫利用領(lǐng)域，平板集熱器的技術(shù)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(mǎn)足特定的使用要求，開(kāi)發(fā)研制了許多種平板集熱器： 按工質(zhì)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(zhì)焊，199S年我國也開(kāi)發(fā)成功全銅高頻焊集熱器。1937年從加拿大引進(jìn)銅鋁復合生產(chǎn) 線(xiàn)，通過(guò)消化吸收，現在國內已建成十幾條銅鋁復合生產(chǎn)線(xiàn)。 為了減少集熱器的熱損失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯陽(yáng)光板以及透明蜂窩等作為蓋板材料，但這些 材料價(jià)格較高，一時(shí)難以推廣應用。

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(yáng)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(jìn)全玻璃真空集熱管的樣管以來(lái)，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(zhì)量達世 界先進(jìn)水平，產(chǎn)量雄居世界首位。我國自80年代中期開(kāi)始研制熱管真空集熱管，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，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(zhì)量達到世界先進(jìn)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(xiàn)正在加緊進(jìn)行建設，產(chǎn)品即將投放市場(chǎng)。

聚光集熱器

聚光集熱器主要由聚光器、吸收器和跟蹤系統三大部分組成。按照聚光原理區分，聚光集熱器基本可分為反射聚光和折射聚光兩大類(lèi)，每一類(lèi)中按照聚光器的不同又可分為若干種。為了滿(mǎn)足太陽(yáng)能利用的要求， 簡(jiǎn)化跟蹤機構，提高可靠性，降低成本，在本世紀研制開(kāi)發(fā)的聚光集熱器品種很多，但推廣應用的數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(diǎn)聚焦）和槽形拋物面鏡聚光集熱器 （線(xiàn)聚焦）。前者可以獲得高溫，但要進(jìn)行二維跟蹤；后者可以獲得中溫，只要進(jìn)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(lái)進(jìn)行了許多改進(jìn)，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，開(kāi)發(fā)高可靠性 跟蹤機構等，現在這兩種拋物面鏡聚光集熱器完全能滿(mǎn)足各種中、高溫太陽(yáng)能利用的要求，但由于造價(jià)高，限制了它們的廣泛應用。

70年代，國際上出現一種“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(yáng)，最多只需要隨季節作稍許調整，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(shí)可以固定安裝，不作調整。當時(shí)，不少人對CPC評價(jià)很高，甚至認為是太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的一次重大突破，預言將得到廣泛應用。但幾十年過(guò)去了，CPC仍只是在少數示范工程中得到應用，并沒(méi)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(jìn)行過(guò)研制，也有少量應用，但現在基本都已停用。

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(yáng)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(yáng)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。

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(yáng)光進(jìn)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(yáng)能高溫爐。顯然，玻璃透鏡比較重，制造工藝復雜，造價(jià)高，很難做得很大,所以，折射式聚光器長(cháng)期沒(méi)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(yáng)能聚光集熱器。菲涅耳透鏡是平面化的聚光鏡，重量輕，價(jià)格比較低，也有點(diǎn)聚焦和線(xiàn)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(yáng)電池發(fā)電系統。

我國從70年代直至90年代，對用于太陽(yáng)能裝置的菲涅耳透鏡開(kāi)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(diǎn)聚焦菲涅耳透鏡，結果都不大理想。近來(lái)，有人采用模壓方法加工線(xiàn)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(yáng)能聚光器，雖然尚未獲得實(shí)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(yáng)光通過(guò)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(shí)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(yáng)光中與熒光吸收帶波長(cháng)一致的部分，然后以比吸收帶波長(cháng)更長(cháng)的發(fā)射帶波長(cháng)放出熒光。放出的熒光由于板和周?chē)橘|(zhì)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(yáng)。