太阳能集中热水系统市场应用分析.doc

太阳能集中热水系统市场应用分析 摘要通过太阳能和传统燃煤热水系统经济效益的对比分析，指出集热器的集热效率和使用寿命是在经济效益上缺乏市场竞争优势的主要原因，进而分析集热器元件的内部构造和关键性材料改进。并探讨了适应市场需要的太阳能热水系统供水形式、季节性蓄热装置和相关激励政策。 关键词太阳能热水系统；经济效益；集热效率 Abstract Through comparative analysis of economic benefits of solar and conventional coal-fired hot water system, pointed out that the thermal efficiency and the use of set life of the heat collector is the main reason for the lack of market competitive advantage in economic efficiency, then analyzes the collector element internal structure and key material improvement. And to meet the needs of the market of solar hot water system, water supply of seasonal storage device and the relevant incentive policies. Key words solar hot water system; economic benefit; collector efficiency 中图分类号TK511文献标识码A文章编号 地球上的能源在逐步减少，煤、石油、天然气在燃烧过程中产生二氧化碳和其他有害气体，污染环境，影响了气候的变化。太阳能取之不尽，用之不竭，也不产生环境污染，成为新能源的首选。我国太阳能资源非常丰富，全国有三分之二以上地区年辐照总量大于502万千焦/米2，年日照时数在2000小时以上。可为何几十年来，太阳能能源利用技术发展一直较为迟缓，市场动力不够。据笔者了解，即使是在太阳能辐照量充裕的地区，采用太阳能集中热水系统仍然会给使用单位带来诸多疑虑，具体可归纳为初期投资大、产品维护费用高、对产品集热技术的忧虑、系统供热效果受气候环境影响等。然而从长远看，随着传统能源的日益短缺，新能源技术利用势在必行，全球许多国家都把太阳能开发列入重点研发项目，太阳能集中热水系统作为太阳能热能应用的重要领域，有着良好的市场发展前景。如何突破这个领域的技术瓶颈，我们可以从工程实例中进行探索。 位于青海省西宁地区一酒店改造工程，床位数130人. 依据计算公式QKhmqr（L/d） 其中Q热水（60℃）用量（L/d）； m用水计算床位数； qr 热水用水定额； 查设计手册得qr 取160； 日用水量QD130*16020800L 日耗热量W QD CρRt2-t1208004.181554781920 KJ/d 单位平米集热器每天可转化的太阳能JTηcd1-ηL1813040805801 KJ/d 所需集热器总面积AC47819205801824 M2 计算太阳能热水系统的年节能量 Qsave AC Jn1-ηL ηcd1744888MJ 其中AC直接式系统集热器总面积。（M2） QW日平均用水量（L） C水的定压比热4.18KJ/kg.℃ ρR水的密度kg/l JT 当地平均日太阳辐照量18130KJ/M2 t2-t1水的温差 60-555℃ ηcd集热器系统年平均集热效率40 ηL管路及储热水箱的热损失率（取0.2） Jn太阳能年辐照量6617.45MJ/M2 相当于常规能源的量 1方天然气产热8600KCAL 36006 KJ 相当于电量Q电1744888/3600484 KWh（度） 相当于天然气用量Q气17448881000/3600648460（M3） 集热器采用全玻璃真空集热管太阳能热水器，单位模块产热200L/d,单位模 块面积6.64 M2，价格1W元，初期一次性设备总投资约124万元。采用燃气热水锅炉，初期设备投资约30万元。按西宁地区的天然气每立方米1.3元。仅仅从节能的经济效益来看，每年可节省约6.4万元，运行15年回收投资成本差价。但目前市场上集热器产品使用寿命6-15年不等。即使按使用寿命15年计算，其节能经济效益也不如使用寿命可达30-40年的燃气热水设备。当然，具体的节能效益与当地的天然气单价密不可分，长远考虑，假设未来30年燃气价格上涨30，集热器若能实现20-30年的使用寿命，其节能效益还是很可观的。这也是太阳能热水系统的市场潜力所在。 除此以外，还可以提高集热器系统年平均效率来降低初期投资成本。假设上 述工程案例的ηcd由40提高至70，则 单位平米集热器每天可转化的太阳能JTηcd1-ηL18130708010152KJ/d 所需集热器总面积AC478192010152471 M2 仅需70单位集热模块，初期投资降低43，7年的节能运行费用即可回收投资差价。 可见，提高集热器平均效率和延长集热器使用寿命，才能使太阳能热水系统 节能效益凸显。如何对改善这两项性能，需要了解各类集热器内部结构 图1平板太阳能集热器的基本结构 1、平板型太阳能平板型太阳能集热器主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出。 图2 全玻璃真空管结构示意图 2、真空管集热器 真空管集热器就是将吸热体与透明盖层之间的空间抽成真空的太阳能集热器。太阳能透过外玻璃照射到内管外表面吸热体上转换为热能，然后加热内玻璃管内的传热流体，由于夹层之间被抽真空，有效降低了向周围环境散失的热损失，使集热效率得以提高。 从两类基本的集热器内部构造可以看出，集热效率都取决于光热转化材料选择性吸收涂层。涂层的吸收光谱和太阳能发射光谱相匹配，吸收表面在太阳光光谱范围内（波长0.3-2.5um）具有较高的吸收比，同时在红外光谱范围内（波长2.5-5.0）保持尽可能低的热发射比。即在最大限度的吸收太阳辐射的同时，尽可能地减小其辐射热损失。为获得理想的吸收涂层，在制备工艺上多采用电化学和磁控溅射法，涂层的吸收率大致在0.9以上，发射率可控制在0.1左右。然而，市场对涂层材料有着更严苛的要求，包括价格低廉（降低生产投资成本）、耐蚀性强、更长的使用寿命、以及环保工艺等。目前尚无一种涂层能满足以上所有要求，而这些都是制约着太阳能热水应用技术的发展瓶颈。从全球范围看，欧美地区的太阳能选择性吸收涂层制备技术较好，集热器的使用年限也最长，最好的可达30年，普遍在25年左右，这也是太阳能热水系统在国外应用较为普及的原因。随着高温技术和纳米技术的发展，和对太阳能应用技术的持续研发，涂层材料的发展仍有广阔的领域。