[发明专利]采用三个储能箱和多上循环管的太阳能集热系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能集热系统，特别涉及充分利用太阳能量的太阳能集热系统和在不同季节、不同天气状态下得到温度比较高的流体的太阳能集热系统，尤其是黑瓷复合陶瓷太阳能集热系统及其操作方法。

背景技术

太阳能利用包括光电利用和光热利用，光电利用主要指太阳能电池，光热利用主要指聚光太阳能发电装置和太阳能集热系统，应用最广泛的太阳能集热系统是太阳能热水系统。我国主要采用真空玻璃管太阳能集热(器)系统和平板式太阳能集热(器)系统，欧、美、日、澳大利亚等国主要采用平板式太阳能集热(器)系统中的铜管板式太阳能集热(器)系统。

太阳能是面能源，理论和实践都已经证明效率最高的太阳能集热体是金属材料制造的通孔扁盒式太阳能集热体，在这种集热体中，阳光吸收面下面布满待加热的介质，热交换最直接、迅速，热传导距离最短，但是目前能够长期承受热水腐蚀的金属材料是铜材，这种结构需要使用大量铜材，铜材非常昂贵，焊缝很长，制造工艺复杂，制造成本很高，难以大规模生产和使用。

真空玻璃管的主要缺点是：真空玻璃管由同轴内外玻璃管组成，一端封闭，内外管之间抽真空，外管透明，内管外表面覆盖黑色阳光吸收涂层。由于必须采用真空层、密封圈、防尘圈、尾托等，使黑色阳光吸收面只占采光投影面积约60％，部分阳光穿过黑色面之间的空隙，未得到利用，在阳光最强烈的中午时段降低了集热效率；真空度在使用中不断下降，降低保温效果；一头封闭的盲管结构容易沉淀水碱和水中的杂质，减少热交换面积，盲管结构使玻璃管中占总量约20％已加热的水不能放出来使用，而进一步严重降低了热效率；低温形成的阳光吸收涂层的内部结合力是分子间力，结构不稳定，阳光吸收率容易衰减，这是目前太阳能热水器阳光吸收涂层的共同缺点；玻璃管用硼硅玻璃制造，熔制温度1650℃，制造能耗高，氧化硼价格高；这些缺点导致真空玻璃管制造成本高、耗能比较高，寿命比较短，热效率不高，而且随时间衰减，一般有效使用寿命10年左右。

铜管板式太阳能集热体的主要缺点是：阳光吸收涂层的阳光吸收率容易衰减；铜材十分昂贵，需要电解提纯，制造成本、耗能很高；集热铜管横向间隔大，导热距离远，影响效率；焊缝容易腐蚀；集热铜管直径比较小，集热器中全部热量通过直径比较小的集热铜管传递，集热铜管温度比较高，容易产生水垢，少量水垢也会明显减小通道，影响集热效率；采用双循环方式需要增加热交换器，会提高制造和使用成本，热交换器与水接触一侧容易结垢；一般有效使用寿命10-25年。

太阳能集热器可以提供热水、热风，热水、热风可用于洗涤、冬季取暖、夏季空调，另外参照地下热水发电的方式，大量廉价的高温热水还可以进行低成本发电，取代常规能源、保护环境。但是现有的太阳能集热器制造成本高、有效使用寿命短，使太阳能的使用成本远远高于常规能源，严重制约了太阳能集热器的发展，太阳能集热器必须实现与建筑一体化，才能获得更大的发展空间，现有太阳能集热器受其太阳能集热体的成本、材料和结构的制约，难以实现与建筑一体化。太阳能集热器的核心部件是太阳能集热体，为此，必须研究和寻找一种全新的低成本、长寿命、高效率的太阳能集热体。

一吨硼硅玻璃或金属材料，成本数千元至数万元，材料成为制品还需要经过复杂的加工过程。一吨陶瓷制品如一吨低装饰要求的陶瓷墙地砖通常成本数百元，陶瓷材料成本低廉是由于原料来源广泛，一般就地取材，运费低；蕴藏量大，价格低；一般不需要选矿、富集；成型后一次烧结，即为制品；烧结时有所收缩，但不改变形状，烧结后无加工过程；烧结温度低、时间短，一般压制成型陶瓷制品烧结成瓷温度约1200℃，历时10分钟左右，而玻璃的熔制或金属材料的冶炼，通常温度1500-1650℃，历时数小时，原材料须经过熔化、流动、均化、反应、澄清等过程，一般来说，温度每提高100℃，能耗增加1倍，同时设备和耐火材料的价格、消耗量也成倍提高，电解的能耗更远大于冶炼。所以，陶瓷烧结与玻璃的熔制或金属材料的冶炼、电解有本质区别，能耗与成本均相差几倍至几十倍。陶瓷是目前已知的成本最低、使用寿命最长、性能最稳定的工程材料之一。一般普通陶瓷主要由氧化硅和氧化铝组成，氧化硅约占50-70％，氧化铝约占10-30％，这也是普通土壤和普通岩石的主要成分组成，地球地壳中占比例最高的物质是氧化硅，在无机、有机、金属各种材料中，普通陶瓷材料的原料蕴藏量最大。