太陽能熱利用技術(shù)現(xiàn)狀和建議

劉 亮溫 彥孫玉杰張曉英

（1.山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東 青島 266590；2.山東科技大學(xué)信息學(xué)院，山東 青島 266590；3.中國海洋大學(xué)法政學(xué)院，山東 青島 266100）

太陽能熱利用技術(shù)現(xiàn)狀和建議

劉 亮1溫 彥2孫玉杰1張曉英3

（1.山東科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東 青島 266590；2.山東科技大學(xué)信息學(xué)院，山東 青島 266590；3.中國海洋大學(xué)法政學(xué)院，山東 青島 266100）

摘 要：我國熱水器和光伏發(fā)電技術(shù)較成熟，然而太陽灶、烤爐和太陽能水杯存在技術(shù)上的不足，無法滿足消費(fèi)者的理想需求，因此，需要通過科技創(chuàng)新解決當(dāng)前矛盾，促進(jìn)太陽能熱利用新產(chǎn)品的開發(fā)，積極開拓太陽能新產(chǎn)品市場，達(dá)到節(jié)能減排的效果，緩解資源約束趨緊和生態(tài)系統(tǒng)惡化的嚴(yán)峻形勢，建設(shè)和諧美麗中國。

關(guān)鍵詞：太陽灶；太陽能烤爐；太陽能水杯；技術(shù)現(xiàn)狀

面臨資源緊缺現(xiàn)狀，而我國太陽能資源蘊(yùn)藏豐富，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)具有良好前景。目前，太陽能光伏發(fā)電和熱水系統(tǒng)兩項(xiàng)技術(shù)較成熟，但隨著人們環(huán)保思想的提高，太陽能熱利用產(chǎn)品備受人們親睞，但技術(shù)處于初級(jí)階段，因此近年來太陽能新產(chǎn)品未能得到廣泛應(yīng)用。

一、太陽灶現(xiàn)狀

太陽灶在甘肅等地推廣較快，具有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的特點(diǎn)。太陽灶一般通過旋轉(zhuǎn)拋物面將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，以滿足炊事要求，它分為正軸、偏軸。當(dāng)太陽高度角較小時(shí)，正軸灶有相應(yīng)部分反射光線不能匯聚到鍋底，功率較差，尤其冬季時(shí)，光強(qiáng)度低和溫度低，效率更低。相比而言偏軸灶效率更高一些，采用“三圓作圖法”對(duì)采光面積進(jìn)行了優(yōu)化。太陽灶雖然有低碳、低價(jià)、節(jié)能、環(huán)保、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，但在我國尚未推廣，主要原因有以下幾點(diǎn)。

①模具成本高。多年來灶體材料多次更新?lián)Q代，直到今天，利用模具沖壓而成的鋼板灶體，雖然精度、強(qiáng)度和剛度好，但模具開發(fā)成本約10萬元，并且維修成本高、周期長。另外許多廠家為降低成本，而直接調(diào)用衛(wèi)星天線模具，這無疑對(duì)太陽灶效率有一定影響。

②操作麻煩。太陽高度角和方位角是時(shí)刻變化著，采光面要進(jìn)行跟蹤，考慮到一般用在農(nóng)村，成本必須低，一般采用手動(dòng)跟蹤方式。例如在燒水時(shí)，調(diào)節(jié)灶體采光面角度，讓光斑照射到鍋底，正午效率高，其他時(shí)間相差懸殊，一般只能作燒水功能使用，炒菜很難，尤其到冬天時(shí)，散熱速率快，在不加保溫設(shè)施情況下，水甚至燒不開。為了快速燒水，使用者需多次反復(fù)地調(diào)節(jié)采光面。

③效率低，功能單一?，F(xiàn)在的反光材料一般采用鍍鋁薄膜，反射率達(dá)到86%，使用年限一般為2年，鏡子反射率高但易碎。太陽灶采光面直徑一般為1.5米，若增加采光面積尺寸，功率會(huì)提高，但所占的空間也增大，必須將反光面折疊這一因素考慮進(jìn)去。

④組裝麻煩，無法折疊?？紤]到裝箱運(yùn)輸問題，企業(yè)生產(chǎn)的太陽灶一般是由六塊大致相同的部分堆疊而成，由于每塊是曲面的，體積大，在長方體紙箱里沒有有效利用空間。用戶購買后，一般自行組裝需要30分鐘。使用者炊事完畢后，灶體的反光面無法折疊，占地空間大，給用戶帶來了不便。

二、太陽能烤爐現(xiàn)狀

近年來，隨著國家大力支持新能源產(chǎn)品的開發(fā)，開發(fā)出太陽能烤爐，它是采用槽式聚光器將太陽光輻射能量聚集到集熱管，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，對(duì)食物加熱。目前我國主要有兩個(gè)廠家銷售此類產(chǎn)品，一個(gè)是皇明集團(tuán)的太陽手提式微廚烤炫灶，另一個(gè)是凌鼎集團(tuán)設(shè)計(jì)的太陽能烤爐。通過調(diào)查，了解到有以下方面的不足。

①穩(wěn)定性差、效率較低。當(dāng)太陽高度角很低時(shí)，皇明烤炫灶采光面與水平面的仰角角度大，反光面和集熱管（包括需要加熱的食物）重心在支架外，穩(wěn)定性差，存在一定結(jié)構(gòu)上的缺陷?；拭骺眷旁钍悄媳狈胖?，凌鼎烤爐是東西放置，無論哪種放置方式，反光面的調(diào)節(jié)角度不是任意的，無法保證太陽光線與主光軸平行，不能有效的利用太陽光的輻射能。一年四季使用效率懸殊，尤其冬天很長時(shí)間才能將食物烤熟。

②功能較單一、油污難以清理。凌鼎烤爐僅可以燒烤地瓜、肉串等固體食物，無法完成對(duì)流體類的加熱；皇明烤炫灶功能較強(qiáng)大，無法完成蒸飯、炒菜等功能。使用過程中，需要加熱的食物一般直接在集熱管里進(jìn)行的，無法有效的排出油污，集熱管里的污染物難以清理。

③安全系數(shù)低、占地空間大。夏季光照輻射強(qiáng)度高，集熱管易不均勻受熱，很容易炸管，必須加防護(hù)措施，保護(hù)使用者的安全?；拭骺眷旁钔瓿闪朔垂獍宓恼郫B，外觀像行李箱；凌鼎烤爐完成了支架折疊。兩個(gè)廠家的產(chǎn)品均占地空間大，無法攜帶，無法滿足旅游方面的需求。

三、太陽能水杯現(xiàn)狀

我國旅游資源豐富，近年來無論城市還是農(nóng)村生活水平逐步提高，人們對(duì)室外旅游提出了更高的要求，太陽能水杯備受人們親睞，一般分為聚光式和非聚光式。需要改進(jìn)的地方有以下幾點(diǎn)。

熱效率低，杯中水對(duì)流速率慢，傳熱效率低；安全性能低，當(dāng)太陽光對(duì)杯中水加熱時(shí)，水壓很高，水很難沸騰，且易炸毀杯子；外殼易變形，當(dāng)杯子在太陽光下加熱時(shí)，反射面聚到的光未能完全被水吸收，而是散射到外殼，塑料外殼很容易受熱變形老化，尤其是天氣好的夏天。

四、太陽能熱利用新產(chǎn)品建議及發(fā)展趨勢

面臨能源短缺，國家會(huì)大力支持新能源方面的研發(fā)，相關(guān)企業(yè)應(yīng)充分抓好這個(gè)機(jī)會(huì)，積極努力開發(fā)出太陽能新產(chǎn)品，例如太陽能炊具、太陽能玩具等，為我國太陽能事業(yè)做出貢獻(xiàn)?；谏鲜霎a(chǎn)品的不足，各廠家要積極地同國際展會(huì)中的技術(shù)和銷售人員探討，積極開拓太陽能新產(chǎn)品市場，達(dá)到節(jié)能減排的效果，建設(shè)和諧美麗中國?？傊?，未來熱利用產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是占地空間小、重量輕、便于攜帶、安全、穩(wěn)定性高、效率高、多功能等，以滿足人們家用甚至戶外旅游的需求。

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