基本信息
- 项目名称：
- 多功能柱状太阳能综合利用装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该产品外形为柱状，其内部有筒状透光隔热体、吸热体、导光照明系统、通风空调系统、导热管路、介质循环及储热系统、发电系统等。 通过多种先进技术优化和组合，实现了多种功能太阳能应用技术的高度集成，能够提供双热（热水、热风）、双电能、双照明， 能够调节室内空气质量、温度和湿度，功能齐全，结构紧凑，突破目前太阳能功能单一的技术瓶颈。
- 详细介绍：
- 该产品是一种外形为柱状，其内部有筒状透光隔热体、吸热体、导光照明系统、通风空调系统、导热管路、介质循环及储热系统、发电系统等。透光隔热体是可以透过外界的太阳能（以光能形式），阻拦内部的红外线（即热能）外泄的透明材料，形成温室效应；吸热体是镀有太阳能选择性吸收涂层的导热材料，具有高吸收、低发射功能，实现太阳能的吸收和光热高效转换；导光照明系统有两套：一是（白天）阳光照明系统，通过光导管道（内表面带有高反光材料的管道）将太阳光由室外导入室内，实现阳光照明。二是（夜间）LED照明系统，利用自身储存的电能供使灯具发光，为庭院或房间提供光明；气体受热产生热虹吸现象，具有烟囱效应，使气体受热流动，通过通风空调系统的输气管道（将室内气体）持续排出，室外新鲜的空气通过房间某处过滤、降温、负离子等处理装置补充进来，形成对流风，从而调节室内温度、湿度和空气质量（适于夏季）；若将热空气导入室内，参与室内的空气循环，则可实现热风供暖（适于冬季）；光导管和输气管道为同一个物体，光线进入和空气流出（方向相反）可以同时进行，互不干扰，各行其事；导热管路是与吸热体紧密结合的介质通道，用于的热能传导和输出；循环和储热系统为带有强制循的微型直流泵和保温容器，实现热能的传输和储存，为热水或供暖储备热能；发电系统有两套：一是光伏系统，在光导管出口处安装小型太阳能光伏发电系统。二是在输气管末端安装立轴式微型风力发电设备，利用气体流动发电。所得电能储蓄于电瓶备用或直接用于驱动集热介质循环。 当太阳光照射吸热体表面时，使输气管内的气体被加热而流动起来，启动微风发电装置工作，发出的电能直接供给微型直环泵，使工质循环，将热能储存在保温水箱内；其中发电和用电是同步进行的，因此不需要控制；当储热温度达到设定温度时，温控开关将循环泵电路自动关闭，自动切换到储电电路上；此时该太阳能装置继续加热输气管里的空气，形成“定向风”，用来调节室内环境；输气管在排气的同时也将太阳光引入室内，实现阳光照明并发电；夜晚，通过光控开关，联通LED灯电路，使柱体发光，为庭院提供照明，或在输气管内壁暗藏LED灯具，将灯光传至室内。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：能源紧缺成为制约着中国经济的可持续发展的瓶颈。太阳能是未来人类最绿色、最理想的替代能源。 思路：通过多种先进技术优化和组合，实现了多种功能太阳能应用技术的高度集成，能够提供双热（热水、热风）、双电能、双照明， 能够调节室内空气质量，功能齐全，结构紧凑，突破目前太阳能功能单一的技术瓶颈。 创新点：本产品不仅能够提供生活热水、还能提供发电、阳光照明、驱使通风、调节室内温度、湿度等多项功能，而且突破目前太阳能降温的技术瓶颈。在夏季，气体受热产生热虹吸现象，使气体受热流动，通过输气管道（将室内气体）持续排出，室外新鲜的空气通过过滤、降温、负离子等处理装置补充进来，形成对流风，从而调节室内温度、湿度和空气质量。 技术关键：太阳能选择性吸收涂层技术指标要达到吸收比不小于94%、红外发射比不大于7%，确保太阳能转化高效率；性能和参数需要在理论和实验基础上优化，确保各功能的合理匹配，满足各功能的使用效果；优化各种与建筑结合方案，确保建筑美观不受影响； 指标：在太阳能辐照度800w/㎡条件下，本太阳能装置能够实现： (1).太阳能集热效率不低于45%； (2).排气流速度达到不低于0.6～2 m∕s、换气量0.5～2m3∕min; (3).气流发电量约为1～5w； (4).阳光导入强度损失不大于20%； (5).用0.5立方米建筑模型做对比试验，实现同比温度相差5～8℃，湿度下降20～40%。
科学性、先进性
- 本发明的产品通过紧凑的结构，合理的设计，巧妙地实现了多种功能的高度集成。吸热体既可用于加流道热循环介质，也可以加热空气，使气体产生烟囱效应，驱动气体流动，形成对流风，进而调节空气温度、湿度和清新度；内涂高反光材料的管道既是光导管，也是输气管，在管的室外末端安装微型风力发电机，室内末端放置光伏电池，两者同时输出电能；电能作为介质循环动力实现热能储备或储备用于照明。这样集多种功能于一身，提高了太阳能综合利用，从根本上满足了建筑节能的多种要求。 从实用性角度讲，本发明的太阳能装置一机多用，南北皆宜，四季好用。春分至秋至，太阳辐照强度高，太阳能充足，然而此时段人们对热水需求大大减少，使用单一功能的太阳能热水装置往往造成太阳能资源严重过剩。若采用本发明的技术，则可以将集热为主的状态自动切换成排气为主，驱动室内气体流动，通过自然通风降低室内温度，带走潮湿气体，同时也可以把处理后的新风补充到室内。装置所产电能除照明外，还可以给电脑、手机充电等。
获奖情况及鉴定结果
- 本发明属于首次公开亮相，尚未参加有关技术评审、鉴定、评比、展示等活动，尚无鉴定结果及奖励。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术入股、合作建厂或一次性买断，与有意者议定。
作品可展示的形式
- 模型现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 优势：本设计巧妙的将多种功能高度集成，实现了以太阳能为唯一动力源，为家庭提供双热、双电、双照明、调节室内温度、湿度和空气质量，各功能之间互补互换，是太阳能利用技术的重大突破。 适用范围：本太阳能装置适合安装在公共建筑上。尤其在人口密集、经济繁荣且节能减排压力巨大的东南部沿海有着广阔的市场前景。 前景：从市场需求角度分析，本太阳能技术具有卓越的技术性能和完备的功能优势，可以最大限度的满足社会需求，会得到市场的青睐，将以较迅猛的增势异军突起，成为太阳能行业的新亮点。 效益：本装置的材料成本低，利润大。经初步估算和市场调研，一台∮500×4000的多功能柱状太阳能综合利用装置成本约3800元，预定售价6800元，扣除代理利润及推广、安装费用等（1500元，单机利润约1500元，利润率40%。假设设计产能10万台/年，利润为1.5亿/年。
同类课题研究水平概述
- 世界上建筑耗能是社会总能耗的三分之一，使用太阳能是降低建筑能耗的首选的最佳方案。但是 “零碳建筑”投入很大，经济性很差，我国目前乃至以后很长时间内都难以推广。若利用太阳能解决部分生活能耗，理论上可以使建筑能耗降低75%。 高效利用太阳能是“零能耗住宅”技术的关键。国外推崇以下三项技术：一是被动式太阳房技术，不借助任何机械装置，直接利用太阳能减少房屋降温或供暖所需的能源消耗；二是房屋采用太阳能热水系统；三是在屋顶安装光伏电池，来实现电能自给自足。 上述三项主要技术所涉及的太阳能热水系统和光伏发电系统都是相互独立的。 目前常见太阳能产品分为光热和光伏两大类。其中太阳能光热产品有民用和工用之分：民用产品主要用于洗浴或供暖热水制备，属于太阳能低温应用，比较普及；太阳能光热主要用于太阳能热发电或制冷，投资巨大，适于公共建筑使用。光伏类产品主要提供电能和照明。作为光伏核心材料的高纯度晶硅的制备过程高能耗、高污染，制造成本高，产业发展被受争议。 我国太阳能产能和产量均已成为世界第一，年产量达到4750万平方米，保有量超过1.5亿平方米，产量和保有量都遥遥领先，为我国节能减排事业作出突出贡献。但由于光伏的核心技术和关键材料主要在国外，所以太阳能光热产品技术含量较低，功能单一，推广受局限。 目前利用太阳能制冷主要有两大途径：1)利用光电转换器等实现光电转换，以电制冷。即先把太阳能转化为电能，再利用电来制冷，成本太高。2)利用太阳能集热器等实现光热转换，以热制冷。目前利用太阳能的热来实现制冷，主要方式有：吸收式制冷、吸附式制冷。 太阳能吸收式（或吸附式）制冷技术深受科学家热衷，投入大量科研资源，目前虽然不断有所突破，但由于投资高，能效比低，占用空间大，对辅助能源有依赖性，使用效果欠佳，难以推广。 建造太阳能烟囱，强化太阳能自然通风也是一热门课题。通过利用太阳能来加热房间的排风，提高排风温度和增加热压，增强室内通风，从而达到降低室温的目的。比较典型的太阳能烟囱主要有3种：Trombe墙体式、竖直集热板屋顶式和倾斜集热板屋顶式。其通风量受到太阳辐射强度、烟囱进出口宽度和高度等诸多因素的影响，实施起来比较复杂，有待于进一步研究。 国内外阳光照明设备种类不少，只是通过聚光或导光等装置将阳光导入室内，没有其他功能。 本作品无论外观设计、内在结构，还是功能方面都属于重大技术创新。
