基本信息
- 项目名称：
- 真空管式太阳能集热器的研究与改进
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文对太阳能集热器进行了全面的复合设计，从各方面对集热效率进行提高，整体可分为集热系统、智能控制系统、结构创新部分和复合供电系统。不仅实现真正意义上的风光电互补，还实现了太阳能集热器的智能自动控制，减少了人工控制的麻烦，
- 详细介绍：
- 太阳能集热系统是根据冷水下沉热水上浮的原理冷热水能实现自动交换，水被加热到一定温度，由智能温度控制仪控制的电磁阀打开，热水进入保温水箱，同时另一个单向电磁阀也打开，冷水补充进入真空管继续加热，如此循环。冬季时，阳光不充足，只靠太阳能加热水温可能达不到最适用的55，则可根据水温水位显示仪的示数判断水箱内的水位，再把控制仪7控制的水温调低，水温较低的水进入水箱后自动控制的电加热棒启动，用户可根据水温水位显示仪的示数判断水温，以加热到自己需要的温度。 普通太阳能热水器的保温水箱和集热管是相连的，冷热水混合，给用户带来不便，并且重心高不稳定。市场上也有分体式的太阳能集热器，但价格高、抗风性能差，因此我们把保温水箱与集热管分开的同时又把保温水箱通过底板与集热器连在一起。系统整体重心降低，增加了稳定性。由于电磁阀和智能控制器的控制，只有当水达到设定温度时才会进入保温箱，实现了冷热水分离。 通过上文对集热器安装倾角的分析，得出一年内调节几次集热器倾角可以增加集热效率，因此我们设计了工位可调的太阳能支架。 研究表明，雨水充沛的地区，灰尘对真空管的影响较小，效率会下降10%；在干旱少雨的地区，灰尘对集热管的性能影响比较大，效率会下降40%-50%。因此我们对集热管外表面水的亲润性进行了初步的改性实验（以载玻片为样品），发现通过分子自组装可以使玻璃表面的亲水发生很大变化。因此想到在集热管外表面涂镀疏水薄膜。 在集热器上添加防护罩，利用遥控技术对电机进行远程正反转控制，来实现防护罩的打开和闭合，能避免夏天光照过强时集热管暴晒，保证集热管选择性吸收涂层的效率和寿命，冬季又能阻挡大雪和冰雹。 风力发电机和太阳能电池板将电量输往控制器，通过控制器输出直流电送往蓄电池和直流负载，控制器与逆变器相连输出交流电为交流负载供电，若增加风机和太阳能电池板的功率还能为其他小型家电供电，节省了对家里交流电的利用。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的在于通过对太阳能热水器进行全面的综述调查，提出一种太阳能热水器改进的新方案。 经过对国内外太阳能集热器的原理、选择性吸收涂层、集热器结构等方面的研究发现太阳能集热器还存在很多问题，因此，在老师的指导下我们针对这些问题对太阳能集热器的改进提出了新的方案，并进行可理论分析，是太阳能集热器真正的方便实用和实现对清洁能源的最大化利用。
科学性、先进性及独特之处
- 对国内外的太阳能集热器进行了综述与研究，提出太阳能集热器新的改进方案，作品实现了太阳能集热器的自动控制和冷热水分离；对真空玻璃外管进行了分子自组装处理，实现疏水防尘；对CPC反光板进行了理论分析与建模计算；为集热管增加远程控制的防护罩，防止大雪和冰雹；设计可调倾角的太阳能支架，增加对太阳光线的利用；与小型风光互补发电装置复合，为太阳能集热器的控制系统和小型家电供电，减少对家里交流电的使用。
应用价值和现实意义
- （1）该系统对太阳能热水器进行全面的复合改进，实现太阳能热水器的人工智能化和光电互补利用；（2）通过以上对太阳能热水器发展和风电产业发展的调研，我们发现在清洁能源方面都占有很大优势。我们设计的集热系统兼容这两大方面，应用前景很广阔。（3）该作品提出的改进方案涉及到自动控制、风光互补发电等方面的内容，符合清洁能源的最前沿发展方向，更有利于风光电产业的发展。
学术论文摘要
- 为解决当今社会太阳能热水器效率较低的问题，本文在一般家用太阳能热水器的基础上设计了一种高效复合式的综合型太阳能热水器。与普通太阳能集热系统相比，该太阳能集热器具有冷热水分离、自动控制、防尘防雪等功能，并且通过增加反光板和改进太阳能的支架提高了集热管的效率。另一方面该太阳能集热器与风光互补发电装置进行了复合，实现了真正意义上的光电互补。
获奖情况
- 第四届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛东北大学选拔赛二等奖
鉴定结果
- 有证书
参考文献
- 集热器结构：浅述太阳能集热器的选型、太阳能集热器的分析与选用 cpc反光板：反光板对提高热管真空管热性能的研究 疏水薄膜：疏水薄膜研究现状及展望、灰尘对太阳能真空集热管性能的影响 可调倾角：太阳能热水器倾角的设计方案、太阳辐射接受面最佳倾角的计算与分析
同类课题研究水平概述
- 当前国内外有很多文献对太阳能集热器的结构进行了分析、改进和综述，包括管式、平板式、聚光型和复合型的。还有的对影响集热器效率的因素进行了分析与研究，比如灰尘、倾角、选择性吸收涂层、真空度等。为实现太阳能热水器的自动控制，还有很多研究人员对自动控制系统进行设计，包括太阳能智能温度控制器设计、水温水位控制器设计和增加反光板进行自动追踪太阳光的设计等。 但是很少有文献对这些因素全面地总结和分析，大都是针对某一点进行研究，比如太阳能集热器追踪传感器、对CPC反光板的研究、对太阳能选择性吸收涂层的研究等，没有对太阳能集热器提出新的全面地改进措施。 该论文在以上各方面研究文献的基础上进行分析与研究，对某些方面的问题还进行了实验，进而对太阳能集热器的复合设计提出了很多自己的意见，具有很多的借鉴价值。
