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廣東太陽能熱水器發展前景如何


如今,廣東太陽能熱水器已經進入了人們生活領域,這對于能源的開發和利用,環境保護以及經濟開支等方面都有著極大的意義和價值。縱觀我國現行的各家廠商所生產的太陽能熱水器,其吸采太陽能的方式多是采用平板型的集光板,美中不足的是它的光熱轉換效率低。因此,國內外不少專家、工程師都在進一步研究,以提高這種類型廣東太陽能熱水器的性能和轉換效率。
要進一步提高太陽能熱水器的轉換效率,筆者認為,使用全息太陽能集光器是極為有效的一種途徑。
2全息太陽能集光器的原理全息太陽能集光器,是全息記錄材料在太陽能利用方面的應用。上個世紀80年代初期,美國和前蘇聯等國的一些光學專家提出了一種全息元件實現太陽光線會聚的設想,隨后經美國、德國、法國、比利時及前蘇聯等國家的光學科學家進一步研究,在全息的理論和實踐上都取得了成果。
全息廣東太陽能集光器的理論依據是:非均勻性理論布喇格一李譜曼反射全息圖的理論。在1982― 1985年期間,美國國家技術系統(NationapTechincalSystems,簡稱NTS)的TomaszJannson和JoannaJannson等人在美國能源部(DOE)的資助下,對全息太陽能集光器進行研究,他們發現實現這種方案關鍵在于對布喇格型全息圖的折射率調制度和光柵間距非均勻性的控制。因此,他們從kegelnik的耦合波理論出發,從理量的試驗,提出了實際可行的全息太陽能集光器等的設計方案。本文暫略去對此理論詳細的分析,而重于介紹集光器的全息集光機理。
把太陽能直接轉換成電能的系統有兩種,一種是平板型;一種是聚光型。平板型是把太陽能電池排成一平面陣列,接收散射或直射的太陽光。它的優點是結構簡單主要缺點是面積大,轉化效率低。聚光型是通過光學系統把太陽光聚集小面積的光電池上,此聚集的陽光的強度數百倍的提高,并且通過分色元件使不同的光電池與太陽光譜的不同波段相匹配。顯然,聚光型的轉換效率可以達到很高,但是,由傳統的光學系統(透鏡、棱鏡、平面鏡等)實現聚焦和分色,其成本也相當高。
由于全息元件兼有會聚和色散功能,用它來實現聚光型太陽能轉換系統,其成本將大大地降低。根據反射型全息元件的特性,全息太陽能聚光器可以分為Aam,平面鏡反射B透射型LC反射透鏡混合型聚光反射A光電轉換型(PV)型B熱能利用型(T型)(2)按接收器類型分U熱光電混合型(TPV型)所示一種PV反射透射混合型全息太陽能集光器,它由兩層全息圖組成,上面一層相當于一個凹面反射鏡,把與光光電池(/電池A匹配的光譜成份反射聚焦于A上;下面一層相當于一個會聚透鏡,把與光電池B匹配的光譜成份透射聚焦于B上,實現光電轉換。
所示為一種TPV型全息太陽能集光器,全息圖將可見光部分聚焦為藍、綠、紅三個空間上分開的光斑,每個光斑與三個不同材料制成的光電池陣列相匹配,太陽光的熱紅外光譜成份透射聚集到一個光熱轉換接收器上。顯然,此種熱光電混合型的集光器,作為太陽能熱水器的集光器最為理想。
TPV型全息太陽能集光器示意圖一是太陽光的紅外光譜成份透射聚集到熱水器的吸熱水管上,熱能使管內的水溫上升,在相同面積的采光器,作為聚光型太陽能轉換系統其轉換效率將比平面型的集光器大大提高;另外,全息圖將可見光部分聚焦為藍、綠、紅三個空間分開的光斑,匹配以相適應的光電池,將電能利用或貯存(蓄電池)以解決夜間或陰天無陽光照射時加熱使水溫升高或保溫之用。
可見,如果使用全息太陽能集光器,除了直接利用透射的太陽光的熱紅外光譜成份的能量,還可利用其可見光光譜成份的能量。
3應用前景可以預見,只要進一步解決諸如基底材料、感光材料、保護材料的環境適應性,大批量生產的工藝性、成本等問題,全息廣東太陽能集光器將能進入實用性階段。將其作為太陽能熱水器的集光器將會使得光熱轉化效率大大提高。自然,全息太陽能集光器還可能應用于更多的領域。
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