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摘 要

作为可再生能源，太阳能一直是解决传统能源危a机的理想替代能源。而太阳能热水系统则是目前技术最成熟，应用程度最高的太阳能光热利用项目。目前占主流的是平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器，然而其热水品位低，应用领域多限制在生活用水，无法更多地拓展至工业领域。为了提高太阳能集热器的加热效率，更大程度地提高太阳能热水系统的热水输出温度，本文专注于将CPC聚光技术应用于热管式真空集热管中，在查询了大量相关文献并参考一系列实际的太阳能集热器设计方案后，设计出一套新型的CPC内聚光型太阳能集热器，并运用理论分析，对该新型集热器的性能进行了比较系统的分析和研究。

关键词：太阳能热水系统 CPC 热管 集热器 传热性能

Design of internal-condensation CPC solar collector and system

Abstract

As a renewable energy, solar energy has always been the ideal solution for the energy crisis of the traditional alternative energy sources.And solar water heating system is currently the highest efficiency and the largest solar thermal utilization project. Current market is dominated by the solar heat collector with flat plate and the solar heat collector with vacuum tube.However,since the output temperature of water is the lower, and is difficult to expand the application to more industrial fields, just mainly has been used for the domestic solar water heater.In order to improve the efficiency of the solar collector and the temperature of the outerwater as high as possible,a new heat pipe solar collector with internal CPC is developed with CPC concentrating technology applying to the heat pipe evacuated tubes.To develop this new CPC solar collector, a large number of relevant literature and a series of practical solar collector design were discovered.What^’s more ,performance of the collector is systematically studied with of a large number of related references.

Key Words:Solar water heater;CPC;Heat pipe;Collector;Heat transfer performance

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2传统的太阳能集热器的开发 1

1.2.1平板型太阳能集热器类 2

1.2.2 真空管型太阳能集热器类 2

1.3 CPC内聚光型太阳能集热器 4

1.3.1 CPC内聚光型热管集热器结构 4

1.3.2热管式真空管结构 5

1.4 CPC内聚光型集热器的光学效率 6

1.5 CPC内聚光型热管集热器的开发案例 7

1.6结语 8

第二章 CPC内聚光型太阳能集热器及系统设计 9

2. 1太阳能集热面积的确定 9

2.2结构设计 10

2.2.1接收器 10

2.2.2聚光面 11

2.3集热过程的计算分析 13

2.3.1热力计算 13

2.3.2集热器效率的计算 17

2.3.集热器热损的计算 19

2.4配件的选择设计 20

2.4.1联箱设计选型 20

2.4.2集热器绝热材料选择 21

2.4.3贮水箱 22

2.4.4钢架设计安装 23

2.4.5玻璃管密封圈和联集管密封圈的选型 23

2.4.6安装方位角和倾角 23

第三章 结论与展望 24

3.1结论 24

3.2展望 24

参考文献 25

感谢语 27

第一章 绪论

1.1课题背景

能源从古至今一直是人类社会发展的重要基础资源，目前大规模使用的石油，煤炭，天然气等能源都属于不可再生资源，它们诞生于久远的地球地质年代，在人类可预期的时间内不可能再生^[1]。根据相关资料推断，如果一直保持目前的开采速度不变，那么全球能源里，石油将在半个世纪后面临枯竭，天然气和煤也将分别在66年和一个半世纪后被开采殆尽^[2]。事实上，全球大部分专家都预测，在5年后即2020年前后，全球的能源需求将猛增2/3^[3]。同时，伴随着全球的第二产业的大幅度发展，大量的石化资源被急速地消耗，许许多多的的环保方面问题如CO₂，SO₂等有害温室气体排放，氮氧化物等剧毒气体的污染越发严重；雪上加霜的是，国际上石油价格飞涨，企业的成本消耗急剧增加^[4]。从环境，社会经济的可持续发展角度来看，使用清洁可替代的可再生能源已成为必然趋势^[5]。

太阳能作为可再生能源，一直以来都被认为是解决传统能源危机的理想替代能源，它的具体特点如下：1、资源丰富取之不尽，太阳每秒发射的能量折合数兆吨标准煤的燃烧值；2、全球几乎所有地方都能获取大量的太阳能；3、开发利用过程几乎没有任何污染产生^[6]。可以预见，将来太阳能一定会在世界能源比重中拥有越来越大的份额。

查阅相关文献可知，中国拥有的能源资源优于全球绝大部分国家，生产的额度雄居世界第二，但人平均拥有能源量却远少于全球一般水准。与欧美日等国家相比，综合利用能源率严重偏低，只能达到利用水平最高国度的一半左右^[7]。综合考虑我国巨大的人口基数，以及正处于社会主义现代化急需大量能源的基本国情，应积极实现技术升级和政府指导，提高综合利用能源的手段，推广清洁能源发展，大力提倡能源生产，环境和经济的和谐发展^[8]。

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