文献综述

1.1 课题研究背景及意义

能源是人类社会进步经济发展的基础，是人类赖以生存的基础。建立在煤、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系在很大程度上促进了工业社会的发展。但自工业革命以来，能源安全问题也开始出现。人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题。进入二十一世纪，全球性的环境恶化和能源危机已经成为制约各国经济和社会可持续发展的关键因素，能源也成为各国相竞争的重要领域。人类对传统化石能源的开发与利用程度已达到了空前的高度，但是常规能源的储存量有限，再生周期相对较长，再加上利用效率不高浪费严重的现实，如果一味开采与利用，能源危机将会愈发严重。国家”十二五”规划明确”绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”的发展主题。因此，开发利用清洁无污染的可再生能源，进行节能减排技术研究，实施以低能耗、低污染和低排放为特征的”低碳经济”模式，是实现经济建设和生态环境可持续发展的必由之路。

太阳能作为一种无污染的可再生能源，每年投射到地球表面的太阳总能量相当于17000亿吨标煤，是我国2011年能源消费总量的488.5倍^[1]。若能利用太阳能来代替部分传统能源，在缓解能源危机的同时，还将大大减少由于化石燃料燃烧而排放的CO₂和SO₂等气体，有利于我国在保证经济发展速度的前提下节能减排和环境保护工作的开展。太阳能利用的基本方式主要有^[2]：太阳能光电利用、光热利用、光化利用、光生物利用四大类。其中，太阳能光化利用和光生物的利用技术的实际应用并不多见；太阳能发电以及太阳能光热利用得到了大幅度发展，且在很大程度上消减了能源危机的影响。相对而言，太阳能光电利用成本较高，效率偏低。太阳能光热技术包括太阳能热发电、太阳能制冷、太阳能热水器等，更具有现实意义。

太阳能集热器作为太阳能利用装置的核心部件，其性能的优劣直接决定了太阳能利用系统效率的高低。太阳能集热器按工作温度范围可分为：①工作温度在100 ℃以下的低温集热器；②工作温度在100~200 ℃的中温集热器；③工作温度在200~400 ℃的中高温集热器；④工作温度在400 ℃以上的高温集热器。

中、高温太阳能集热器主要有槽式太阳能集热器、塔式吸收器和蝶式（腔式）吸收器。其中尤以槽式太阳能集热器的成本最低，技术最为成熟，目前已商业化应用。尽管如此，目前该集热器只有德国的肖特（Schott）和西门子（Siemens）公司生产，其价格较高，处于垄断地位，并对中国实行技术封锁。国内对槽式太阳能集热器研究仍处于仿制阶段。

低温太阳能集热器已广泛用于太阳能热水系统。但随着建筑的日益增高，有限的屋顶面积越来越难以满足大多数业主对使用太阳能的需求，对太阳能热水系统的占地面积、集热温度都提出了更高的要求；另外，市场上现有的太阳能热水系统在严寒地区使用时存在不承压、容易爆裂等诸多缺陷，极大地限制了该类热水系统的使用范围。

本课题研究工作符合国家发展低碳经济的重大需求，面向国家十二五发展战略规划，旨在解决现有低温集热器的不足，研发一种基于低温集热器的太阳能中温热利用技术，这对于我国节能减排、可持续发展、实现低碳经济具有重大意义。

1.2 课题研究现状及存在的问题

从美国马里兰州的肯普于1891年发明世界上第一台太阳能热水系统以来，太阳能热水系统的使用己有100多年历史。家用太阳能热水系统是利用太阳辐射能加热水的装置，是目前太阳能利用领域中技术发展较成熟，经济上也很具竞争力的绿色能源产品，在生产和生活中得到了普遍推广和应用^[3]。

而我国太阳能热水器开发利用始于20世纪五六十年代的闷晒型。我国规划到 2020年，太阳能热水器集热面积，将发展到3亿平方米，年替代化石能源约4000万吨标准煤。近5年来以每年30~35%的速度增长，预计到2015年，全国住宅用太阳热水器将达到2.32亿平方米，行业产值超过1000多亿元，太阳能热水器将成为住宅用热水器最具潜力的种类^[4]。