技 术 大 纲

1) 太 阳 能 聚 热 发 电
2) 太 阳 能 供 暖
3) 太 阳 能 制 冷
4) 太 阳 能 照 明

1) 太 阳 能 聚 热 发 电

太 阳 能 聚 热 发 电 ( CSP ) 是 一 种 大 规 模 太 阳 能 热 电 技 术 。 这 种 技 术 使 用 各 种 镜 子 组 合 把 太 阳 能 转 化 为 高 温 热 能 。 之 後 利 用 所 产 生 的 热 能 透 过 蒸 汽 涡 轮 发 电 机 发 电 。

太 阳 能 聚 热 发 电 技 术 的 主 要 类 型

太 阳 能 聚 热 发 电 主 要 有 三 类 ∶ (a) 槽 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统 ; (b) 碟 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统 ; 以 及 (c) 塔 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统 。

(a) 槽 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统

这 类 发 电 系 统 采 用 槽 状 的 镜 子 , 把 太 阳 光 聚 集 到 内 有 热 传 输 流 体 的 接 收 管 。 这 些 流 体 被 加 热 并 被 泵 过 一 系 列 热 交 换 器 , 产 生 蒸 汽 推 动 传 统 蒸 汽 涡 轮 发 电 机 发 电 。 槽 式 太 阳 能 聚 热 发 电 技 术 是 一 种 已 经 经 过 实 践 验 证 的 太 阳 能 热 电 技 术 。

槽式太阳能聚热发电系统。 以上文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 ∶ 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Sandia 国 家 实 验 室 能 源 类 图 片 资 料 库 )

(b) 碟 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统

碟 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统 的 主 要 组 成 部 分 包 括 太 阳 能 聚 焦 器 和 能 量 转 换 器 。 太 阳 能 聚 焦 器 ( 或 碟 ) 采 集 来 自 太 阳 的 能 量 并 聚 焦 到 很 小 的 面 积 上 。 碟 状 结 构 可 以 持 续 追 踪 太 阳 。 能 量 转 化 器 包 括 两 个 部 分 , 即 热 能 接 收 器 和 引 擎 / 发 电 机 。 热 能 接 收 器 可 以 吸 收 聚 焦 後 的 太 阳 光 之 中 的 能 量 , 将 其 转 化 为 热 能 , 并 储 存 在 热 空 气 或 热 水 之 中 , 然 後 再 将 热 量 输 送 到 引 擎 / 发 电 机 。 引 擎 / 发 电 机 子 系 统 利 用 热 能 接 收 器 采 集 的 热 能 来 发 电 。 碟 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统 中 最 常 用 的 热 机 是 斯 特 林 引 擎 。

碟式太阳能聚热发电系统。 以上文字说明这张图片。
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(c) 塔 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统

此 类 技 术 利 用 一 整 个 阵 列 的 追 踪 太 阳 的 镜 子 ( 定 日 镜 ) 以 聚 集 阳 光 到 一 个 中 央 接 收 器 。 这 个 接 收 器 被 固 定 在 一 个 塔 顶 上 。 接 收 器 内 部 的 热 传 导 流 体 可 以 用 来 产 生 蒸 汽 , 以 推 动 传 统 涡 轮 发 电 机 发 电 。 於 八 十 年 代 开 发 的 塔 式 太 阳 能 聚 热 发 电 系 统 , 利 用 蒸 汽 作 为 热 传 导 流 体 。 而 新 型 的 系 统 则 利 用 熔 化 的 硝 酸 盐 作 为 热 传 导 流 体 , 主 要 是 因 为 这 种 流 体 超 卓 的 热 容 量 和 传 热 能 力 。

塔式太阳能聚热发电系统。 以上文字说明这张图片。
上 图 ∶ The Solar One
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小 型 太 阳 能 聚 热 设 备

市 场 上 可 以 找 到 好 几 种 小 型 太 阳 能 聚 热 装 置 。 这 些 装 置 没 有 在 香 港 应 用 过 或 测 试 过 其 适 合 性 。 此 处 介 绍 这 些 设 备 主 要 是 为 了 作 举 例 说 明 。 严 格 来 说 , 这 些 设 备 并 非 前 述 定 义 的 太 阳 能 聚 热 发 电 设 备 , 而 是 聚 光 光 伏 设 备 。 因 为 这 些 设 备 不 是 用 热 传 导 流 体 来 接 收 聚 集 的 阳 光 , 而 是 利 用 太 阳 能 电 池 。

在 香 港 的 实 用 性

太 阳 能 聚 热 发 电 装 置 的 发 电 量 取 决 於 直 射 到 安 装 场 地 上 的 太 阳 辐 射 强 度 。 在 香 港 地 区 , 大 部 份 的 太 阳 光 为 散 射 光 , 而 不 是 直 射 光 。 在 全 年 太 阳 光 中 , 直 射 光 所 占 比 例 相 对 较 低 , 并 少 於 50 % 。 这 情 况 使 太 阳 能 聚 热 发 电 技 术 在 香 港 得 到 有 效 的 应 用 的 可 能 性 比 较 低 。

2) 太 阳 能 供 暖

太 阳 能 供 暖 系 统 中 , 太 阳 辐 射 中 的 能 量 被 用 以 加 热 空 气 或 者 水 来 作 供 暖 之 用 。 太 阳 能 供 暖 系 统 可 以 分 为 主 动 式 和 被 动 式 。

主 动 式 太 阳 能 供 暖

主 动 式 太 阳 能 供 暖 系 统 包 括 太 阳 能 集 热 器 和 辅 助 泵 , 用 来 吸 收 太 阳 光 辐 照 能 量 以 加 热 空 气 或 水 , 并 分 配 热 量 。 这 些 系 统 也 可 以 配 备 能 量 储 存 设 备 , 以 便 储 存 能 量 并 在 没 有 太 阳 辐 照 的 时 候 继 续 供 暖 。

主 动 式 太 阳 能 供 暖 系 统 可 以 根 据 太 阳 能 集 热 器 中 使 用 的 流 体 而 分 为 两 大 类 ∶

  1. 使 用 液 体 的 系 统 , 采 用 水 或 者 防 冻 溶 液 作 为 太 阳 能 集 热 器 中 的 热 传 导 流 体 。 在 配 备 能 量 储 存 设 备 的 系 统 当 中 , 通 常 工 作 流 体 会 是 液 体 。
  2. 使 用 空 气 的 系 统 , 采 用 空 气 为 太 阳 能 集 热 器 中 的 热 传 导 流 体 。

被 动 式 太 阳 能 供 暖

被 动 式 太 阳 能 供 暖 通 过 建 筑 物 本 身 设 计 , 直 接 利 用 太 阳 光 中 的 热 量 。 这 些 方 法 包 括 采 用 朝 南 的 窗 户 以 便 令 更 多 的 阳 光 照 射 到 内 部 空 间 , 和 采 用 合 适 的 建 筑 材 料 , 可 以 增 加 吸 收 热 能 到 内 部 空 间 并 减 少 流 失 热 能 到 周 围 环 境 。

阳 光 中 的 热 能 可 以 通 过 以 下 三 种 设 计 进 入 内 部 空 间 ∶ 直 接 吸 热 、 间 接 吸 热 和 分 离 吸 热 。

  • 直 接 吸 热 - 建 筑 物 的 材 料 ( 如 瓦 片 和 混 凝 土 ) 会 储 存 照 射 入 建 筑 物 内 部 的 太 阳 辐 射 的 热 能 , 并 把 热 能 缓 慢 地 释 放 出 来 。
  • 间 接 吸 热 - 利 用 位 於 太 阳 和 居 住 空 间 之 间 ( 通 常 是 墙 ) 的 材 料 , 以 储 存 和 释 放 热 量 。
  • 分 离 吸 热 - 从 主 要 居 住 空 间 以 外 的 地 方 采 集 太 阳 能 。 比 如 房 屋 附 加 的 日 光 室 收 集 太 阳 能 而 产 生 的 暖 空 气 自 然 地 流 向 屋 子 其 他 部 分 。

此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。太 阳 墙 系 统 是 一 种 被 动 式 太 阳 能 供 暖 系 统 的 例 子 〔 虽 然 这 种 设 备 并 没 有 在 香 港 安 装 , 此 处 介 绍 这 种 设 备 主 要 是 为 了 作 举 例 说 明 〕 。 太 阳 墙 系 统 是 一 种 金 属 墙 系 统 , 利 用 太 阳 能 为 室 内 供 暖 及 通 风 。 这 种 系 统 包 括 布 满 小 孔 的 集 热 板 、 通 风 扇 , 并 与 暖 通 入 口 相 连 。 集 热 板 被 装 在 朝 南 的 墙 上 , 并 离 墙 几 英 寸 , 以 产 生 空 腔 。 金 属 墙 受 到 太 阳 辐 照 後 被 加 热 , 而 安 装 於 墙 顶 的 通 风 扇 令 空 腔 中 产 生 负 压 , 从 而 通 过 集 热 板 小 孔 吸 入 被 加 热 的 空 气 。 太 阳 墙 系 统 连 接 到 暖 通 入 口 , 让 预 热 空 气 进 入 暖 通 系 统 , 从 而 减 少 暖 通 系 统 加 热 器 的 负 担 。 加 热 後 的 空 气 通 过 暖 通 系 统 被 分 配 到 建 筑 物 中 , 又 或 者 可 以 通 过 独 立 的 风 扇 和 管 道 被 分 配 到 建 筑 物 中 。

3) 太 阳 能 制 冷

除 了 加 热 以 外 , 太 阳 辐 射 中 的 热 量 还 可 以 用 来 制 冷 。 利 用 太 阳 能 热 水 系 统 和 吸 收 式 制 冷 机 或 吸 附 式 制 冷 机 , 可 以 实 现 太 阳 能 制 冷 。

太 阳 能 吸 收 式 制 冷

於 吸 收 式 制 冷 机 中 , 热 量 是 用 来 从 吸 收 剂 和 制 冷 剂 混 合 液 中 蒸 发 制 冷 剂 , 而 该 混 合 液 是 处 於 压 力 之 下 。 常 用 的 混 合 液 包 括 水 / 溴 化 锂 , 和 氨 / 水 。 被 蒸 发 的 制 冷 剂 在 再 冷 凝 的 过 程 起 了 制 冷 作 用 。 为 了 使 制 冷 剂 一 直 循 环 运 行 , 需 要 提 供 电 力 , 不 过 相 对 於 传 统 制 冷 机 的 电 力 消 耗 量 要 少 得 多 。 太 阳 能 吸 收 式 制 冷 系 统 采 用 集 热 器 的 热 水 作 为 蒸 发 制 冷 剂 的 热 源 。 这 些 系 统 可 以 在 阳 光 普 照 的 日 子 满 足 建 设 物 的 部 分 空 调 需 求 。

太 阳 能 吸 收 附 制 冷

太 阳 能 热 水 系 统 与 吸 附 式 制 冷 机 一 同 使 用 , 也 可 实 现 太 阳 能 制 冷 。 吸 附 式 制 冷 机 利 用 水 作 为 制 冷 剂 , 以 及 矽 胶 作 为 吸 附 剂 。 蒸 发 器 两 个 吸 附 剂 室 其 一 的 矽 胶 的 吸 附 作 用 , 可 将 制 冷 剂 〔 水 〕 蒸 发 , 而 制 冷 剂 在 蒸 发 器 中 蒸 发 过 程 令 冷 冻 水 降 温 。 在 太 阳 能 吸 附 制 冷 机 之 中 , 太 阳 能 热 水 在 另 一 个 吸 附 剂 室 中 令 矽 胶 再 生 。 矽 胶 再 生 过 程 产 生 的 水 蒸 汽 , 在 冷 凝 器 中 由 冷 却 水 所 冷 凝 , 冷 却 水 一 般 来 自 冷 却 水 塔 。 系 统 的 控 制 和 泵 的 运 作 也 需 要 一 些 电 力 , 不 过 与 传 统 制 冷 机 相 比 , 电 力 需 求 要 少 得 多 。

4) 太 阳 光 照 明

太 阳 光 照 明 指 的 是 把 室 外 的 阳 光 导 引 进 入 室 内 , 作 照 明 用 途 。 通 常 太 阳 光 照 明 系 统 包 括 一 个 聚 光 器 , 一 个 导 光 设 备 ( 如 光 纤 ) , 和 室 内 照 明 装 置 。 聚 光 器 安 装 在 室 外 或 屋 顶 以 采 集 阳 光 。 它 的 工 作 性 能 可 以 通 过 太 阳 追 踪 装 置 或 者 光 学 聚 光 装 置 得 以 提 高 。 采 集 得 到 的 阳 光 通 过 导 光 设 备 被 送 至 室 内 照 明 装 置 。 一 些 太 阳 光 照 明 系 统 还 安 装 了 紫 外 和 红 外 光 过 滤 器 , 以 滤 去 紫 外 线 和 减 少 热 量 进 入 室 内 。

目 前 太 阳 光 照 明 系 统 还 存 在 一 些 应 用 上 的 限 制 。 因 为 导 光 设 备 中 光 线 会 衰 减 , 导 致 光 线 传 送 距 离 有 限 , 此 外 室 外 的 自 然 光 线 强 度 也 会 不 断 变 化 。 目 前 有 研 发 用 人 工 照 明 补 充 自 然 光 线 强 度 波 动 的 系 统 。

市 场 上 可 以 找 到 好 几 种 太 阳 光 照 明 装 置 。 此 类 装 置 大 部 分 都 没 有 在 香 港 应 用 过 或 者 测 试 过 其 适 合 性 。 此 处 列 举 几 种 不 同 的 装 置 , 只 作 为 举 例 说 明 之 用 ∶

   
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