技 術 大 綱

1) 太 陽 能 聚 熱 發 電
2) 太 陽 能 供 暖
3) 太 陽 能 製 冷
4) 太 陽 能 照 明

1) 太 陽 能 聚 熱 發 電

太 陽 能 聚 熱 發 電 ( CSP ) 是 一 種 大 規 模 太 陽 能 熱 電 技 術 。 這 種 技 術 使 用 各 種 鏡 子 組 合 把 太 陽 能 轉 化 為 高 溫 熱 能 。 之 後 利 用 所 產 生 的 熱 能 透 過 蒸 汽 渦 輪 發 電 機 發 電 。

太 陽 能 聚 熱 發 電 技 術 的 主 要 類 型

太 陽 能 聚 熱 發 電 主 要 有 三 類 : (a) 槽 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統 ; (b) 碟 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統 ; 以 及 (c) 塔 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統 。

(a) 槽 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統

這 類 發 電 系 統 採 用 槽 狀 的 鏡 子 , 把 太 陽 光 聚 集 到 內 有 熱 傳 輸 流 體 的 接 收 管 。 這 些 流 體 被 加 熱 並 被 泵 過 一 系 列 熱 交 換 器 , 產 生 蒸 汽 推 動 傳 統 蒸 汽 渦 輪 發 電 機 發 電 。 槽 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 技 術 是 一 種 已 經 經 過 實 踐 驗 証 的 太 陽 能 熱 電 技 術 。

槽式太陽能聚熱發電系統。 以上文字說明這張圖片。
( 上 圖 來 源 : 此網頁的超連結有可能引向由第三方發行或營運的網站。Sandia 國 家 實 驗 室 能 源 類 圖 片 資 料 庫 )

(b) 碟 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統

碟 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統 的 主 要 組 成 部 分 包 括 太 陽 能 聚 焦 器 和 能 量 轉 換 器 。 太 陽 能 聚 焦 器 ( 或 碟 ) 採 集 來 自 太 陽 的 能 量 並 聚 焦 到 很 小 的 面 積 上 。 碟 狀 結 構 可 以 持 續 追 蹤 太 陽 。 能 量 轉 化 器 包 括 兩 個 部 分 , 即 熱 能 接 收 器 和 引 擎 / 發 電 機 。 熱 能 接 收 器 可 以 吸 收 聚 焦 後 的 太 陽 光 之 中 的 能 量 , 將 其 轉 化 為 熱 能 , 並 儲 存 在 熱 空 氣 或 熱 水 之 中 , 然 後 再 將 熱 量 輸 送 到 引 擎 / 發 電 機 。 引 擎 / 發 電 機 子 系 統 利 用 熱 能 接 收 器 採 集 的 熱 能 來 發 電 。 碟 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統 中 最 常 用 的 熱 機 是 斯 特 林 引 擎 。

碟式太陽能聚熱發電系統。 以上文字說明這張圖片。
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(c) 塔 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統

此 類 技 術 利 用 一 整 個 陣 列 的 追 蹤 太 陽 的 鏡 子 ( 定 日 鏡 ) 以 聚 集 陽 光 到 一 個 中 央 接 收 器 。 這 個 接 收 器 被 固 定 在 一 個 塔 頂 上 。 接 收 器 內 部 的 熱 傳 導 流 體 可 以 用 來 產 生 蒸 汽 , 以 推 動 傳 統 渦 輪 發 電 機 發 電 。 於 八 十 年 代 開 發 的 塔 式 太 陽 能 聚 熱 發 電 系 統 , 利 用 蒸 汽 作 為 熱 傳 導 流 體 。 而 新 型 的 系 統 則 利 用 熔 化 的 硝 酸 鹽 作 為 熱 傳 導 流 體 , 主 要 是 因 為 這 種 流 體 超 卓 的 熱 容 量 和 傳 熱 能 力 。

塔式太陽能聚熱發電系統。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : The Solar One
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小 型 太 陽 能 聚 熱 設 備

市 場 上 可 以 找 到 好 幾 種 小 型 太 陽 能 聚 熱 裝 置 。 這 些 裝 置 沒 有 在 香 港 應 用 過 或 測 試 過 其 適 合 性 。 此 處 介 紹 這 些 設 備 主 要 是 為 了 作 舉 例 說 明 。 嚴 格 來 說 , 這 些 設 備 並 非 前 述 定 義 的 太 陽 能 聚 熱 發 電 設 備 , 而 是 聚 光 光 伏 設 備 。 因 為 這 些 設 備 不 是 用 熱 傳 導 流 體 來 接 收 聚 集 的 陽 光 , 而 是 利 用 太 陽 能 電 池 。

在 香 港 的 實 用 性

太 陽 能 聚 熱 發 電 裝 置 的 發 電 量 取 決 於 直 射 到 安 裝 場 地 上 的 太 陽 輻 射 強 度 。 在 香 港 地 區 , 大 部 份 的 太 陽 光 為 散 射 光 , 而 不 是 直 射 光 。 在 全 年 太 陽 光 中 , 直 射 光 所 佔 比 例 相 對 較 低 , 並 少 於 50 % 。 這 情 況 使 太 陽 能 聚 熱 發 電 技 術 在 香 港 得 到 有 效 的 應 用 的 可 能 性 比 較 低 。

2) 太 陽 能 供 暖

太 陽 能 供 暖 系 統 中 , 太 陽 輻 射 中 的 能 量 被 用 以 加 熱 空 氣 或 者 水 來 作 供 暖 之 用 。 太 陽 能 供 暖 系 統 可 以 分 為 主 動 式 和 被 動 式 。

主 動 式 太 陽 能 供 暖

主 動 式 太 陽 能 供 暖 系 統 包 括 太 陽 能 集 熱 器 和 輔 助 泵 , 用 來 吸 收 太 陽 光 輻 照 能 量 以 加 熱 空 氣 或 水 , 並 分 配 熱 量 。 這 些 系 統 也 可 以 配 備 能 量 儲 存 設 備 , 以 便 儲 存 能 量 並 在 沒 有 太 陽 輻 照 的 時 候 繼 續 供 暖 。

主 動 式 太 陽 能 供 暖 系 統 可 以 根 據 太 陽 能 集 熱 器 中 使 用 的 流 體 而 分 為 兩 大 類 :

  1. 使 用 液 體 的 系 統 , 採 用 水 或 者 防 凍 溶 液 作 為 太 陽 能 集 熱 器 中 的 熱 傳 導 流 體 。 在 配 備 能 量 儲 存 設 備 的 系 統 當 中 , 通 常 工 作 流 體 會 是 液 體 。
  2. 使 用 空 氣 的 系 統 , 採 用 空 氣 為 太 陽 能 集 熱 器 中 的 熱 傳 導 流 體 。

被 動 式 太 陽 能 供 暖

被 動 式 太 陽 能 供 暖 通 過 建 築 物 本 身 設 計 , 直 接 利 用 太 陽 光 中 的 熱 量 。 這 些 方 法 包 括 採 用 朝 南 的 窗 戶 以 便 令 更 多 的 陽 光 照 射 到 內 部 空 間 , 和 採 用 合 適 的 建 築 材 料 , 可 以 增 加 吸 收 熱 能 到 內 部 空 間 並 減 少 流 失 熱 能 到 周 圍 環 境 。

陽 光 中 的 熱 能 可 以 通 過 以 下 三 種 設 計 進 入 內 部 空 間 : 直 接 吸 熱 、 間 接 吸 熱 和 分 離 吸 熱 。

  • 直 接 吸 熱 - 建 築 物 的 材 料 ( 如 瓦 片 和 混 凝 土 ) 會 儲 存 照 射 入 建 築 物 內 部 的 太 陽 輻 射 的 熱 能 , 並 把 熱 能 緩 慢 地 釋 放 出 來 。
  • 間 接 吸 熱 - 利 用 位 於 太 陽 和 居 住 空 間 之 間 ( 通 常 是 牆 ) 的 材 料 , 以 儲 存 和 釋 放 熱 量 。
  • 分 離 吸 熱 - 從 主 要 居 住 空 間 以 外 的 地 方 採 集 太 陽 能 。 比 如 房 屋 附 加 的 日 光 室 收 集 太 陽 能 而 產 生 的 暖 空 氣 自 然 地 流 向 屋 子 其 他 部 分 。

此網頁的超連結有可能引向由第三方發行或營運的網站。太 陽 牆 系 統 是 一 種 被 動 式 太 陽 能 供 暖 系 統 的 例 子 ﹝ 雖 然 這 種 設 備 並 沒 有 在 香 港 安 裝 , 此 處 介 紹 這 種 設 備 主 要 是 為 了 作 舉 例 說 明 ﹞ 。 太 陽 牆 系 統 是 一 種 金 屬 牆 系 統 , 利 用 太 陽 能 為 室 內 供 暖 及 通 風 。 這 種 系 統 包 括 佈 滿 小 孔 的 集 熱 板 、 通 風 扇 , 並 與 暖 通 入 口 相 連 。 集 熱 板 被 裝 在 朝 南 的 牆 上 , 並 離 牆 幾 英 吋 , 以 產 生 空 腔 。 金 屬 牆 受 到 太 陽 輻 照 後 被 加 熱 , 而 安 裝 於 牆 頂 的 通 風 扇 令 空 腔 中 產 生 負 壓 , 從 而 通 過 集 熱 板 小 孔 吸 入 被 加 熱 的 空 氣 。 太 陽 牆 系 統 連 接 到 暖 通 入 口 , 讓 預 熱 空 氣 進 入 暖 通 系 統 , 從 而 減 少 暖 通 系 統 加 熱 器 的 負 擔 。 加 熱 後 的 空 氣 通 過 暖 通 系 統 被 分 配 到 建 築 物 中 , 又 或 者 可 以 通 過 獨 立 的 風 扇 和 管 道 被 分 配 到 建 築 物 中 。

3) 太 陽 能 製 冷

除 了 加 熱 以 外 , 太 陽 輻 射 中 的 熱 量 還 可 以 用 來 製 冷 。 利 用 太 陽 能 熱 水 系 統 和 吸 收 式 製 冷 機 或 吸 附 式 製 冷 機 , 可 以 實 現 太 陽 能 製 冷 。

太 陽 能 吸 收 式 製 冷

於 吸 收 式 製 冷 機 中 , 熱 量 是 用 來 從 吸 收 劑 和 製 冷 劑 混 合 液 中 蒸 發 製 冷 劑 , 而 該 混 合 液 是 處 於 壓 力 之 下 。 常 用 的 混 合 液 包 括 水 / 溴 化 鋰 , 和 氨 / 水 。 被 蒸 發 的 製 冷 劑 在 再 冷 凝 的 過 程 起 了 製 冷 作 用 。 為 了 使 製 冷 劑 一 直 循 環 運 行 , 需 要 提 供 電 力 , 不 過 相 對 於 傳 統 製 冷 機 的 電 力 消 耗 量 要 少 得 多 。 太 陽 能 吸 收 式 製 冷 系 統 採 用 集 熱 器 的 熱 水 作 為 蒸 發 製 冷 劑 的 熱 源 。 這 些 系 統 可 以 在 陽 光 普 照 的 日 子 滿 足 建 設 物 的 部 分 空 調 需 求 。

太 陽 能 吸 收 附 製 冷

太 陽 能 熱 水 系 統 與 吸 附 式 製 冷 機 一 同 使 用 , 也 可 實 現 太 陽 能 製 冷 。 吸 附 式 製 冷 機 利 用 水 作 為 製 冷 劑 , 以 及 矽 膠 作 為 吸 附 劑 。 蒸 發 器 兩 個 吸 附 劑 室 其 一 的 矽 膠 的 吸 附 作 用 , 可 將 製 冷 劑 ﹝ 水 ﹞ 蒸 發 , 而 製 冷 劑 在 蒸 發 器 中 蒸 發 過 程 令 冷 凍 水 降 溫 。 在 太 陽 能 吸 附 製 冷 機 之 中 , 太 陽 能 熱 水 在 另 一 個 吸 附 劑 室 中 令 矽 膠 再 生 。 矽 膠 再 生 過 程 產 生 的 水 蒸 汽 , 在 冷 凝 器 中 由 冷 卻 水 所 冷 凝 , 冷 卻 水 一 般 來 自 冷 卻 水 塔 。 系 統 的 控 制 和 泵 的 運 作 也 需 要 一 些 電 力 , 不 過 與 傳 統 製 冷 機 相 比 , 電 力 需 求 要 少 得 多 。

4) 太 陽 光 照 明

太 陽 光 照 明 指 的 是 把 室 外 的 陽 光 導 引 進 入 室 內 , 作 照 明 用 途 。 通 常 太 陽 光 照 明 系 統 包 括 一 個 聚 光 器 , 一 個 導 光 設 備 ( 如 光 纖 ) , 和 室 內 照 明 裝 置 。 聚 光 器 安 裝 在 室 外 或 屋 頂 以 採 集 陽 光 。 它 的 工 作 性 能 可 以 通 過 太 陽 追 蹤 裝 置 或 者 光 學 聚 光 裝 置 得 以 提 高 。 採 集 得 到 的 陽 光 通 過 導 光 設 備 被 送 至 室 內 照 明 裝 置 。 一 些 太 陽 光 照 明 系 統 還 安 裝 了 紫 外 和 紅 外 光 過 濾 器 , 以 濾 去 紫 外 線 和 減 少 熱 量 進 入 室 內 。

目 前 太 陽 光 照 明 系 統 還 存 在 一 些 應 用 上 的 限 制 。 因 為 導 光 設 備 中 光 線 會 衰 減 , 導 致 光 線 傳 送 距 離 有 限 , 此 外 室 外 的 自 然 光 線 強 度 也 會 不 斷 變 化 。 目 前 有 研 發 用 人 工 照 明 補 充 自 然 光 線 強 度 波 動 的 系 統 。

市 場 上 可 以 找 到 好 幾 種 太 陽 光 照 明 裝 置 。 此 類 裝 置 大 部 分 都 沒 有 在 香 港 應 用 過 或 者 測 試 過 其 適 合 性 。 此 處 列 舉 幾 種 不 同 的 裝 置 , 只 作 為 舉 例 說 明 之 用 :

   
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