技 術 大 綱

1) 太 陽 能 集 熱 器 類 型
2) 太 陽 能 集 熱 器 性 能
3) 儲 水 缸 和 輔 助 設 備
4) 太 陽 能 熱 水 系 統 常 見 類 型
5) 套 裝 太 陽 能 熱 水 器
6) 太 陽 能 熱 水 系 統 的 應 用

太 陽 能 熱 水 系 統 能 夠 利 用 太 陽 輻 射 的 熱 能 來 產 生 熱 水 。 家 用 的 太 陽 能 熱 水 裝 置 通 常 由 太 陽 能 集 熱 器 和 一 個 儲 水 缸 組 成 。 太 陽 能 集 熱 器 能 夠 吸 收 太 陽 輻 射 , 直 接 或 間 接 地 給 水 加 熱 。 由 此 產 生 的 熱 水 儲 存 於 儲 水 缸 , 供 之 後 使 用 。 另 外 一 個 方 式 是 採 用 套 裝 太 陽 能 熱 水 器 , 把 太 陽 能 集 熱 器 和 保 溫 儲 水 缸 組 合 成 一 個 整 體 。

通 常 太 陽 能 熱 水 系 統 可 以 滿 足 安 裝 場 地 本 身 大 部 分 的 熱 水 需 求 , 不 足 的 部 分 則 由 電 力 加 熱 ( 或 者 燃 氣 加 熱 ) 補 足 。

香港一個消防局的小型太陽能熱水裝置。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : 香 港 一 個 消 防 局 的 小 型 太 陽 能 熱 水 裝 置

1) 太 陽 能 集 熱 器

太 陽 能 集 熱 器 是 至 今 最 為 廣 泛 應 用 的 太 陽 能 轉 換 裝 置 。 全 世 界 有 數 以 百 萬 計 的 太 陽 能 集 熱 器 在 使 用 中 。 太 陽 能 集 熱 器 可 以 根 據 其 設 計 分 為 兩 大 類 , 即 平 板 式 集 熱 器 和 真 空 管 式 集 熱 器 。 後 者 又 可 以 分 為 全 玻 璃 型 和 玻 璃 - 金 屬 型 。

(a) 平 板 式 集 熱 器

平 板 式 集 熱 器 包 含 一 個 置 於 隔 熱 的 方 形 扁 箱 子 中 的 金 屬 吸 熱 體 ( 由 銅 或 者 鋁 製 成 ) , 並 配 以 玻 璃 或 塑 膠 面 板 。 吸 熱 體 通 常 漆 成 黑 色 以 提 高 吸 熱 能 力 。 熱 傳 輸 介 質 ( 水 ) 流 動 的 管 道 依 附 著 吸 熱 體 , 主 要 由 銅 製 成 。 當 太 陽 輻 射 照 射 到 吸 熱 體 的 時 候 , 大 部 分 會 被 吸 收 , 其 餘 的 則 被 反 射 。 被 吸 收 的 熱 量 會 傳 導 到 熱 傳 輸 介 質 的 管 道 。

 平板式集熱器。 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。US DOE Solar Energy Technologies Program )

(b) 真 空 管 式 太 陽 能 集 熱 器

i. 全 玻 璃 型

全玻璃型真空管式太陽能集熱器。 以下文字說明這張圖片。
( 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。US DOE Solar Energy Technologies Program )

集 熱 器 由 許 多 平 行 放 置 的 透 明 管 組 成 。 每 一 個 管 子 由 一 個 外 層 玻 璃 管 和 一 個 內 層 玻 璃 管 組 成 。 內 層 玻 璃 管 上 塗 上 了 吸 熱 體 塗 層 , 以 充 分 吸 收 太 陽 能 並 盡 量 減 少 熱 輻 射 損 失 。 內 層 玻 璃 管 中 放 置 了 導 熱 片 及 U 形 管 , 冷 水 在 U 形 管 中 流 動 並 加 熱 。 兩 層 玻 璃 管 中 間 的 空 氣 會 被 抽 走 形 成 真 空 , 以 減 少 熱 傳 導 損 失 。
ii. 玻 璃 - 金 屬 型

玻 璃 - 金 屬 型 管 又 可 以 進 一 步 分 為 直 流 式 或 者 熱 管 式 。

在 直 流 式 真 空 管 集 熱 器 中 , 金 屬 翼 狀 吸 熱 體 被 安 裝 在 玻 璃 管 中 。 玻 璃 管 會 被 抽 成 真 空 , 而 水 則 流 動 於 與 吸 熱 體 相 附 的 金 屬 管 中 。  

玻璃-金屬型。 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。Sun Power Solutions )

在 熱 管 式 真 空 管 集 熱 器 中 , 在 真 空 的 玻 璃 管 內 的 吸 熱 體 會 與 一 個 熱 管 相 連 。 熱 管 裏 被 注 入 低 沸 點 的 工 作 介 質 ( 如 乙 醇 ) 。 熱 管 上 端 是 一 個 用 來 進 行 熱 交 換 的 冷 凝 泡 。 這 些 玻 璃 管 以 冷 凝 泡 向 上 的 方 向 並 列 , 插 入 一 支 歧 管 裏 ﹝ 又 或 者 插 入 套 裝 式 熱 水 器 的 儲 水 缸 ) 。 吸 熱 體 吸 收 的 熱 量 會 把 工 作 介 質 蒸 發 , 以 汽 體 形 態 上 升 至 冷 凝 泡 中 。 水 從 循 環 回 路 流 經 歧 管 , 帶 走 冷 凝 泡 中 的 熱 量 。 冷 凝 後 的 工 作 介 質 隨 後 在 重 力 作 用 下 回 到 集 熱 區 。

 熱管式真空管集熱器。 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。Beijing Sunda Solar Energy Technology Co. Ltd. )

2) 集 熱 器 性 能

太 陽 能 集 熱 器 的 特 徵 曲 線 方 程 可 以 是 一 級 方 程 或 二 級 方 程 。
一 級 方 程 : η = ηo - k * ΔT / G
二 級 方 程 : η = ηo - k1 * ΔT / G - k2 * (ΔT)^2 / G

其 中 η
ηo
k
k1
k2
ΔT
G
=
=
=
=
=
=
=
轉 換 效 率
溫 差 為 0 時 的 最 大 轉 換 效 率
熱 損 失 系 數 , 單 位 為 瓦 / 平 方 米 ‧ 度
一 次 熱 損 失 系 數 , 單 位 為 瓦 / 平 方 米 ‧ 度
二 次 熱 損 失 系 數 , 單 位 為 瓦 / 平 方 米 ‧ 度 ^2
吸 熱 體 與 空 氣 之 間 平 均 溫 差 (K)
大 陽 輻 照 強 度 ( 瓦 / 平 方 米 )

每平方米1000瓦的大陽輻照強度下平均溫差與轉換效率之間關係曲線。 以上文字說明這張圖片。
上 圖 : 每 平 方 米 1000 瓦 的 大 陽 輻 照 強 度 下 平 均 溫 差 與 轉 換 效 率 之 間 關 係 曲 線

真 空 管 集 熱 器 通 常 比 平 板 式 集 熱 器 昂 貴 , 但 是 , 由 於 k 值 比 較 低 , 在 吸 熱 體 與 週 圍 環 境 溫 差 較 大 時 , 真 空 管 集 熱 器 的 轉 換 效 率 比 較 高 一 些 。

3) 儲 水 缸 和 輔 助 設 備

太 陽 能 熱 水 系 統 器 通 常 需 要 一 個 隔 熱 性 能 優 良 的 儲 水 缸 以 儲 存 熱 水 。 儲 水 缸 通 常 設 置 了 輔 助 電 力 加 熱 裝 置 ( 或 者 燃 氣 加 熱 裝 置 ) , 以 備 在 太 陽 能 集 熱 器 的 輸 出 不 足 以 滿 足 熱 水 需 求 的 時 候 給 水 加 熱 。 這 種 情 況 通 常 發 生 在 沒 有 陽 光 或 者 陽 光 不 足 的 時 候 , 如 夜 晚 、 陰 天 、 或 者 一 年 中 天 氣 比 較 冷 的 幾 個 月 。

其 他 輔 助 設 備 包 括 控 制 器 、 循 環 泵 、 安 全 裝 置 如 溫 度 / 壓 力 安 全 閥 和 調 溫 閥 ( 用 以 混 合 熱 水 ) 。 控 制 器 通 過 溫 度 感 應 器 來 監 察 集 熱 器 和 儲 水 缸 的 溫 度 , 並 在 適 當 的 溫 差 時 啓 動 循 環 泵 。 儲 水 缸 中 溫 度 過 高 或 者 壓 力 過 大 的 時 候 , 溫 度 / 壓 力 安 全 閥 會 把 熱 水 排 出 ( 通 過 排 水 管 排 至 去 水 管 道 ) 。 調 溫 閥 用 來 控 制 被 送 至 用 戶 的 熱 水 的 溫 度 , 以 避 免 燙 傷 。 此 閥 門 自 動 混 合 熱 水 和 自 來 水 , 以 確 保 送 達 用 戶 的 水 溫 保 持 在 安 全 溫 度 以 下 。

4) 太 陽 能 熱 水 系 統 常 見 類 型

太 陽 能 熱 水 系 統 可 以 根 據 進 水 是 直 接 加 熱 , 又 或 者 是 透 過 熱 交 換 器 間 接 加 熱 , 而 分 為 兩 大 類 : 直 接 式 ( 開 環 式 ) 和 間 接 式 ( 閉 環 式 ) 。

(a) 直 接 式 ( 開 環 式 )

在 開 環 式 系 統 中 , 進 水 ( 將 被 使 用 的 水 ) 直 接 流 經 太 陽 能 集 熱 器 。

直接式(開環式)。 以下文字說明這張圖片。
( 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。Southface )

(b) 間 接 式 ( 閉 環 式 )

在 閉 環 式 系 統 中 , 進 水 不 由 太 陽 能 集 熱 器 直 接 加 熱 。 特 殊 的 工 作 介 質 ( 如 氟 利 昂 , 丙 二 醇 , 蒸 餾 水 等 ) 在 集 熱 器 中 及 閉 環 回 路 中 循 環 流 動 。 此 工 作 介 質 會 流 經 儲 水 缸 中 的 熱 交 換 器 , 把 熱 量 帶 到 進 水 中 。

 間接式(閉環式)。 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。Southface )

5) 套 裝 太 陽 能 熱 水 器

市 面 上 也 有 供 應 套 裝 太 陽 能 熱 水 器 , 該 等 設 備 把 太 陽 能 集 熱 器 和 保 溫 儲 水 缸 組 合 成 一 個 整 體 。 這 種 熱 水 器 的 安 裝 比 較 簡 便 , 因 此 更 加 適 合 小 型 設 施 或 家 庭 使 用 。 套 裝 太 陽 能 熱 水 器 有 多 種 大 小 尺 寸 可 供 選 擇 。 小 型 的 熱 水 器 足 以 滿 足 兩 口 之 家 , 而 大 型 的 可 以 為 8 人 家 庭 提 供 熱 水 。 這 類 熱 水 器 適 合 於 低 密 度 住 宅 , 如 別 墅 、 獨 立 屋 、 村 屋 等 , 因 為 這 類 建 築 有 相 對 較 多 的 屋 頂 空 間 可 供 安 裝 熱 水 器 。

套裝太陽能熱水器。 以上文字說明這張圖片。

6) 太 陽 能 熱 水 系 統 的 應 用

太 陽 能 熱 水 系 統 有 廣 泛 的 應 用 範 圍 。 它 可 以 適 用 於 有 恆 常 熱 水 需 求 的 地 方 , 如 酒 店 、 旅 舍 、 住 宅 或 醫 院 。 它 也 適 用 於 體 育 中 心 或 渡 假 村 。 它 還 可 以 用 於 泳 池 水 的 預 熱 。 此 外 , 配 備 食 堂 、 洗 手 間 、 浴 室 等 的 少 層 數 辦 公 樓 也 可 以 考 慮 安 裝 太 陽 能 熱 水 系 統 。

此動畫說明套裝太陽能熱水器。以上的段落描述套裝太陽能熱水器。
   
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