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太陽能的熱儲存

盡管太陽給人類和自然界提供了幾乎取之不盡、用之不竭的能量。但是太陽能是隨時間、季節不斷變化的,這種間斷性會造成供和需的矛盾。為此要想辦法把陽光充足時的太陽能儲存起來,以供無陽光時使用,這就是太陽能熱儲存要討論的問題。

太陽能熱利用系統一般由太陽能集熱器、轉換裝置(熱機或空調機等)、儲存裝置、負荷、輔助能量供給以及控制元件等組成。儲存裝置是整個系統中的一個組成部分,它的性能必然和整個系統的性能緊密相關。如一個負荷較大的集體太陽能浴室,用一個保溫較差的小水箱作為儲存裝置,自然不可能有好的效果。

太陽能儲存的方式很多,可以以熱能、化學能、電能、動能以及位能等形式儲存。本章主要討論太陽能的熱儲存。儲存裝置的設計也有多種選擇。以太陽能驅動的發電設備為例,儲存裝置可以放在集熱器和熱機之間作為熱儲存,也能在熱機和發電機之間作機械能儲存,還可以在發電機與負荷之間用電池作化學能儲存等。又如太陽能制冷系統,可儲存通過集熱器的熱流體,供無太陽時驅動制冷機使用,也可儲存制冷機產生的低溫流體供直接使用??傊?,儲存方式的選擇對整個太陽能系統的性能和成本都會帶來不同的影響,這些都是設計中必須加以權衡的問題。

由太陽能集熱器收集到的有用能為Qu,負荷為L,當供大于需時(Qu>L),儲存系統可將多余的能量儲存起來,以便在需大于供(L>Qu)時使用?;蛘咭部捎奢o助能源來補充(L>Qu)時的不足。

低中溫(低于150℃)太陽能系統大多應用于加熱及空調,而高溫(500℃左右)則多用于熱機。它的儲熱方式有三種類型:第一種是采用沒有相變的顯熱儲存,常用熱水、巖石作儲存熱介質;第二種是利用相變(潛熱)儲熱;第三種用化學反應方式進行熱儲存。本章將分別介紹它們的工作原理。

不論用哪種方式,為進行有效的熱儲存,必須考慮:單位體積或單位重量的儲熱容量;工作方式和溫度范圍,即熱量加進系統或從系統中取出的方法和與此相關的溫度差;考慮加進或取出熱量的動力要求;儲熱器的容積、結構和內部溫度的分布情況;以及減小儲熱系統熱損失和系統成本的方法等等。

若用太陽能系統供熱,集熱器的有效利用能隨平均板溫的增加而減少,集熱器平均溫度與所供熱量的溫度之間存在著如下的關系:


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