可再生能源——太阳热能技术

可再生能源——太阳热能技术

太阳能技术

太阳热能的利用主要是接收或聚集太阳辐射使之转换为热能来使用，而太阳能热水系统是目前主要的运用形式，它利用集热器将水加热后储存于储水槽以供后续的使用。目前国内太阳能集热器的产业发展已相当成熟，但在国内的市场状况及有限的应用场合的限制下，仅有少数业界持续于集热器方面的研发，这有待政府及业界共同努力开拓一些新的应用方向，以扩大市场基础。太阳热能应用范围广大，例如太阳能海水淡化技术、太阳能温室、太阳能干燥技术、太阳能除湿技术、太阳能杀菌与消毒技术、太阳能热电技术等等，在国际间仍持续进行着研发的工作，但本节仅就几项最近国内的研发重点方向，如建筑物整合化集热器、多色系太阳能选择性吸收膜、太阳热能制冷技术、太阳能辅助热泵热水器，作进一步的阐述，除此之外，大型系统的最佳化设计技术及评估软件开发、先进太阳能集热器技术研发(全像平面聚焦式太阳能集热器、新型储能式太阳能集热器、新型太阳能蒸馏器)等亦为国内研发单位的主要研究课题。

一、国内外技术发展现况

(一)国外技术发展现况

太阳热能利用技术的研究自 1970 年代以来即受重视，特别是在美、日、澳诸国，在许多应用领域已有相当成熟的研发成果，即使如此还是有一些课题尚待解决。自 1990 年代以来，欧洲国家开始致力于太阳热能及其它再生能源的研发与推广，根据 ESTIF(European Solar Thermal Industry Federation)的报告(ESTIF, 2003)，经过30 多年的发展，市场上已有各种不同类型的集热器，适合各种气候型态及使用条件的家用太阳能热水系统已发展得相当完善，但在某些领域，例如太阳能暖气、太阳能冷气及工业制程热利用等，仍欠缺有力的商业化产品。而在太阳能领域的研发所遭遇的阻力主要在于：

• 大部分的太阳能业者是属于中、小企业，无法有足够的财力去支持中长期的研发活动。

• 来自国家的研发经费通常很少，在某些国家甚至没有。

• 国家在能源效率及再生能源领域的研发计划通常不易为中小企业所接受。

目前在欧洲的一些主要研发课题如下：

1 、中长期的热储存技术

在夏天当太阳能最大的时候，通常热水需求较小，价格合宜的热水储槽可以收集太阳辐射较强时的热量(晴天或夏天)，将其储存到太阳辐射弱的时段(阴天或冬天)来使用。通常一栋建筑物整年所接收到太阳能是其热需求的 10 倍，一个设计良好的季节性热储槽甚至可以完全取代传统化石燃料的使用。欧洲目前已有一些实验性的季节性热储槽，并已有不错的初步成果，不过在成为价格实惠的商业产品之前，仍有许多改善之处。主要的研发方向有：

• 密集式热储存系统

• 热力式储存

• 化学式储存

2 、太阳能冷却

在不久的未来，太阳能辅助冷却系统的发展是非常值得期待的。通常在太阳辐射最强时，人们对冷气的需求也是最大的，虽然目前市场上已有太阳能辅助冷却系统出现，但实际上仍有许多技术上的难题有待克服，以扩展其应用市场。主要的研发方向有：

• 低温( 50~ 80 ℃ )太阳热能的冷却系统

• 小型( 3~10kW )热能制冷系统

• 与家用热水及暖气整合的太阳能冷却系统

3 、系统整合

太阳能热水系统必须与现有的加热系统或建筑结构作整合。为了更进一步开拓市场，太阳能热水系统必须可以适用于各种不同的条件及可能的应用方式。主要的研发方向有：

• 太阳能暖气以及太阳能暖气 / 热水复合系统(系统发展与简化、控制逻辑、标准化)

• 与其它再生能源的联合运用(生质能、热泵)

• 与地区供热系统作整合

• 价格便宜的工业制程热利用

• 小型热储槽(热分层、标准化)

• 与屋顶结合的整合性集热器

• 立面墙建材化集热器

4 、系统监测

为了让使用者及潜在的投资者对太阳能热水系统实际的能源及费用节省有一个评估的依据，对已装设的系统，实际太阳能获得量之量测是必需要的，因此之故，更可靠、更便宜的量测器材是一个开发的重点。

5 、海水淡化

太阳能集热器可以有效的应用于海水淡化及饮用水的消毒，这一方面的市场潜力是相当大的，因为在许多缺乏饮用水的地区却拥有很高的太阳能源，而且通常这些地区在传统能源的取得亦是比较不容易的。虽然已有应用的实例，但仍需要进一步的研发以降低成本、扩大市场。主要的研发方向有：

• 抗腐蚀材料

• 特殊的集热器开发

• 系统核心技术的开发