陽(yáng)能熱水器工作原理

陽(yáng)光穿過(guò)吸熱管的層玻璃照到第二層玻璃的黑色吸熱層上，將太陽(yáng)光能的熱量吸收，由于兩層玻璃之間是真空隔熱的，傳熱將大大減?。ㄝ椛鋫鳠崛匀淮嬖冢珱](méi)有了熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流），絕大部分熱量只能傳給玻璃管里面的水，使玻璃管內(nèi)的水加熱，加熱的水便輕沿著玻璃管受熱面往上進(jìn)入保溫儲(chǔ)水桶，桶內(nèi)溫度相對(duì)較低的水沿著玻璃管背光面進(jìn)入玻璃管補(bǔ)充，如此不斷循環(huán)，使保溫儲(chǔ)水桶內(nèi)的水不斷加熱，從而達(dá)到熱水的目的。

熱電材料(又稱溫差電材料)是一種利用固體內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料,其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子或空穴激發(fā)特征,當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時(shí),材料兩端電子或空穴激發(fā)數(shù)量的差異將形成電勢(shì)差(電壓)。熱電材料主要分為半導(dǎo)體金屬合金型熱電材料、方鈷礦型熱電材料、金屬硅化物型熱電材料、氧化物型熱電材料4種。2007年日本在氧化物熱電材料的研究中走在世界前列。目前,已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的熱電材料有PbTe(工作溫度為230～ 530℃,主要用于發(fā)電)、Bi2Te3/Sb2Te(工作溫度為室溫～ 130℃,主要用于小規(guī)模發(fā)電以及制冷)、SiGe(工作溫度高于530℃,主要用于外太空發(fā)電)。

太陽(yáng)主要以電磁輻射的形式給地球帶來(lái)光與熱。太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)主要分布在0.25～ 2.5μm范圍內(nèi)。從光熱效應(yīng)來(lái)講,太陽(yáng)光譜中的紅外波段直接產(chǎn)生熱效應(yīng),而絕大部分光不能直接產(chǎn)生熱量。我們感覺(jué)在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下的溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽(yáng)光線,從而產(chǎn)生光熱轉(zhuǎn)換的緣故。從物理角度來(lái)講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉(zhuǎn)化為熱能。因此為了限度地實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的光熱轉(zhuǎn)換,似乎用黑色的涂層材料就可滿足了,但實(shí)際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個(gè)熱輻射問(wèn)題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長(zhǎng)范圍在2～ 100μm之間,黑體輻射的強(qiáng)度分布只與溫度和波長(zhǎng)有關(guān),輻射強(qiáng)度的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在10μm附近[3]。由此可見(jiàn),太陽(yáng)光譜的波長(zhǎng)分布范圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換

太陽(yáng)能熱水器把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們?cè)谏睢⑸a(chǎn)中的熱水使用。太陽(yáng)能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式太陽(yáng)能熱水器和平板式太陽(yáng)能熱水器，真空管式太陽(yáng)能熱水器為主，占據(jù)國(guó)內(nèi)95%的市場(chǎng)份額。真空管式家用太陽(yáng)能熱水器是由集熱管、儲(chǔ)水箱及支架等相關(guān)附件組成，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。