太阳能集热器与新型相变材料的结合，如何在低辐射条件下提升效能

文丨清河叙

编辑丨清河叙

前言

化石燃料作为主要能源来源之一，面临着全球空气和水污染的威胁。过度使用化石燃料对全球变暖和气候变化产生了巨大影响。

因此，人们一直在努力减少全球变暖和气候变化的影响。考虑到太阳能满足全球能源需求的潜力，有效利用太阳能被认为是一个更可持续的替代选择。

为此，我们探讨了新型相变材料对出口水温的影响，在较高的辐射时间内，太阳能由存储单元在相变材料中收集，收集到的热能被用来在较低的辐射时间加热水。

复合抛物型选矿器定位在热集热器的上表面。此外，在吸收板下放置一层薄薄的新型相变材料作为后层，以存储收集的潜热。

在连续几年的最高出口水温下，获得了一个恒定的流量。

此外，与没有新型相变材料薄膜的系统相比，新型相变材料系统在较低的太阳辐射下，太阳能效率的下降也相对较明显。

太阳能集热器的效率取决于太阳能集热器的设计，我们提出的设计能够在连续两年的观测中提取出预期的热效率，这些产出是令人满意的，并可长期应用于国内和工业目的。

化石燃料是世界范围内的一个重要能源来源，但化石燃料的主要问题之一是，它正在造成全球空气和水污染的威胁率。因此，化石燃料的过度使用对全球变暖也有相当大的影响，人们一直在不断努力减少全球变暖和气候变化的上升。

考虑到满足全球能源需求的巨大潜力，有效利用太阳能可能是一个更好的替代选择。

近年来，一些新的创新技术，如复合抛物线集中器，促进了集成系统的发展，太阳能可以直接或间接地应用于世界范围内的许多应用。

在热路线中，太阳能的转换更高效，更环保，经济持久，太阳能集热器是将太阳能直接转化为集中热的一种热转换技术。此外，太阳能热集热器保持可观的转换率，有助于最小规模的全球变暖，需要更少的回收期。

太阳能的应用

太阳能可以有效地应用于热水应用，2007年，世界能源理事会报告称，太阳能供暖系统的使用量达到全球能源使用总量的1.3%。

节能信托基金报告说，在水加热中使用太阳能可以降低电能成本，还能减少环境影响和二氧化碳排放，太阳能加热系统有不同的设计和技术。

这种传统的系统通常由一个通过吸收管连接到储气罐上的太阳能集热器组成。在过去的几十年里，研究人员为改进太阳能加热系统的设计和性能做出了巨大的努力。

增加太阳能辐射能量的收集和最小化储罐的热损失，可以提高太阳能加热系统的性能。

在太阳能加热系统中，集热器或集中器通过捕获太阳的热能来提高水的温度，这种热水可用于家庭、商业或工业用途。

这是一项具有很高潜力的可再生能源技术而且对全球的大量用户都能负担得起，太阳能集热器的初始成本取决于其大小，而太阳能集热器的效率取决于不同位置的纬度。

此外，太阳热集热器的效率也受到太阳辐射变化的影响，与其他传统系统相比，太阳能热集热器系统由于易于获取和丰富的可用性，更具成本效益。

利用硬脂酸作为新型相变材料，研究在不同实验参数下的太阳能集热器系统和储能单元，对放置在太阳能集热罐中的新型相变材料的潜热存储系统进行了检查。

所检测的收集器在7月份期间提供了58%的热效率，一种将新型相变材料集成到复合抛物型选矿器中的新模型。储存的水被放置在内管中，而外管中的新型相变材料被放置在复合抛物型选矿器内。

在新型相变材料存在的情况下，出水温度在10◦C左右不同。一种由低成本的薄铝板制成的复合抛物型选矿器来收集太阳能辐射，并进一步使用石蜡作为新型相变材料。

该装置用于组装和开发新型相变材料的充电率，为40%~49%的效率最高。一种新型的太阳能水加热系统，无新型相变材料系统的集热器效率比有新型相变材料的集热器效率低30%。

我们对新型相变材料的出水温度进行了全面的研究，详细比较了有无新型相变材料系统的太阳能集热器的热性能，并对连续两年同一月的集热器性能进行了全面的分析。

从已安装的系统中收集数据，收集器的性能是由冬季不同的性能因素决定的。实验分别于2018年和2019年连续两年的10月进行，实验数据来自11例上午至下午5点。

在下午12点至下午1点期间，吸收板温度保持最高，值为96◦c，这是因为当时太阳辐射处于最高值，吸收板温度的变化与太阳辐射和风速的变化有关，即使太阳辐射的值波动，出口水的温度仍然较低和稳定。

太阳辐射对于太阳能的影响

出口温度在上午11点到下午5点之间几乎保持相同，因为相变材料在第一阶段吸收了一些热量，然后将热量释放到系统。

此外，太阳辐射在下午1点增加，然后逐渐下降，但下午1点后出口水温几乎保持不变，这取决于新型相变材料的存储容量，水质量流量恒定，然后连续两年在2018年和2019年存档的最高出口水温分别为62◦C和61◦C。

观察新型相变材料系统热效率的变化，2018年和2019年10月出现了随时间略有下降的趋势。

此外，由于总热损失系数处于其最小值，因此热效率在2018年达到峰值。在白天，热效率在上午11点达到最高水平，在下午5点达到最低水平。2018年和2019年这两年的调查结果基本保持不变，随着时间的推移，调查结果略有下降。

2018年10月，热效率最高，为48%，2019年10月为47%。两年的热效率呈边际变化，气候条件变化，总热损失系数增加。

收集器的设计方式使其性能不会在很长时间内波动。在头几年，热效率没有发生明显的变化。在第二年，收集器的性能略有变化这在图中也遵循了类似的模式。新型相变材料成功地减小了热效率的波动，并进一步得到了略有下降的趋势。收集器的效率也随着连续几年的增加而逐渐降低。

热效率曲线相对于连续年的变化几乎相同，这代表了结果的准确性，这种轻微的变化是由于连续几年的天气条件造成的。

在上午11点，有新型相变材料和没有新型相变材料的集电器产生了类似的输出。随着辐射强度的增加，不含新型相变材料的集热器的热效率提高，但含新型相变材料的集热器的输出几乎保持不变。

基于新型相变材料的系统的输出几乎保持到下午1点，因为太阳的热量由水和新型相变材料材料共享，改变相，变成液体。2018年10月和2019年10月，在下午4点，基于新型相变材料的集热器的热效率分别为41%和40%。

2018年10月和2019年10月，无新型相变材料系统的热效率分别为29%和28%。在下午4点到5点之间，新型相变材料提供了它最好的产量。在下午4点，两个系统的热输出差最大，之后差距开始减小。

没有新型相变材料的系统逐渐收集了更多的能量，直到下午1点，进出口水温之间的差异保持在最大水平。下午1点后，太阳强度开始下降，系统提供的能量更少，但它提供了在下午5点的可用的水温。

与没有新型相变材料的系统相比，基于新型相变材料的系统提供了更多的收集能量。基于新型相变材料的系统的收集能量逐渐增加到5p，基于新型相变材料的集热器每天收集的总能量最高为810W，而没有新型相变材料的系统为690W。

2018年10月和2019年10月分析了CCM条件下复合抛物型选矿器太阳能收集器白天收集的总能量。总能量的变化是在选定的一天内，由复合抛物型选矿器收集器从上午11点到下午5点收集的，有或没有新型相变材料条件。

在这一天进行的评估显示，与没有新型相变材料的系统相比，2018年10月，在新型相变材料条件下收集的总能量增加了18%。

不同太阳能材料产生的能效

2019年10月，通过有新型相变材料条件和没有新型相变材料条件相比，收集的总能量增加约为15%。

这些值取决于太阳辐射、风速、环境温度和集热器的不同损失。将这两年的能源值进行比较显示，与2019年10月相比，2018年10月收集的能源增加了约3%。

效率的变化，连续年减小，由于没有污染因素，在2018年初，效率降低的值几乎为零。随着2019年污染因子的增加，效率的值也有所降低，热交换器污染是热交换器常见的问题。

在污垢时，热交换器在换热交换器壁表面形成一层单独的固体材料层，在2018-2019年的运营期间，他们在热流铜管内制造了一层涂层。这层涂层在水和铜管之间造成了障碍，巧合的是，该系统的性能在2019年有所下降。

采用复合抛物型选矿器和1.905cm铜管设计了一个太阳能集热器，并进行了测试。新型相变材料用于提高太阳辐射较低时的热性能，热效率和传热速率直接依赖于太阳辐射。当太阳辐射较高时，新型相变材料借助相变系统储存能量。

当太阳辐射的值较低时，这种能量就可以充当热源。与此同时，热效率开始提高。

与无新型相变材料系统相比，有新型相变材料系统的热效率在下午4-5点之间增加了10-12%，在下午5点收集的能量增益率进一步增加了17-18%。新型相变材料基集热器连续两年的最高出水温度分别为62◦C和61◦C。

热效率的值增加，而热损失系数的值降低。此时，2018年10月热效率最大，为48%。连续两年有新型相变材料收集器的热效率呈边际变化，随时间略有下降趋势，而连续两年无新型相变材料系统的热效率在下午1点时呈上升趋势，然后逐渐下降。

在下午4-5点，没有新型相变材料的系统的热效率约为28%，有新型相变材料的系统的热效率约为40%。因此，它的热效率提高了12%。

新型相变材料有效地降低了太阳温度高低时热效率的波动辐射这就是为什么热效率随当地日照时间呈缓慢下降趋势的原因。

结论

与没有新型相变材料的系统相比，新型相变材料基收集器提供了17-18%的收集能量。该系统从上午11点到下午5点提供热水，这对家庭和工业用途都很有用。

孟加拉国是一个发展中国家，虽然该地区在电力部门取得了很大进展。但是，仍然有相当多的农村地区，脱落是人们生活方式的一个主要问题。在这些领域，可负担得起的太阳能利用可能是非常有前途的。

设计的太阳能集热器在低辐射小时内是一个令人满意的选择，这使它成为一个非常高效和节约成本的选择。同时，新型相变材料的无毒效应为我们设计的太阳能集热器的回收提供了更容易的途径。

综上所述，这种收集器在不久的将来会有一个很好的效果。

然而，热水提取我们设计的材料的最佳效率的最佳温度仍不确定，虽然它限制了我们的工作，但同时它也为未来的研究人员打开了一扇新的发展大门。