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摘 要

目前我国正在大力提倡可持续发展，人们与政府对环境的高度重视给清洁的可再生能源提供了发展空间。对太阳能利用是目前新能源应用最为广泛的一种，而其中太阳能的热利用又是其中十分重要的一部分。本文对目前现有的太阳能热利用相关技术进行了介绍，介绍了现在比较常见的几种集热器，并介绍了CPC内聚光集热器及其热水系统的设计方法。这是一种比较新式的集热器，无需跟踪系统又有着优秀的集热性能。本文通过蒙特卡罗光线分析法对CPC聚光器进行了光学分析，并对集热器的传热过程进行了分析，并根据给定的条件设计了相关的热水系统，包括水箱、水泵、管路的设计

关键词：CPC（复合抛物面集热器）热管 内聚光 热水系统

CPC internal concentrated solar collector and system design

Abstract

At present ,our country is vigorously promoting the sustainable development, people pay more and more attention on the protection of the environment, it provited chance to develop clean energy. solar energy is widely used in the new energy. Mostly, people used solar energy to heating. in this paper, the current solar heat utilization technology are introduced, this paper introduces several kind of common collector, and introduce the CPC collector and its hot water system. This is a new type collector .It do well in collecting energy. it doesn’t need tracking system that may cost more. In this paper, the optical analysis of CPC conector was carried out by means of monte carlo ray analysis method, and the heat transfer process of collector was analyzed by the heat transfer principle, and the related hot water system was also designed according to the given conditions, including the design of water tank, water pump and pipeline.

Keywords: CPC (compound paraboloid collector);Thermotube; Concentrated;Hot water system

目 录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 绪论………………………………………………………………………1

1.1研究背景和意义………………………………………………………………1

1.2 太阳能热应用………………………………………………………………2

1.3 CPC集热器研究现状…………………………………………………………2

1.3.1国外研究现状……………………………………………………………3

1.3.2国内研究现状……………………………………………………………3

第二章 CPC集热器相关设计…………………………………………………4

2.1.集热器相关零部件的选用………………………………………………4

2.1.1内、外真空玻璃管………………………………………………………4

2.1.2吸热管…………………………………………………………………4

2.2.聚光器设计……………………………………………………………………4

2.3.CPC集热器光学分析…………………………………………………………8

2.4集热器的传热分析…………………………………………………………9

2.4.1.传热过程中的热量计算…………………………………………9

第三章 太阳能热水系统设计………………………………………………12

3.1.热水系统及集热器相关数据计算……………………………………………12

3.1.1集热器相关计算……………………………………………………12

3.2．管道及相关设备的选择……………………………………………………14

3.2.1管道阻力计算及水泵的选择…………………………………………15

3.2.2.水箱的选择…………………………………………………………16

3.2.3 辅助加热………………………………………………………………17

第四章 结论与展望…………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………20

致谢…………………………………………………………………………………24

第一章 绪 论

1.1研究背景和意义

在化石燃料日渐枯竭的今天，寻找新的清洁可再生新能源来代替传统的化石燃料迫在眉睫^[1]，而在我国缺油且因煤炭燃烧造成大量污染的背景下，这一需求对我们来说尤为强烈。我国正处在经济飞速发展的阶段，发展需要大量的能源来推动，而巨大的人口基数也注定我国的能源消耗十分巨大。然而我们的化石能源却并不丰富，“多煤，少油，少气”的资源特点使得我国在发展过程中付出了巨大的环境代价，PM2.5、雾霾，化石燃料的大量燃烧使得各种环境问题日渐突出，我们必须尽快对我们的能源结构进行优化调整，大力开发应用清洁的可再生能源。目前已经有许多的新能源技术被投入了应用，风能、水能、地热能，但这些新能源大多受地域影响，与这些能源相比，太阳能更加容易获取，且数量庞大，储量多，因此开发使用太阳能成为各国关注的焦点^[2]。

我国有着十分丰富的太阳能资源，据统计，我国陆地上接收的太阳辐射折合标准煤2.4万亿吨^[3]。地理上，西部的太阳能资源要多于东部，而西藏新疆青海等地尤为丰富。

现在成熟的太阳能的利用方式包括太阳能发电、光热利用等。利用太阳能发电是对太阳能利用的趋向^[4]，通过光热电转化或者直接光电转化来实现太阳辐射到电能的转换，不过目前这方面的研究还不够成熟，太阳能的不稳定以及产生电能的低效率导致现在的产品尚未达到商业化的程度，同时对转换后电能的存储也是要考虑的问题，尚无法用来代替化石燃料，而去年政府取消了对太阳能产业方面的补贴更是对这一产业造成了巨大的影响。目前对太阳能最为广泛与成熟的利用方式是光热利用，通过集热器来接收太阳辐射，利用太阳能来加热工质来利用太阳。

现在对于太阳能利用最为广泛的方法是光热利用，而其中代表就是太阳能热水器。太阳能热水器通过集热器来接受太阳辐射，并加热热水。加热后的热水转移到水箱中等待使用。太阳能热水器低耗又无污染，值得推广，但它也存在缺点，热水器的使用会受到天气的影响，当太阳辐射不足可能会无法通过所需要的热水，根据需要有的热水系统会加设辅助热源，这样就能使热水器的使用不受环境的影响。

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