CN102563934A

CN102563934A - 一种太阳能热气流发电集热棚材料

Info

Publication number: CN102563934A
Application number: CN2011104143636A
Authority: CN
Inventors: 谢永慧; 李平; 李亚鸽; 张荻
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种太阳能热气流发电集热棚材料，采用中空的PC板且在PC板的空腔内填充有二氧化碳气体。本发明是一种将PC板和二氧化碳相结合的集热棚材料，PC板质量轻，而且它的透过率和保温特性比普通玻璃和中空玻璃好。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。投射到地面的太阳光辐射主要是短波辐射，可以透过二氧化碳层射入地面，而地面土壤增暖后放出的长波辐射却被集热棚材料中的二氧化碳所吸收，从而产生大气变暖的效应。

Description

一种太阳能热气流发电集热棚材料

技术领域

本发明涉及一种太阳能利用技术，尤其涉及一种将二氧化碳和PC板应用于太阳能热气流发电集热棚材料。

背景技术

太阳能热气流发电技术是一种以空气为工质的发电系统，太阳光照射集热棚，加热棚内的空气和棚下的土壤(即系统蓄热层)，受热空气温度升高，密度下降，在导流塔的抽吸作用下形成一股强大的上升气流，驱动风力透平机组发电，同时集热棚周围的冷空气补充进入棚内，形成持续不断的空气循环流动。集热棚是太阳能热气流发电系统的重要组成部分，它对整个系统的效率和造价有着重要的影响。集热棚覆盖材料的透射率直接决定进入集热棚的光照强度和光质(光谱成分)，也决定了集热棚内的太阳辐射能和对地表土壤热辐射的阻挡能力；覆盖材料的传热特性影响集热棚的保温效果，从而影响集热棚内空气温度升高幅度，集热棚的效率很大程度上取决于上述因素，因此，设计一种具有较好的透过率和保温性能的材料成为提高太阳能热气流发电系统效率的当务之急。

目前常用的集热棚材料有普通玻璃、中空玻璃和双层充气密封玻璃。但是，玻璃抗冲击性能差，容易破碎，而且玻璃的密度很大，对骨架承重要求严格。中空玻璃因其夹层空腔被抽成真空，形成负压，一旦玻璃受力破碎就会爆炸，有伤人危险。双层充气密封玻璃是在玻璃夹层空腔中充入惰性气体，虽然可以避免爆炸伤人，但因惰性气体的导热系数比空气高很多，所以保温效果不够好，而且成本很高。

经过对现有文献资料检索，针对太阳能热气流发电技术的研究，主要集中在对系统进行设计和改进上，针对太阳能热气流发电技术所使用具体装置的研究少见。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够改善集热棚的强度特性、安全性，并且提高集热棚集热效率的太阳能热气流发电集热棚材料，

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：采用中空的PC板且在PC板的空腔内填充有二氧化碳气体。

本发明是一种将PC板和二氧化碳相结合的集热棚材料，PC板质量轻，而且它的透过率和保温特性比普通玻璃和中空玻璃好。二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。投射到地面的太阳光辐射主要是短波辐射，可以透过二氧化碳层射入地面，而地面土壤增暖后放出的长波辐射却被集热棚材料中的二氧化碳所吸收，从而产生大气变暖的效应。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是填充有二氧化碳气体的PC板、普通PC板、普通玻璃三种材料导热系数对比图；

图3是填充有二氧化碳气体的PC板、普通PC板、普通玻璃三种材料在不同光波区段对紫外/可见/近红外光的透射率对比图；

图4是填充有二氧化碳气体的PC板、普通PC板、普通玻璃三种材料对红外光不同光波区段的反射率对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的太阳能热气流发电集热棚材料采用中空的PC板1，且在PC板1的空腔2内填充有二氧化碳气体。

本发明将PC板和二氧化碳气体应用于太阳能热气流发电集热棚，PC板是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性。对比其它材料而言，PC板具有很多优点。其透光率稍高于玻璃，传热系数远小于玻璃，工作温度可在-40℃～120℃。在PC板上下表面间具有空气隔热层，其中具有很多按一定间距排列的垂直隔断，避免了间隙内大范围的空气环流，从而减少热量的散失。

本发明采用具有吸热和隔热功能的二氧化碳气体，将二氧化碳填充于密封的PC板的空腔中，使得集热棚材料具有良好的保温效果。投射到地面的太阳光辐射主要是短波辐射，可以透过集热棚射入地面，而地面土壤增暖后放出的长波辐射却被集热棚中的二氧化碳吸收和反射，产生类似温室效应，使得集热棚下面空气温升更为显著。

本发明通过各种实验证明，PC板的导热系数远小于普通玻璃的导热系数，填充有二氧化碳气体的PC板导热系数比普通PC板导热系数更小，可以看出填充有二氧化碳气体的PC板的保温性能最佳；PC板和填充有二氧化碳气体的PC板在整个波段透过率波动不太大，和玻璃相比透过率相当，在反射率实验中，对于长波辐射，玻璃的反射性能劣于充以二氧化碳气体的PC板和普通PC板，此外，充以二氧化碳气体的PC板反射性能稍好于普通PC板。因而填充二氧化碳气体的PC板导热系数小，具有良好的隔热效果；波段透过率平稳，具有良好光波适应性；长波辐射反射率高，可以反射来自集热棚下土壤和空气的光波辐射，吸热效果明显。

由于PC板的冲击强度是玻璃的80倍，重量是同厚度玻璃的1/12-1/15左右，既可热弯，也可冷弯成拱形、半圆形等形状，施工安全方便，较低的价格和较长的使用寿命将会提高拟建大型综合系统的经济性。

发明人采用TC-II导热系数测定仪利用稳态法测定不同材料的导热系数，借以比较不同材料的导热性能。参见图2，研究发现普通PC板的导热系数比普通玻璃的导热系数减少了85.73％，充以二氧化碳气体的PC板导热系数比普通PC板导热系数减少了15.92％，在其它实验条件不变的情况下，材料的保温性能跟材料的导热系数成反比，故可得充有二氧化碳气体的PC板保温性能明显优于普通玻璃和普通PC板。

表1实验台装置的原始数据

参见图3，发明人研究发现，在紫外线/可见光部分波段，在波长750nm之前，玻璃的透过率高于其它两种材料，充以二氧化碳气体的PC板透过率高于PC板；在近红外光部分，充以二氧化碳气体的PC板和普通PC板的透过率明显大于玻璃，充以二氧化碳气体的PC板比起普通PC板较高，故此波段充以二氧化碳气体的PC板透过性能优于其它两种材料；而普通PC板在此波段透过率比玻璃较高，故此波段充以二氧化碳气体的PC板性能较好。在远红外光部分，普通PC板和充以二氧化碳气体的PC板透过性仍然差别不大，但是相比来看，玻璃的透过率却较好一些，故此波段玻璃透过性能较好。综合来看，普通PC板和充以二氧化碳气体的PC板在整个波段透过率波动不太大，相比玻璃而言，三种材料在整个波段透过率相当。因此，充以二氧化碳气体的PC板和玻璃相比对太阳光的透过影响不大。

参见图4，发明人研究发现，对于红外光线，波数大于1300，玻璃的反射率稍高于其它两种材料，充以二氧化碳气体的PC板反射率稍好于普通PC板，但是当波数小于1300，玻璃的反射率急剧降低，明显低于其它两种材料，而充以二氧化碳气体的PC板反射率略高于普通PC板。集热棚内部地面温度范围在40-60℃左右，根据维恩位移定律，地面辐射峰值波长在8.7-9.25μm间，波数范围即为1080-1149cm^-1，在此波数范围内，地面在单位时间、单位波长和单位立体角内所辐射的能量最大，并且波数小于1300，充以二氧化碳气体的PC板反射率大于其他材料，可以将来自地面的辐射反射回去，具有良好的保温性能。

Claims

1.一种太阳能热气流发电集热棚材料，其特征在于：采用中空的PC板(1)且在PC板(1)的空腔(2)内填充有二氧化碳气体。