太陽能動力裝置

常規(guī)方式的太陽能動力裝置如圖1所示,一次系統(tǒng)的集熱器通過換熱器和二次系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來。二次系統(tǒng)中的低沸點工質(zhì)蒸汽流經(jīng)膨脹機作功而帶動發(fā)電機(或水泵、熱泵等)的運轉(zhuǎn)，為系統(tǒng)的機械部分提供能量。

俄羅斯研制出以水代氫太陽能動力裝置

俄羅斯“能源”火箭宇航公司成功研制出一種新型太陽能動力裝置。這種裝置可為空間設(shè)備在軌道變換過程中　提供動力,其發(fā)動機燃料不是常用的氫,而是水和電。這種新型發(fā)動機的工作機理是:太陽光通過半導體轉(zhuǎn)換成電能,然后在電解池里進行電解水,電解釋放出的氧和氫再通過相互作用產(chǎn)生推動力。在設(shè)計過程中,研究人員考慮到了包括液氣分離器、泵等組件在失重條件下的工作性能,使得發(fā)電機能夠在失重的情況下正常工作。研究人員指出,這種發(fā)動機的牽引力不大,并且是不連續(xù)的,像“后浪推前浪”一樣是脈沖式的。它主要用于空間軌道之間不要求快速的從近地軌道發(fā)射到更高軌道的設(shè)備的轉(zhuǎn)移。開發(fā)用水做燃料的這種發(fā)動機,主要是因為在萬有引力作用下,在軌道站上使用和長期儲存液態(tài)氫既不方便,也不現(xiàn)實。但在空間站上使用和貯存水就沒有這些問題。

圖3所示出逆流換熱器中工質(zhì)的溫度變化。橫坐標為低沸點工質(zhì)從進口段開始沿途所吸收的熱量Q二占全程吸熱總量Q的比例數(shù)。過程線12代表熱水在換熱器中的定壓放熱過程;過程線40代表低沸點工質(zhì)的定壓預(yù)熱段;過程線03代表低沸點工質(zhì)的定壓蒸發(fā)段。P為節(jié)點△t_P是節(jié)點溫差，表示熱水和低沸點工質(zhì)之間的最小溫差，它由換熱器的傳熱條件所決定。由圖3可知，換熱器中熱水和低沸點工質(zhì)間的平均傳熱溫差△t_cP通常要比△t_P大得多，因

而導致?lián)Q熱器熱損失很大。

由于集熱器出口的熱水溫度可以人為地采用不同類型的集熱器、改變集熱器面積或改變熱水流量而加以控制，因此建議采用圖4中表示的“分段匹配”方式。它的特征是以并聯(lián)的高溫集熱器和低溫集熱器分別與串聯(lián)的蒸發(fā)器和預(yù)熱器相匹配。這時，高溫集熱器熱水出口溫度為t_I，返回溫度為t_P，熱水流量為G_高。低溫集熱器熱水出口溫度為t_P，返回溫度為t_II,熱水流量為G_低。這樣，圖4中的過程線12就變?yōu)镮p和P_ii兩部分。由于節(jié)點P未變，亦即在維持最小節(jié)點溫差△t_P，不變的情況下，分別降低了蒸發(fā)器和預(yù)熱器中的傳熱溫差△t_cP,蒸和△t_cP,予，從而減少了整個換熱器的不可逆熱損失。

這種分段匹配方案，在提高二次系統(tǒng)熱效率的同時，由于高、低溫集熱器的工作溫度范圍已分別和未分段匹配前原集熱器的有所不同勢必引起集熱器熱效率的變化。因此下面進一步分析分段匹配方式的加效率。

如圖2計算過程可以看出，此時二次系統(tǒng)的熱效率恰等于太陽能動力裝置的熱效率。集熱器熱效率計算應(yīng)為 6.42%，二次系統(tǒng)熱效率為53.07%，而且二次系統(tǒng)的熱損失主要是由換熱器和冷凝器中的不可逆?zhèn)鳠釡夭钜鸬?，特別是換熱器熱損失占了首位，達16.69%，這表明減少換熱器熱損失是提高熱效率的重要途徑。

人類利用太陽能雖然已有3000多年的歷史，但把太陽能作為一種能源和動力加以利用，卻只有不到400年的歷史。自17世紀初以來可以按照太陽能利用發(fā)展和應(yīng)用的狀況，把現(xiàn)代世界太陽能利用的發(fā)展過程大致劃分為8個階段。

近代太陽能利用的歷史，一般從1615年法國工程師所羅門，德·考克斯發(fā)明世界上第一臺利用太陽能驅(qū)動的抽水泵算起；1901～1920年這一階段世界太陽能研究的重點，仍然是太陽能動力裝置。但采用的聚光方式多樣化，并開始采用平板式集熱器和低沸點工質(zhì)；1921～1945年由于化石燃料的大量開采應(yīng)用及爆發(fā)了第二次世界大戰(zhàn)的影響，此階段太陽能利用的研究開發(fā)處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項目及研究資金大為減少；1946～1965年這一階段，太陽能利用的研究開始復蘇，加強了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，在太陽能利用的各個方面都有較大進展；1966～1973年此階段由于太陽能利用技術(shù)還不成熟，尚處于成長階段，世界太陽能利用工作停滯不前，發(fā)展緩慢；1973～1980年這一時期爆發(fā)的中東戰(zhàn)爭引發(fā)了西方國家的“石油危機”，使得越來越多的國家和有識之士意識到，現(xiàn)時的能源結(jié)構(gòu)必須改變，應(yīng)加速向新的能源結(jié)構(gòu)過渡，客觀上使這一階段成了太陽能利用前所未有的大發(fā)展時期；1981～1991年由于世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力，太陽能利用技術(shù)無重大突破；1992年至今為第八階段，1992年6月聯(lián)合國“世界環(huán)境與發(fā)展大會”在巴西召開之后，世界各國加強了對清潔能源技術(shù)的研究開發(fā)，使太陽能的開發(fā)利用工作走出低谷，得到越來越多國家的重視和加強。