基本介紹
- 中文名：太陽能動力裝置
- 外文名：solar power system
- 能量來源：太陽能
- 能量轉換：太陽能轉換機械能
- 實際套用：太陽能飛機
- 所屬領域：太陽能綜合利用
原理及組成,系統熵分析,分段式裝置,代表性套用,
原理及組成
常規方式的太陽能動力裝置如圖1所示,一次系統的集熱器通過換熱器和二次系統聯結起來。二次系統中的低沸點工質蒸汽流經膨脹機作功而帶動發電機(或水泵、熱泵等)的運轉，為系統的機械部分提供能量。
圖1 常規方式的太陽能動力裝置
系統熵分析
如圖2計算過程可以看出，此時二次系統的熱效率恰等於太陽能動力裝置的熱效率。集熱器熱效率計算應為 6.42%，二次系統熱效率為53.07%，而且二次系統的熱損失主要是由換熱器和冷凝器中的不可逆傳熱溫差引起的，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。
圖2 計算過程
分段式裝置
圖3所示出逆流換熱器中工質的溫度變化。橫坐標為低沸點工質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。過程線12代表熱水在換熱器中的定壓放熱過程;過程線40代表低沸點工質的定壓預熱段;過程線03代表低沸點工質的定壓蒸發段。P為節點△tP是節點溫差，表示熱水和低沸點工質之間的最小溫差，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間的平均傳熱溫差△tcP通常要比△tP大得多，因
圖3
而導致換熱器熱損失很大。
由於集熱器出口的熱水溫度可以人為地採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，因此建議採用圖4中表示的“分段匹配”方式。它的特徵是以並聯的高溫集熱器和低溫集熱器分別與串聯的蒸發器和預熱器相匹配。這時，高溫集熱器熱水出口溫度為tI，返回溫度為tP，熱水流量為G高。低溫集熱器熱水出口溫度為tP，返回溫度為tII,熱水流量為G低。這樣，圖4中的過程線12就變為Ip和Pii兩部分。由於節點P未變，亦即在維持最小節點溫差△tP，不變的情況下，分別降低了蒸發器和預熱器中的傳熱溫差△tcP,蒸和△tcP,予，從而減少了整個換熱器的不可逆熱損失。
圖4
這種分段匹配方案，在提高二次系統熱效率的同時，由於高、低溫集熱器的工作溫度範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。
代表性套用
俄羅斯研製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製出一種新型太陽能動力裝置。這種裝置可為空間設備在軌道變換過程中 提供動力,其發動機燃料不是常用的氫,而是水和電。這種新型發動機的工作機理是:太陽光通過半導體轉換成電能,然後在電解池裡進行電解水,電解釋放出的氧和氫再通過相互作用產生推動力。在設計過程中,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,使得發電機能夠在失重的情況下正常工作。研究人員指出,這種發動機的牽引力不大,並且是不連續的,像“後浪推前浪”一樣是脈衝式的。它主要用於空間軌道之間不要求快速的從近地軌道發射到更高軌道的設備的轉移。開發用水做燃料的這種發動機,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氫既不方便,也不現實。但在空間站上使用和貯存水就沒有這些問題。
