釩鈦黑瓷太陽能用熱電裝置設計方案及熱電效能測試

1、釩鈦黑瓷太陽能家用熱電裝置設計及熱電效能測試-設計論文釩鈦黑瓷太陽能家用熱電裝置設計及熱電效能測試馬蘭，謝志軍（攀枝花學院材料工程學院，四川攀枝花617000）摘要：釩鈦黑瓷集熱板作為太陽能熱水器的集熱裝置，與溫差發(fā)電技術 進行集成，設計出家用熱電裝置。測試該裝置的加熱和發(fā)電效果，測試結果表明， 自制的家用熱電裝置能將容積為 64L的水箱中的水加熱到4575 C,冷熱端溫 差為2045 C,可產生電流為10.11994uA，電壓為45.22105mV。關鍵詞 ：太陽能，釩鈦黑瓷，溫差發(fā)電，熱電裝置，設計，測試中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A文章編號：1674-9324 （2016 ） 2

2、3-0100-02基金資助：釩鈦黑瓷太陽能熱水發(fā)電應用技術研究，攀枝花市科技服務民生行動項目（項目編號：2012CY-S-2 ）一、引言太陽能發(fā)電技術是指將太陽能轉化為電能的技術。就目前而言太陽能發(fā)電技術主要分為太陽能熱發(fā)電技術、 光伏發(fā)電技術。光伏發(fā)電其實質就是指光通 過太陽能電池板后將光能轉化為電能的技術 1。太陽能熱發(fā)電技術分為兩種， 其中一種是利用太陽能作為熱源將水加熱到沸騰產生水蒸氣，利用水蒸氣驅動汽輪機帶發(fā)電機發(fā)電，另一種是利用溫差發(fā)電技術將太陽輻射的熱能轉化為電能2。溫差發(fā)電技術在我國具有巨大的開發(fā)利用潛力，由于我國西部山區(qū)供電困難，而這部分地區(qū)太陽能資源豐富，溫差發(fā)電裝置安裝和

3、維護相對容易， 溫差發(fā)電技術的開發(fā)和利用將有助于解決山區(qū)用電問題。目前，用于太陽能集熱的材料主要有金屬、塑料、玻璃等材料。依照吸熱材料板芯的制作材質可以將其分為金 屬材料和非金屬材料，其中金屬材料主要包括：剛、鋁、銅等材料，非金屬材料 主要包括陶瓷、復合材料以及塑料等材料。按照吸熱效率來說銅的集熱效率高， 加工焊接難度不大，但是價格比較高。由于釩鈦黑瓷具有光熱轉換效率、 結構簡 單、成本低廉、便于廣泛推廣等特點綜合比較本實驗選擇釩鈦黑瓷為集熱材料。二、自制實驗裝置的設計1. 自制裝置簡介。通過計算釩鈦黑瓷中空板太陽能集熱器面積為6m2，釩鈦黑瓷支撐結構是以支撐架為主的結構，板架與地面的傾斜角度

4、為26。，選擇表1所示的銻化鉍發(fā)電片16片組成的溫差發(fā)電模組，導熱介質為導熱油。安裝 簡圖如圖1所示。2水箱內部結構設計。本裝置水箱導熱裝置選用傳熱性能好的導熱管， 在箱體內部安裝換熱效率較高的換熱管。 需要使用熱水時，向換熱管中通入冷水 通過與箱體中被集熱板加熱的油之間發(fā)生熱交換將冷水加熱。圖2圖5為水箱的裝配圖和發(fā)電系統(tǒng)放大圖。岀羞發(fā)電-生產，#粽恨的匚試送塡si誤l匸匚丈城忑即冬屯丁吩簡圈如圖2、4中結構1和結構7為油箱與集熱裝置的連接口，其技術要求為管道連通內箱體內部，管道與內箱體連接處密封，在管道伸出外箱體部分與集 熱板連接處安裝閥門以控制箱體內液體流動，圖2中結構2和結構4為換熱管

5、進水口和出水口，結構3為換熱管，其技術要求為換熱管與內外箱體連接部分要 求密封，圖3中的結構5為安裝溫度計套孔，其技術要求是套孔通向內箱體， 在與內箱體連接圭寸密圭寸，插入溫度計便于測量內箱體液體的溫度，便于隨時讀數(shù)， 結構6為發(fā)電裝置，圖5是其放大圖，結構8與結構12為安裝在溫差發(fā)電模組 上面的扇熱器，結構9與結構11為安裝在導熱管上面的發(fā)溫差電模組， 結構10 為導熱管，結構14為固定散熱片的固定件、發(fā)電模組、導熱管的支撐裝置，結 構13為墊片。溫差發(fā)電模組的熱端靠近導熱管，導熱管與溫差發(fā)電模組之間涂 有導熱硅脂，溫差發(fā)電模組遠離導熱管靠近散熱片的一端為冷端。整個系統(tǒng)工作情況為：油箱中的油

6、通過結構1和圖4中結構7與釩鈦黑瓷集熱板相連接，集 熱板加熱油通過結構1和結構7與油箱中的油進行熱循環(huán)，通過結構10導熱管 將油箱中的熱量導出后將熱量傳入箱體外部與結構10導熱管相連接的結構9和結構11溫差發(fā)電模組的熱端，熱量傳入結構 9和結構11的熱端后熱端升溫溫 差發(fā)電模組的熱端和冷端形成溫差后發(fā)出電， 結構8和結構12為安裝在溫差發(fā) 電模組冷端上面的散熱片，其目的是降低溫差發(fā)電模組冷端的溫度， 增大溫差發(fā) 電模組兩端的溫差提高發(fā)電效率。需要用水是將冷水由結構2或結構4通入結構3換熱管，在結構3中的冷水吸收內箱體的油的熱量后被加熱， 熱水由結構4 或結構2輸出熱水。三、釩鈦黑瓷太陽能熱電裝

7、置的效果測試用VC9801A+數(shù)字萬用表測試集熱板對水箱中水的加熱效果以及發(fā)電效果，測試時間為夏季13 : 00至17 : 00。通過上表的測試數(shù)據(jù)可以看出:1. 發(fā)電模組的連接萬式對發(fā)電功率影響較大， 并聯(lián)發(fā)電功率比串聯(lián)略大。2. 發(fā)電模組兩端的溫差對發(fā)電效率的影響很大。溫差略微提升，發(fā)電功率顯著增大。3廠家提供的測試數(shù)據(jù)中，當溫差為40 C時，每一個發(fā)電片發(fā)電功率為0.66w，本裝置共有16個發(fā)電片，按照廠家的數(shù)據(jù)，發(fā)電功率應為 10.66W。而本裝置測試的電壓、電流與廠家測試的數(shù)據(jù)相比有很大的差距， 其原因是由于廠 家測試數(shù)據(jù)時是將熱水裝入塑料袋，然后將裝有熱水的塑料袋直接貼在發(fā)電片的

8、熱端。本裝置的發(fā)電系統(tǒng)中傳熱的銅片與發(fā)電片的熱端相連接處熱量不能很好地 傳入發(fā)電片從而影響其發(fā)電效果，因此，改善銅片與發(fā)電片連接處的導熱性能， 將有助于提高裝置的發(fā)電效率。4.本裝置水箱中水溫最高只能達到 75 C,而釩鈦黑瓷中空板中的水溫可 以高達102 C,若改善裝置中各環(huán)節(jié)的保溫效果， 水箱中的水可得到升高，若同 時在發(fā)電模組冷端加裝強制冷卻裝置， 發(fā)電模組的冷熱端溫差也會得到提高， 發(fā) 電效果必定能有很好的改善。SJ2蘆知面闍圈4水細刖面圈R5農巧發(fā)電兼魏帰艾闍*2可w 及淤st的翱試第果iC C "門軸1電希:|jfwuyhoJI典電ifitm藝助-1 fK-11C17.

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