本刊记者 鹏飞
太阳能热利用产业可持续发展离不开技术的不断进步,而技术检测手段是衡量技术水平的重要尺度。当前,太阳能集热器性能检测仍需看“老天爷脸色”行事,即相关测试需满足一定的气象条件方能进行,尤其是太阳能辐照度,这就在一定程度上制约了太阳能科学技术研究的进度,降低研发工作效率。室内太阳模拟器被誉为“人造太阳”,可有效打破这一桎梏,但符合检测高标准技术要求的“人造太阳”技术复杂,在全世界范围内少之又少,仅有少数世界顶级的实验室才拥有这样的设备。
如今“人造太阳”来到中国,落户日出东方太阳能股份有限公司。
2012年12月10日,倍受关注的中国太阳能热利用行业“室内太阳模拟器应用及现场展示”研讨会在江苏连云港隆重开幕。本次研讨会由中国可再生能源学会太阳能热利用专委会主办,日出东方太阳能股份有限公司承办,参会的行业领导和专家包括中国可再生能源学会副理事长孟宪淦、中国农村能源行业协会太阳能热利用专业委员会主任罗振涛、中国可再生能源学会产业工作委员会主任委员朱俊生、中国可再生能源学会热利用专业委员会主任郑瑞澄、清华大学殷志强教授、上海交通大学王如竹教授等,另外还有来自中国建筑科学研究院、北京大学工学院、国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京、昆明、武汉)等单位的专家领导,以及清华阳光、力诺瑞特等企业代表应邀出席。
图1 太阳能模拟器实验室揭牌仪式
研讨会期间,日出东方“人造太阳”实验室正式揭牌,标志着国内首台“人造太阳”落户日出东方,日出东方也成为国内首家拥有世界最先进太阳能光热系统室内检测实验室的企业。
人造太阳模拟器,以模拟器作为光源,可以模拟太阳光照射。由于“人造太阳”本身体积较小,测试过程不受环境、气候、时间等因素影响,从而避免了室外测量的各种因素限制。日出东方所引进的“人造太阳”是目前世界上最先进的太阳能光热系统室内检测设备,由德国Fraunhofer ISE太阳能研究所和德国PSE公司合作开发研制,是德国太阳能专家严格按照国际标准为公司量身定制而成,总投资1500万元。
除此之外,为打造世界领先的研发检测能力,2009年,日出东方引进了德国斯图加特大学ITW研究所与斯图加特SWT技术公司合作开发的世界上最先进的太阳能光热系统测试设备。该检测设备能够最大限度地模拟太
阳能室外最恶劣的环境进行试验,检测项目覆盖了从原材料、配件到整机检测的所有项目,检测标准和检测技术达到国际实验室专业水平,有力助推了整个行业的研发检测能力的升级。
目前日出东方拥有行业内唯一的国家认定企业技术中心,建立了从原材料到整机,从集热部件到系统的CNAS国家认可实验室,是目前中国太阳能热利用行业检测水平最高的检测中心这一。并且自主研发了具有行业前景的中温集热检测系统,保障了公司创新实践的标准化和严谨度。
日出东方总工程师焦青太在“人造太阳”实验室演示现场表示:“室内太阳模拟器的投入检测,配合日出东方具备的世界最先进的室外太阳能检测线,能够做到全天候24小时不间断太阳能检测能力,尤其德国原装进口人造太阳模拟实验系统能够提供已知且长期稳定的实验条件,并能够对太阳能产品的相关设计开发效果过程做出极为准确的判定,改变了原有依靠经验的粗放式产品设计状况,引领整个太阳能产品设计进入科学化、精细化、目标化的针对性设计时代。”另据焦总工表示,日出东方“人造太阳”实验室对整个太阳能热利用行业开放,可协助行业研究机构、企业免费检测样品、新品,并及时提供详尽数据,充分降低检测研发成本。
日出东方董事长徐新建说,室内太阳模拟器虽然为日出东方出资购买,但公司愿意把它作为行业公共服务平台,为提升行业整体技术水平服务,他热诚欢迎其他企业免费使用这个平台。朱俊生主任对日出东方的慷慨奉献精神表示赞赏。
行业著名专家,清华大学殷志强教授则表示:“室内太阳模拟器可克服气候给太阳能光热的检测研发带来的不利条件,大大缩短时间成本,提升效率,降低整体研发检测周期,为行业提供更多一手数据,推动行业发展,为行业做出贡献。”在随后由殷教授主持举行的研讨会上,众多代表就此展开了热烈讨论,虽然代表意见有分歧,但殷教授表示,行业需要这种畅所欲言的学术氛围。
人造太阳模拟实验室投入使用后,将极大地增强日出东方研发力量的综合实力,加快产品的研发进程,进一步接轨国际高严标准,其高精度的检测能力也将引领行业进入精细化设计的新阶段,推动中国太阳能热利用步入世界太阳能行业前列。
太阳模拟器作为光源,可以模拟太阳光照射,其光谱接近太阳光谱。太阳模拟器本身体积较小,测试过程不受环境、气候、时间等因素影响,从而避免了室外测量的各种因素限制,因而太阳模拟器常被用于太阳能科学技术研究。
附
太阳模拟器室内检测系统主要部件如下图:
太阳模拟器使用一种特殊的金属卤素灯(MHG)作为辐射的光源,产生可以和连续光谱相媲美的密集稀土多线光谱,结合特殊的玻璃过滤器,可以提供和自然太阳光非常接近的光谱分布。
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自然天空的辐射温度低于环境温度,而金属卤素灯前方的玻璃过滤器在工作时能达到100℃以上,如果直接使用会产生大量的长波红外辐射照射集热器,影响测试结果。因此需要安装人造天空来阻止长波红外辐射换热。人造天空由两块镀有减反层的低铁玻璃组成,玻璃框架之间有冷空气不断循环,为了防止阴影或者不必要的反射,人造天空必须比测试平面稍大。
人造天空技术参数
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集热器测试台架由集热器支撑架、X-Y双轴扫描器、通风装置、恒温控制系统以及传感器及数据采集系统组成。
1 集热器支撑架
集热器支撑架采用铝合金框架,X-Y双轴扫描器以及通风装置安装在支撑架上,适用于不同类型集热器安装。通过中央控制系统及一对液压缸,可以实现0¡~90¡之间任意角度的调节。
集热器支撑架技术参数
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2 X-Y双轴扫描器
X-Y双轴扫描器上装有总辐射表、风速仪以及太阳光伏电池,可以在测试平面自由移动,可以实现对辐照均匀性、风速的精确测量以及对太阳辐射的快速测量。
X-Y双轴扫描器技术参数
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3 通风装置
通风装置安装在测试平面较低的边缘,中央控制系统可以根据集热器厚度设定通风装置的高度,使得集热器平面上的空气流容易达到最佳状态。同时,中央控制系统可以设定空气流动速度。
通风装置技术参数
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4 恒温控制系统
恒温控制系统通过保温软管和集热器连接,能够加热和冷却集热器回路的传热工质,配有冷水机组提供冷却水。
通过电磁体积流量计测量流体体积流量,另外体积流量计内的温度传感器测量流体温度,由此计算出流体质量流量。
恒温控制系统技术参数
5 传感器及数据采集系统
传感器及数据采集系统技术参数
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热水器测试台架由太阳能热水器支撑架、X-Y双轴扫描器、通风装置、遮阳装置以及管路循环系统组成,能够按照中国国家标准GB/T19141和GB/T18708对太阳能热水器的热性能进行测试。
太阳能热水器测试台架技术参数
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在整套测试系统中,太阳模拟器及测试台架上的传感器和执行器通过Can总线连接到触摸屏的中央控制系统,通过中央控制系统可以实现对太阳模拟器的高度和倾角、灯的位置、辐照强度、X-Y双轴扫描器的设定、测试台架的位置和倾角等参数进行精确调节。