太阳能热利用技术现状和建议

刘 亮温 彦孙玉杰张晓英

（1.山东科技大学机电学院，山东 青岛 266590；2.山东科技大学信息学院，山东 青岛 266590；3.中国海洋大学法政学院，山东 青岛 266100）

太阳能热利用技术现状和建议

刘 亮1温 彦2孙玉杰1张晓英3

（1.山东科技大学机电学院，山东 青岛 266590；2.山东科技大学信息学院，山东 青岛 266590；3.中国海洋大学法政学院，山东 青岛 266100）

摘 要：我国热水器和光伏发电技术较成熟，然而太阳灶、烤炉和太阳能水杯存在技术上的不足，无法满足消费者的理想需求，因此，需要通过科技创新解决当前矛盾，促进太阳能热利用新产品的开发，积极开拓太阳能新产品市场，达到节能减排的效果，缓解资源约束趋紧和生态系统恶化的严峻形势，建设和谐美丽中国。

关键词：太阳灶；太阳能烤炉；太阳能水杯；技术现状

面临资源紧缺现状，而我国太阳能资源蕴藏丰富，发展太阳能产业具有良好前景。目前，太阳能光伏发电和热水系统两项技术较成熟，但随着人们环保思想的提高，太阳能热利用产品备受人们亲睐，但技术处于初级阶段，因此近年来太阳能新产品未能得到广泛应用。

一、太阳灶现状

太阳灶在甘肃等地推广较快，具有经济、社会、生态效益的特点。太阳灶一般通过旋转抛物面将太阳辐射能转换成热能，以满足炊事要求，它分为正轴、偏轴。当太阳高度角较小时，正轴灶有相应部分反射光线不能汇聚到锅底，功率较差，尤其冬季时，光强度低和温度低，效率更低。相比而言偏轴灶效率更高一些，采用“三圆作图法”对采光面积进行了优化。太阳灶虽然有低碳、低价、节能、环保、实用等优点，但在我国尚未推广，主要原因有以下几点。

①模具成本高。多年来灶体材料多次更新换代，直到今天，利用模具冲压而成的钢板灶体，虽然精度、强度和刚度好，但模具开发成本约10万元，并且维修成本高、周期长。另外许多厂家为降低成本，而直接调用卫星天线模具，这无疑对太阳灶效率有一定影响。

②操作麻烦。太阳高度角和方位角是时刻变化着，采光面要进行跟踪，考虑到一般用在农村，成本必须低，一般采用手动跟踪方式。例如在烧水时，调节灶体采光面角度，让光斑照射到锅底，正午效率高，其他时间相差悬殊，一般只能作烧水功能使用，炒菜很难，尤其到冬天时，散热速率快，在不加保温设施情况下，水甚至烧不开。为了快速烧水，使用者需多次反复地调节采光面。

③效率低，功能单一。现在的反光材料一般采用镀铝薄膜，反射率达到86%，使用年限一般为2年，镜子反射率高但易碎。太阳灶采光面直径一般为1.5米，若增加采光面积尺寸，功率会提高，但所占的空间也增大，必须将反光面折叠这一因素考虑进去。

④组装麻烦，无法折叠。考虑到装箱运输问题，企业生产的太阳灶一般是由六块大致相同的部分堆叠而成，由于每块是曲面的，体积大，在长方体纸箱里没有有效利用空间。用户购买后，一般自行组装需要30分钟。使用者炊事完毕后，灶体的反光面无法折叠，占地空间大，给用户带来了不便。

二、太阳能烤炉现状

近年来，随着国家大力支持新能源产品的开发，开发出太阳能烤炉，它是采用槽式聚光器将太阳光辐射能量聚集到集热管，将光能转化为热能，对食物加热。目前我国主要有两个厂家销售此类产品，一个是皇明集团的太阳手提式微厨烤炫灶，另一个是凌鼎集团设计的太阳能烤炉。通过调查，了解到有以下方面的不足。

①稳定性差、效率较低。当太阳高度角很低时，皇明烤炫灶采光面与水平面的仰角角度大，反光面和集热管（包括需要加热的食物）重心在支架外，稳定性差，存在一定结构上的缺陷。皇明烤炫灶是南北放置，凌鼎烤炉是东西放置，无论哪种放置方式，反光面的调节角度不是任意的，无法保证太阳光线与主光轴平行，不能有效的利用太阳光的辐射能。一年四季使用效率悬殊，尤其冬天很长时间才能将食物烤熟。

②功能较单一、油污难以清理。凌鼎烤炉仅可以烧烤地瓜、肉串等固体食物，无法完成对流体类的加热；皇明烤炫灶功能较强大，无法完成蒸饭、炒菜等功能。使用过程中，需要加热的食物一般直接在集热管里进行的，无法有效的排出油污，集热管里的污染物难以清理。

③安全系数低、占地空间大。夏季光照辐射强度高，集热管易不均匀受热，很容易炸管，必须加防护措施，保护使用者的安全。皇明烤炫灶完成了反光板的折叠，外观像行李箱；凌鼎烤炉完成了支架折叠。两个厂家的产品均占地空间大，无法携带，无法满足旅游方面的需求。

三、太阳能水杯现状

我国旅游资源丰富，近年来无论城市还是农村生活水平逐步提高，人们对室外旅游提出了更高的要求，太阳能水杯备受人们亲睐，一般分为聚光式和非聚光式。需要改进的地方有以下几点。

热效率低，杯中水对流速率慢，传热效率低；安全性能低，当太阳光对杯中水加热时，水压很高，水很难沸腾，且易炸毁杯子；外壳易变形，当杯子在太阳光下加热时，反射面聚到的光未能完全被水吸收，而是散射到外壳，塑料外壳很容易受热变形老化，尤其是天气好的夏天。

四、太阳能热利用新产品建议及发展趋势

面临能源短缺，国家会大力支持新能源方面的研发，相关企业应充分抓好这个机会，积极努力开发出太阳能新产品，例如太阳能炊具、太阳能玩具等，为我国太阳能事业做出贡献。基于上述产品的不足，各厂家要积极地同国际展会中的技术和销售人员探讨，积极开拓太阳能新产品市场，达到节能减排的效果，建设和谐美丽中国。总之，未来热利用产品的发展趋势是占地空间小、重量轻、便于携带、安全、稳定性高、效率高、多功能等，以满足人们家用甚至户外旅游的需求。

参考文献

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[2]刘莉莹，何骁，王琦，等.新型便携式组合偏轴聚光太阳灶的研制[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2014，10（04）：295-297.

[3]肖遵林，施钰川.槽式太阳聚光器的研究[J].可再生能源，2007，25（02）：10-12.

[4]非言.皇明太阳能全面转型[J].太阳能，2013（10）：32.

[5]刘春喜.太阳能炊具的低碳商机[J].现代家电，2012（17）：65-66.

中图分类号：TK11

文献标识码：A