太阳能动力装置

常规方式的太阳能动力装置如图1所示,一次系统的集热器通过换热器和二次系统联结起来。二次系统中的低沸点工质蒸汽流经膨胀机作功而带动发电机(或水泵、热泵等)的运转，为系统的机械部分提供能量。

俄罗斯研制出以水代氢太阳能动力装置

俄罗斯“能源”火箭宇航公司成功研制出一种新型太阳能动力装置。这种装置可为空间设备在轨道变换过程中　提供动力,其发动机燃料不是常用的氢,而是水和电。这种新型发动机的工作机理是:太阳光通过半导体转换成电能,然后在电解池里进行电解水,电解释放出的氧和氢再通过相互作用产生推动力。在设计过程中,研究人员考虑到了包括液气分离器、泵等组件在失重条件下的工作性能,使得发电机能够在失重的情况下正常工作。研究人员指出,这种发动机的牵引力不大,并且是不连续的,像“后浪推前浪”一样是脉冲式的。它主要用于空间轨道之间不要求快速的从近地轨道发射到更高轨道的设备的转移。开发用水做燃料的这种发动机,主要是因为在万有引力作用下,在轨道站上使用和长期储存液态氢既不方便,也不现实。但在空间站上使用和贮存水就没有这些问题。

图3所示出逆流换热器中工质的温度变化。横坐标为低沸点工质从进口段开始沿途所吸收的热量Q二占全程吸热总量Q的比例数。过程线12代表热水在换热器中的定压放热过程;过程线40代表低沸点工质的定压预热段;过程线03代表低沸点工质的定压蒸发段。P为节点△t_P是节点温差，表示热水和低沸点工质之间的最小温差，它由换热器的传热条件所决定。由图3可知，换热器中热水和低沸点工质间的平均传热温差△t_cP通常要比△t_P大得多，因

而导致换热器热损失很大。

由于集热器出口的热水温度可以人为地采用不同类型的集热器、改变集热器面积或改变热水流量而加以控制，因此建议采用图4中表示的“分段匹配”方式。它的特征是以并联的高温集热器和低温集热器分别与串联的蒸发器和预热器相匹配。这时，高温集热器热水出口温度为t_I，返回温度为t_P，热水流量为G_高。低温集热器热水出口温度为t_P，返回温度为t_II,热水流量为G_低。这样，图4中的过程线12就变为Ip和P_ii两部分。由于节点P未变，亦即在维持最小节点温差△t_P，不变的情况下，分别降低了蒸发器和预热器中的传热温差△t_cP,蒸和△t_cP,予，从而减少了整个换热器的不可逆热损失。

这种分段匹配方案，在提高二次系统热效率的同时，由于高、低温集热器的工作温度范围已分别和未分段匹配前原集热器的有所不同势必引起集热器热效率的变化。因此下面进一步分析分段匹配方式的加效率。

如图2计算过程可以看出，此时二次系统的热效率恰等于太阳能动力装置的热效率。集热器热效率计算应为 6.42%，二次系统热效率为53.07%，而且二次系统的热损失主要是由换热器和冷凝器中的不可逆传热温差引起的，特别是换热器热损失占了首位，达16.69%，这表明减少换热器热损失是提高热效率的重要途径。

人类利用太阳能虽然已有3000多年的历史，但把太阳能作为一种能源和动力加以利用，却只有不到400年的历史。自17世纪初以来可以按照太阳能利用发展和应用的状况，把现代世界太阳能利用的发展过程大致划分为8个阶段。

近代太阳能利用的历史，一般从1615年法国工程师所罗门，德·考克斯发明世界上第一台利用太阳能驱动的抽水泵算起；1901～1920年这一阶段世界太阳能研究的重点，仍然是太阳能动力装置。但采用的聚光方式多样化，并开始采用平板式集热器和低沸点工质；1921～1945年由于化石燃料的大量开采应用及爆发了第二次世界大战的影响，此阶段太阳能利用的研究开发处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目及研究资金大为减少；1946～1965年这一阶段，太阳能利用的研究开始复苏，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，在太阳能利用的各个方面都有较大进展；1966～1973年此阶段由于太阳能利用技术还不成熟，尚处于成长阶段，世界太阳能利用工作停滞不前，发展缓慢；1973～1980年这一时期爆发的中东战争引发了西方国家的“石油危机”，使得越来越多的国家和有识之士意识到，现时的能源结构必须改变，应加速向新的能源结构过渡，客观上使这一阶段成了太阳能利用前所未有的大发展时期；1981～1991年由于世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能利用技术无重大突破；1992年至今为第八阶段，1992年6月联合国“世界环境与发展大会”在巴西召开之后，世界各国加强了对清洁能源技术的研究开发，使太阳能的开发利用工作走出低谷，得到越来越多国家的重视和加强。