可再生能源/太阳能热能

简介

利用太阳能产生的热量来发电的一系列可再生能源概念被归类为太阳能热能部分。这是最常用于家庭用途的概念之一，人们可以在当地市场找到高效且经济实惠的本地安装产品。

家用应用

家用应用是指可以在每栋房屋或建筑物上安装以利用太阳能热能的应用。这些主要用于家庭供暖目的。市场上有用于供暖和烹饪的现成产品。

热水

可以通过使用太阳能集热器直接将太阳辐射转化为有用能量来加热水。这可用于提供直接使用的热水或供暖。太阳热量也可以用于房间供暖。

由于太阳能每天只有大约 6 个小时可用，因此这些可再生能源收集器始终需要附带能量存储。在太阳能热水器中，有一个热绝缘的储水箱，用于收集白天产生的热水，以便在适当的时间使用。此类系统也可以用电力/燃气增强。

结构

本节将用简单的术语解释使用太阳能热能加热水的基本组件和结构类型。

烹饪

由于烹饪是在白天进行的，因此这种安装通常不需要附带能量存储。

结构

本节将用简单的术语解释使用太阳能热能烹饪的基本组件和结构类型。

发电

大多数商业太阳能热能实施用于发电。发电中使用的原理是让一种流体通过太阳热量加热。然后利用加热的流体在涡轮机中发电。要驱动涡轮机，流体需要被加热到非常高的温度，并且需要实现高压。要达到如此高的温度，需要一个更加复杂的集热器。

直接太阳能

本节涵盖仅使用太阳能热能发电的概念。

混合太阳能

本节涵盖使用太阳能热能以及其他传统发电厂发电的概念。这是商业发电的更便捷选择，因为电力需求在一天中的不同时间有所不同。混合安装还可以补充和提高传统发电厂的效率。

实验

本节详细介绍了目前仍处于研究或实验阶段的太阳能热能概念。

太阳能池

太阳能池是一种梯度盐度池，可以捕获太阳的热量。任何湖泊都会吸收太阳的热量。通常，热量会随着温水上升到水面并通过蒸发冷却而损失。但水是导热性非常差的物质，如果可以阻止这种循环，热量就可以被困在湖泊底部。一个盐湖（理想情况下深度约 3 米），经过管理，使顶部的水盐度相对较低，而底部的水盐度非常高，就不会循环释放热量，因为底部的水由于盐度过高而无法上升。深层水会变得非常热——在适当的情况下超过 100 度——在热带地区通常达到 80 度。在澳大利亚南部，即使在冬季也能轻松达到 60 摄氏度。主要的管理问题是以适当的速率提取热量，这样湖泊就不会沸腾或“翻滚”并损失热量。通过利用太阳能，我们利用这种储存在热水中的能量来完成各种任务，其中发电是最主要的。作为一种太阳能形式，太阳能池集热器具有主要优势。

   The heat storage is massive, so energy can be extracted day and night - hence it is a source of 'base load' solar power  -
   no batteries or other storage needed !

   Solar ponds can have very large heat collection area at low cost.

   The major production potential is during peak electrical power demand (and price) in mid summer

   The technology and scientific principles for collection and extraction of heat and its conversion to electricity 
   are well understood and well documented in scientific papers.

   Any qualified engineer would be able to build one of these systems (being a refrigeration specialist would be 
   useful if you wanted to build a Rankine engine)

太阳能池类型

太阳能池主要分为两类：非对流池，通过阻止对流在池内发生来减少热量损失；对流池，通过在池表面覆盖一层盖子来阻止蒸发，从而减少热量损失。

非对流池

非对流池主要有两种：盐度梯度池和膜池。盐度梯度池有三个截然不同的盐水层（盐和水的混合物），浓度各不相同。由于盐水的密度随着盐浓度的增加而增加，因此浓度最高的层位于底部。浓度最低的层位于表面。常用的盐类是氯化钠和氯化镁。一个深色的材料——通常是丁基橡胶——衬在池子的底部。这种深色衬里可以增强对太阳辐射的吸收，并防止盐污染周围土壤和地下水。当阳光照射到池子里时，水和衬里会吸收太阳辐射。结果，池子底部附近的温度会上升——最高可达 200o F (93.3oC)。尽管所有层都存储了一些热量，但底部层存储的热量最多。即使变热，底部层也比上层更稠密，因此可以抑制对流。通过将盐水泵入外部热交换器或蒸发器来从该底部层中提取热量。另一种提取热量的方法是使用热传递流体，当它被泵入放置在池子底部的热交换器中时提取热量。另一种非对流池类型，膜池，通过使用薄透明膜物理隔离层来抑制对流。与盐度梯度池一样，从底部层提取热量。

对流池

一个经过充分研究的对流池的例子是浅层太阳能池。这种池子由封闭在一个大袋子里的纯水组成，这个袋子允许对流，但阻碍蒸发。袋子底部呈黑色，下方有泡沫绝缘层，顶部有两层玻璃（塑料或玻璃片）。白天，太阳照射袋子中的水，使其变热。晚上，热水被抽入一个大的储热罐中，以最大限度地减少热量损失。将热水抽入储热罐时的过度热量损失限制了浅层太阳能池的发展。另一种对流池是深层无盐池。这种对流池与浅层太阳能池的区别仅在于水无需抽入和抽出储热罐。深层无盐池采用双层玻璃覆盖。在晚上，或者当太阳能不可用时，在玻璃顶部放置绝缘材料可以减少热量损失。

只有在存在大量廉价盐、平坦土地和容易获得水的情况下，太阳能池才能经济地建造。环境因素也很重要。例如，要防止太阳能池中的盐水污染土壤。出于这些原因，以及由于目前廉价化石燃料的可用性，美国太阳能池的发展一直受到限制。该国太阳能池的最大潜在市场可能是工业过程热领域。