基本介紹
- 中文名：太陽能熱機
- 外文名：Solar engine
- 定義：各種利用太陽能能做功的機械
- 能量來源：太陽能
- 目的：做功
- 原理：斯特林循環
原理,系統組成,產品特色,發展歷史,分類,高科技的太陽能斯特林熱機,簡易型太陽能斯特林熱機,
原理
太陽能熱機通常採用斯特林循環，利用斯特林熱機的形式製成，其熱交換過程允許將理想的熱效率轉換成機械運動。
斯特林熱機的結構圖
斯特林熱機的結構圖斯特林熱機屬於外燃機的一種，它是外部能源進行供熱，以氣體為工作物質，通過活塞循環封閉做功。在十八世紀，斯特林發動機由它的創始人蘇格蘭的斯特林成功研製，被稱為熱空氣外燃機。其氣缸含有兩端為熱腔（膨脹腔）和冷腔（壓縮腔）。腔內含有工質，當其在冷腔內時會被壓縮，工質被壓縮後，沿著被壓縮的方向就會從低溫冷腔內轉移到熱腔內，由於熱腔內的溫度很高，從而使得工質溫度升高，由熱脹冷縮的原理，工質就會膨脹從而推動活塞做功。提供給斯特林熱機能量的外部能源可以通過加熱器將熱量傳遞給腔室的工質，從而使工質獲得能量推動活塞做功。氣缸中的工質與外界隔離，只在腔內循環，所以不用來回的更換。
系統組成
整個太陽能熱機系統工作時，太陽能集熱器會吸收太陽穿過大氣輻射到地表的能量，然後通過工作物質傳送熱量給熱機，然後熱機利用熱能進行工作。
太陽能熱機的組成
太陽能熱機的組成太陽能集熱器對於整個熱利用系統來說很重要，它決定整個熱利用系統工作性能，對於整個熱利用系統來說是關鍵的組成部分。集熱器在接受太陽能光照時，由於其組成材料結構不同，而有不同的太陽能利用率。現在最為常見和普遍利用的太陽能集熱器為平板型和真空管型。 熱機的定義為指各種通過外界能源轉變為內能來對外進行做功的機械。它將燃料提供的能量通過一定方式轉變成內能，內能再通過一定的方式轉變成機械能的一種以能源為動力的設備。
產品特色
將太陽能轉換為機械能大致有兩種方式：一種是光-熱-機械能，另一種是光-電-機械能。就目前整個太陽能利用市場來看，太陽能斯特林熱機和太陽能電池處於競爭的狀態。但太陽能斯特林熱機的生產製造很容易，並且所需要的材料與太陽能電池不一樣，太陽能利用率也高。而太陽能電池所需材料昂貴且回收利用困難，廢舊電池很容易污染環境，不符合長遠發展利益，且其投資成本遠遠高於太陽能斯特林熱機。所以，我們應大量生產太陽能斯特林熱機，應將其廣泛的套用於工業生產、農業生產中。尤其像中國這樣的開發中國家，太陽能斯特林熱機更應該被開發利用。
發展歷史
自從人類誕生以來就對太陽能量產生了依賴，而且人類的生活也不能離開太陽能。經濟和科技都在飛快地發展，人類在套用太陽能方面的技術也在不斷地提高。人們將太陽能和斯特林熱機相結合組成太陽能斯特林熱機系統最早的時間是在 1872 年。發明第一台太陽能斯特林熱機的科學家的名字為愛利克絲。對於當時的年代來說，這種技術是處於科學中最先進的技術。但當時由於內燃機技術發達，且內燃機所使用的化石燃料價格低。另外太陽能斯特林熱機製造及技術成本昂貴，所以沒有發展起來。隨著時間推移，化石能源劇減，且環境污染嚴重，太陽能斯特林熱機將重新被人們重視。
分類
自從太陽能斯特林熱機誕生以來，總結其技術與發展特點，我們可以將其歸為兩類發展動向，並且兩種方向是完全背離的。下面我們歸結一下這兩種太陽能斯特林熱機：
高科技的太陽能斯特林熱機
高科技的太陽能斯特林熱機是最為正宗的斯特林熱機地套用。其封閉腔室內工作物質是氦和氫，並且整個發動機所採用的原材料是最為先進的材料，當其在被加工、製造、策劃和設計等都採用最為前沿的技術和科學家。斯特林熱機他最初是被用來作為汽車上的發動機，後來隨著科技的進步，成功研製出太陽能斯特林熱機。太陽能斯特林熱機在許多國家已被用作發電。如現在最為先進的碟式太陽能發電系統為碟式類聚光器、斯特林發電系統、發電機和發電控制系統。我們把這樣的太陽能斯特林熱機稱作高科技的太陽能斯特林熱機。
美國亞利桑那太陽熱發電系統
美國亞利桑那太陽熱發電系統由於這種高科技的太陽能斯特林熱機的製造成本昂貴，所以一直沒有被廣泛地套用於各個領域。但高科技的太陽能斯特林熱機在實驗室內的研究已經獲得不少成果，為其推廣打下了基礎。
簡易型太陽能斯特林熱機
簡易型太陽能斯特林熱機採用的是低壓熱空氣斯特林發動機。低壓熱空氣斯特林發動機氣缸內的工作物質是低壓空氣，且整個機身採用普通材料製造、技術構造都很簡單、無公害。高科技斯特林發動機成本昂貴、維修保護困難，所以低壓熱空氣斯特林熱機就會得到廣泛地套用，並且其在開發中國家套用前景值得看好。希爾博士發明的低壓大氣斯特林發動機最為有名，並且在巴基斯坦和印度得到了推廣使用。 隨著科學技術地進步，我們的製造工藝、原材料、傳熱技術、潤滑技術都與原來不同，且擁有了高超技術。所以低壓大氣斯特林發動機對於現在這個時代，我們可以很好地將其利用。現在有許多高超技術都被套用到了低壓大氣斯特林發動機上，所以許多科學家提出了新一代的低壓大氣斯特林發動機的設計思想。比如在日本研究了新式的低壓大氣斯特林發動機，非常適合開發中國家進行套用。 由於低壓大氣斯特林發動機具有良好地發展前景，所以本文地創新點就是研究以范德瓦爾斯氣體作為循環工作物質的太陽能斯特林熱機。低壓大氣斯特林熱機氣缸內的工作物質是空氣，而范德瓦斯氣體的特性接近空氣，所以採用范德瓦爾斯氣體作為系統的循環物質。
