可再生能源/太陽能熱能

簡介

利用太陽能產生的熱量來發電的一系列可再生能源概念被歸類為太陽能熱能部分。這是最常用於家庭用途的概念之一，人們可以在當地市場找到高效且經濟實惠的本地安裝產品。

家用應用

家用應用是指可以在每棟房屋或建築物上安裝以利用太陽能熱能的應用。這些主要用於家庭供暖目的。市場上有用於供暖和烹飪的現成產品。

熱水

可以透過使用太陽能集熱器直接將太陽輻射轉化為有用能量來加熱水。這可用於提供直接使用的熱水或供暖。太陽熱量也可以用於房間供暖。

由於太陽能每天只有大約 6 個小時可用，因此這些可再生能源收集器始終需要附帶能量儲存。在太陽能熱水器中，有一個熱絕緣的儲水箱，用於收集白天產生的熱水，以便在適當的時間使用。此類系統也可以用電力/燃氣增強。

結構

本節將用簡單的術語解釋使用太陽能熱能加熱水的基本元件和結構型別。

烹飪

由於烹飪是在白天進行的，因此這種安裝通常不需要附帶能量儲存。

結構

本節將用簡單的術語解釋使用太陽能熱能烹飪的基本元件和結構型別。

發電

大多數商業太陽能熱能實施用於發電。發電中使用的原理是讓一種流體透過太陽熱量加熱。然後利用加熱的流體在渦輪機中發電。要驅動渦輪機，流體需要被加熱到非常高的溫度，並且需要實現高壓。要達到如此高的溫度，需要一個更加複雜的集熱器。

直接太陽能

本節涵蓋僅使用太陽能熱能發電的概念。

混合太陽能

本節涵蓋使用太陽能熱能以及其他傳統發電廠發電的概念。這是商業發電的更便捷選擇，因為電力需求在一天中的不同時間有所不同。混合安裝還可以補充和提高傳統發電廠的效率。

實驗

本節詳細介紹了目前仍處於研究或實驗階段的太陽能熱能概念。

太陽能池

太陽能池是一種梯度鹽度池，可以捕獲太陽的熱量。任何湖泊都會吸收太陽的熱量。通常，熱量會隨著溫水上升到水面並透過蒸發冷卻而損失。但水是導熱性非常差的物質，如果可以阻止這種迴圈，熱量就可以被困在湖泊底部。一個鹽湖（理想情況下深度約 3 米），經過管理，使頂部的水鹽度相對較低，而底部的水鹽度非常高，就不會迴圈釋放熱量，因為底部的水由於鹽度過高而無法上升。深層水會變得非常熱——在適當的情況下超過 100 度——在熱帶地區通常達到 80 度。在澳大利亞南部，即使在冬季也能輕鬆達到 60 攝氏度。主要的管理問題是以適當的速率提取熱量，這樣湖泊就不會沸騰或“翻滾”並損失熱量。透過利用太陽能，我們利用這種儲存在熱水中的能量來完成各種任務，其中發電是最主要的。作為一種太陽能形式，太陽能池集熱器具有主要優勢。

   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)

太陽能池型別

太陽能池主要分為兩類：非對流池，透過阻止對流在池內發生來減少熱量損失；對流池，透過在池表面覆蓋一層蓋子來阻止蒸發，從而減少熱量損失。

非對流池

非對流池主要有兩種：鹽度梯度池和膜池。鹽度梯度池有三個截然不同的鹽水層（鹽和水的混合物），濃度各不相同。由於鹽水的密度隨著鹽濃度的增加而增加，因此濃度最高的層位於底部。濃度最低的層位於表面。常用的鹽類是氯化鈉和氯化鎂。一個深色的材料——通常是丁基橡膠——襯在池子的底部。這種深色襯裡可以增強對太陽輻射的吸收，並防止鹽汙染周圍土壤和地下水。當陽光照射到池子裡時，水和襯裡會吸收太陽輻射。結果，池子底部附近的溫度會上升——最高可達 200o F (93.3oC)。儘管所有層都儲存了一些熱量，但底部層儲存的熱量最多。即使變熱，底部層也比上層更稠密，因此可以抑制對流。透過將鹽水泵入外部熱交換器或蒸發器來從該底部層中提取熱量。另一種提取熱量的方法是使用熱傳遞流體，當它被泵入放置在池子底部的熱交換器中時提取熱量。另一種非對流池型別，膜池，透過使用薄透明膜物理隔離層來抑制對流。與鹽度梯度池一樣，從底部層提取熱量。

對流池

一個經過充分研究的對流池的例子是淺層太陽能池。這種池子由封閉在一個大袋子裡的純水組成，這個袋子允許對流，但阻礙蒸發。袋子底部呈黑色，下方有泡沫絕緣層，頂部有兩層玻璃（塑膠或玻璃片）。白天，太陽照射袋子中的水，使其變熱。晚上，熱水被抽入一個大的儲熱罐中，以最大限度地減少熱量損失。將熱水抽入儲熱罐時的過度熱量損失限制了淺層太陽能池的發展。另一種對流池是深層無鹽池。這種對流池與淺層太陽能池的區別僅在於水無需抽入和抽出儲熱罐。深層無鹽池採用雙層玻璃覆蓋。在晚上，或者當太陽能不可用時，在玻璃頂部放置絕緣材料可以減少熱量損失。

只有在存在大量廉價鹽、平坦土地和容易獲得水的情況下，太陽能池才能經濟地建造。環境因素也很重要。例如，要防止太陽能池中的鹽水汙染土壤。出於這些原因，以及由於目前廉價化石燃料的可用性，美國太陽能池的發展一直受到限制。該國太陽能池的最大潛在市場可能是工業過程熱領域。