太阳能热利用系统辅助加热系统分析

太阳能热利用系统辅助加热系统分析

刘寅，沈英达，戴永军

（中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴314000）

摘要：太阳能热利用系统作为清洁无污染的绿色能源，对光照依赖度较强，为了提高系统可靠性必须配置辅助加热系统。本文就目前常见的几种辅助加热系统优劣势进行分析，以便在太阳能热利用系统的设计中更好地优化选择。

正文：

太阳能热利用技术是指通过太阳能集热器将太阳辐射的光能转化为热能，将集热器内的水从低温加热到高温从而加以利用的技术。随着太阳能热利用技术的发展和普及，集热器效率有了很大的提升，太阳能热利用系统已从原来提供热水用于洗浴，发展到供暖、发电、提供蒸汽。太阳能热利用系统虽然有着清洁无污染等优点，但是本身也有局限性，其对天气条件具有强烈的依赖性，当遇到雨雪及冬季日照不足的天气时，太阳能热利用系统就难以收集足够的热能供日常使用，虽然很多系统可以配置一定的储热装置预先存储一些热量，但遇到连续阴雨等极端天气，系统的可靠性还是会受到质疑。因此，一般的太阳能热利用系统都会配置一个或多个辅助加热装置，作为光照条件不足时的备份热源。

目前常见的辅助加热方法，根据热源区分，主要有电辅助加热、燃气辅助加热、空气源热泵辅助加热等；根据加热结构区分，可分为在线式加热、储热式加热等。下面将对各种加热方式进行分析：

一、电辅助加热

电辅助加热是指利用电热装置（如电热棒、电热丝等）为太阳能热利用系统提供辅助加热的方式，也是目前最为常见的一种辅助加热方式。电辅助加热可以灵活适用于在线式加热、储热式加热。

用于在线式的电辅助加热装置，一般安装于出水末端，对末端出水水温要求不高（40℃~60℃），且对电加热装置的瞬时功率要求较高。其可自适应末端水温，当水温不足时进行在线加热使水温达到目标温度。优点是结构简单，即开即用，更换方便；缺点是无法有效利用谷电进行加热，且需做好漏电保护。

用于储热式的电辅助加热装置，一般安装于储热水箱内部，或与储热水箱进行热循环。根据应用场景的不同，可灵活配置加热功率。安装于储热水箱内部的电辅助加热装置，成本低廉，但更换比较麻烦，需要排空储热水箱；安装于储热水箱外部的电辅助加热装置，需要另行配置热循环设备（中继水箱、水泵等）。储热式电辅助加热需要一套单独的控制逻辑用于热循环控制，优点是可以合理利用谷电时段对水箱进行加热。

二、燃气辅助加热

燃气辅助加热是指利用燃气炉为太阳能热利用系统提供辅助加热的方式，一般应用于工程型光热系统。因燃气不存在峰谷使用的情况，所以一般选择在线式加热的方式进行辅助补热。与在线式电辅助加热装置安装方式类似，安装于出水末端，出水水温也相对较高。燃气辅助加热的优点是结构简单，即开即用；缺点是需要有燃气管道的接入。

三、空气源热泵辅助加热

空气源热泵辅助加热一般应用于工程型光热系统，由于空气源热泵比较省电但是加热速度较慢的特性，一般采用储热式加热的结构，特别适用于储热量较大的光热系统。空气源热泵作为辅助加热装置的优点在于运行费用低，缺点是前期设备成本偏高，且空气源热泵在北方极寒天气下很难运用，在普通寒冷天气下效率也不高。

总结

太阳能热利用系统能够灵活地与各种能源形成互补，如水源热泵、地源热泵、电磁加热等，其结构形式无外乎在线式和储热式两种。通过对辅助加热系统的优化设计，可使太阳能热利用系统在不同的应用场景中更好地发挥作用。

参考文献：

[1]何梓年.太阳能热利用技术.中国科学技术大学出版社，2009.