西藏的太阳能资源居全国首位，全区大部分地区太阳辐射年均达6000－8000兆焦耳／平方米；同时其日照时数也是全国的高值中心，全年平均日照时数在3300—3600小时，但同时也具有高寒、高海拔、缺氧、昼夜温差大、紫外线强度高等气候特点。如何开发西藏地区的太阳能资源，在近期举行的“2017高寒地区（西藏）太阳能采暖技术研讨会”上，作为太阳能光热行业内唯一入选央视“国家品牌计划”的企业，山东力诺瑞特新能源有限公司（下文简称力诺瑞特）的副总经理李琳特别对西藏条件下如何进行太阳能区域供热设计进行了介绍。
一、不同的区域供热设计系统
热力管网设计参数分为三类（CJJ43-2010）：
第一类，以热电厂或大型区域锅炉房为热源时，设计供水温度可取110-150℃，回水温度不应高于70℃，热电厂采用一级加热时，供水温度去较小值，采用二级加热额（包括串联尖端锅炉）时，供水温度取较大值。
第二类，以小型区域锅炉房为热源时，设计供回水温度可取户内采暖系统的设计温度。
第三类，多热源联网运行的供热系统中，各热源的设计供回水温度应一致，当区域锅炉与热电厂联网运行时，应采用以热电厂为热源的供热系统的最佳供回水温度。
二、1类用于中温太阳能短期蓄热方案的供热系统设计
1、热力管网设计参数
1）供热管网采用间接连接的方式，县城内共设三座换热站，一次网热媒温度105/70℃，一次网管线长度约4.7km，二次网热媒温度80/60℃，二次网管线长度约20km。
2）太阳能热源厂需提供105℃左右热水
本方案中太阳能采暖系统热源主要由太阳能集热系统、采暖水系统和电锅炉三部分组成。其中太阳能集热系统由CPC中温太阳能集热器、相变蓄热装置、太阳能换热器和导热油系统组成；采暖水系统有循环水泵、补水泵、定压补水装置、软化水装置和水管路等组成；辅助热源采用电锅炉。
图：区域供热系统原理
2、导热油系统原理
主要设备：CPC中温集热器、高位膨胀罐、油气分离器、相变蓄热装置、导热油泵、油水换热器；
蓄热环路的切换通过电动三通阀M1实现；
蓄热装置单独供热时，为防止热量从集热器侧损失，可通过调整电动阀F1、F2，将集热器管路隔离；需要防冻时则开启F2；
集热器系统设计进出口油温95/115℃。
3、运行模式
太阳能蓄热+辅助能源供暖系统主要有以下几种运行方式：
太阳能单独供热：太阳能辐照充足时，太阳能提供的热量可满足采暖需求，此时辅助热源和蓄热装置均不开启，系统运行只有水泵消耗部分电能。
太阳能供热+蓄热：根据设计太阳能保证率不同，当白天光照充足且小时耗热量较低时，集热器收集的多余能量需要储存起来，转移到夜间或阴雨天使用，此时太阳能提供的能量一部分用来供热，一部分储存到蓄热装置中，此时也只有水泵消耗部分电能。
蓄热供热：蓄热主要用于夜间或阴雨天，在太阳能不足时优先利用蓄热装置中储存的能量，不足时再启动辅助能源补充。
太阳能+辅助能源联合供热：白天光照较充足但达不到独立供热时，太阳能系统可作为供热回水的一次加热，提高回水温度，再由辅助能源加热到设计供水温度，此时太阳能虽然不能独立供热，但也可适当降低辅助能源的消耗。
辅助能源单独供热：太阳能系统不能使用的夜间或极端天气，启动辅助能源单独供热。
4、非采暖季的系统利用
1）温差半导体发电技术：温差发电是一种绿色环保无污染的发电方式，其具有发电结构简单耐用，无传统发电机运转所带来的噪声，以及使用寿命长的优点。对于温差半导体发电技术而言，其工作原理可以简述为：通过在2块不同性质的半导体两端设置一个温差，这样在半导体的两端就产生了直流电压其中温差半导体发电技术的原理主要来源于塞贝克(Seebeck)效应，该效应的解释为：在P型或者N型半导体中，由于热激发的作用比较强,会 导致高温端的空穴浓度或者电子浓度比低温端的大，这个跟PN结的特性有关，温度会对PN结的性能产生很大影响。 因而在这种浓度梯度的驱动下，空穴或者电子就会由于热扩散的影响,从高温的一端向低温的一端扩散,从而形成一种电 势差,这就是塞贝克效应，其原理如下图所示。
图：温差发电（Seebeck)效应原理图
2）区域分布式可再生能源站蓄热对比
图：区域分布式可再生能源站蓄热对比
3）蓄热产品技术
相变材料的温度不断升高在达到相变温度时，物理状态发生变化，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。同时大量相变热，被吸收戒释放出来；
产生了一个比较宽的温度平台，这个平台的出现，使得我们能够获得一个相对稳定的恒温时间。
图：系统集成——蓄热技术——相变蓄热
图：主要蓄热产品
5、非采暖季的系统利用（考虑采暖季较短的区域）
对于短期蓄热供热采暖，且采暖季相对较多的供热系统来说，非采暖季的热量利用是必须要解决的问题。
尤其是非采暖季光照充足，有很好的太阳能辐照，对集热器有诸多不利的影响。
1）第一类低温发电技术：目前工业余热发电的技术除了发电效率低于发电厂之外，其基本的设备及其技术与传统发电厂相同。这种单循环发电机组的原理是利用热量加热水成为高压水蒸气，推动透平机膨胀做功，由于饱和水蒸发温度至少100℃，因此透平机发电要求余热的温度至少达到150℃。正是由此原因，150℃以下的工业余热在没有其他用途的条件下，只能排放大气。因此降低发电温度，尽可能多地回收工业余热，是余热发电的技术难点和经济效益的主要指标。
2）第二类低温发电技术： 低温发电过程利用有机工质低沸点蒸发的热物性，通过低温热源与蒸发器之间换热，吸热蒸发成为饱和或者过热蒸气，蒸气推动膨胀机做功，将低品位热能转化为机械能，再通过同步发电机将机械能转化为电能。蒸气膨胀后进入冷凝器冷凝，由气态变为液态，再通过工质泵加压打入蒸发器完成整个循环。
6、中温集热器供热管网的系统优势
1) 中温集热器系统设计进出口油温95/115℃，集热效率在最平均供暖温度下，能够达到44%以上，是集热器最有利的结合温度点。
2) 太阳能热源场的供热管网可以与二次设计管网直接对接，简单有效。
3) 太阳能供热温度能够达到105℃以上，二次换热站的温度能够得到有效地保证。
4) 二次网的供热温度可以做到80℃，室内末端可以使用暖气片，无需另加投资。
5) 蓄热材料温度能够达到出水温度90℃，温度高，可以模块化组合，占地面积小，不需要进行土建施工。
6) 在非供暖季，可以将废热进行有效的利用，增加投资的附加价值。例如发电及免费热水应用等。
三、2类供热系统设计（跨季节储热，适合于取暖季较短的区域）
以小型区域锅炉房为热源时，设计供回水温度可取户内采暖系统的设计温度60-80℃ 为设计点；
多热源联网运行的供热系统中，各热源的设计供回水温度应一致，当区域锅炉与热电厂联网运行时，应采用以热电厂为热源的供热系统的最佳供回水温度。
1、蓄热设计
图：丹麦科技大学为技术支撑
2、适用跨季节蓄热的条件分析
图：跨季节蓄热技术原理
1) 跨季节蓄热适合于采暖季短，非采暖季较长的区域。
2) 跨季节蓄热一般采用土壤或者水体，对地质有一定的要求，必须勘查地质，并且需要较大的土建工程。
3) 跨季节蓄热的温度一般低于当地沸点5℃左右，其蓄热温度较低，能量密度也低，尤其是在高原地区，其蓄热体要求容量较大。
4) 平板太阳能集热器的工作温度在80℃时，按照给出的效率公式η=0.81-2.91（Tm-Ta)/G，其在西藏区域的效率（环温-5.3℃）已经达到40%以下。
5) 根据以上原理图，其供热温度经过换热之后，温度已经损失严重，70℃的供热温度较难保证。根据《CJJ43-20106.0.5》的规定，对于闭式供热系统的供水温度不得低于70℃，平板系统很难达到。
6) 平板集热器在极寒地区使用必须使用防冻液，但是防冻液的使用环境温度有很大的缺陷，105℃就开始沸腾。
3、太阳能系统技术路线
4、不同太阳能集热器产品对比（力诺瑞特整理）
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类型
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平板集热器
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CPC集热器
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槽式集热器
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菲涅尔集热器
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聚光原理
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平板型太阳能集热器主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。用平板型太阳能集热器组成的热水器即平板太阳能热水器。当平板型太阳能集热器工作时，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出；与此同时，温度升高后的吸热板不可避免的要通过传导、对流和辐射等方式向四周散热，成为集热器的热量损失。
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将高反射、耐候性高的反光板（抛物线形聚光器）放置在真空管的后面。反光板是涂有保护涂层的金属材料精确辊压成型。这种反光板在几何学的角度保证了不适宜的入射角度太阳光或漫散射太阳光均能反射至吸收体上。它在实质上改善了集热器的能量产出。通过独特的设计，更换反光板不需额外工具。
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采用菲涅尔凸透镜技术可以对数百面反射镜进行同时跟踪，将数百或数千平方米的阳光聚焦到光能转换部件上（聚光度约50倍，可以产生三、四百度的高温）。
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菲涅尔式太阳能集热使用平面玻璃作为反射镜，菲涅耳主聚光镜为条形反射镜，每条反射镜两端有转轴，其轴线与条反射镜中轴线平行，贴近条形平面玻璃反射镜反面，每个反射镜可绕转轴转动，有独立的驱动装置，是一个单轴太阳跟踪反射镜。若干个条形平面玻璃反射镜组成整套的单轴太阳跟踪聚光反射镜系统。菲涅尔工作原理类似槽式光热发电，只是采用菲涅尔结构的聚光镜来替代抛面镜。
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集热效率
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出水温度低于80℃时集热效率较高可达60%左右，出水温度超过80℃时集热器效率下降较快，效率低于50%。
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CPC集热器效率衰减低，能够保证全年效率在58%以上
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峰值效率70%左右，依赖于追踪器的准确度，衰减严重
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与槽式集热器相同，都是聚光集热，但是菲涅尔系统聚光比小，一般只有槽式的几分之一甚至更低，这样热效率就严重降低
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适用场合
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集热器适用于出口温度不超过80℃的家用生活热水或低温地板辐采暖系统；平板集热器保温效果较差，热量损失较大，应做好保温措施。
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集热器出口温度一般为80-150℃（导热油闷晒时最高可达280℃），适用于采暖，热水，吸收式空调及中温工业利用；
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集热器出口温度可达300——400℃，适用于中高温，热发电应用；通过调整集热器开口角度也可得到150℃以下的热水，用于采暖或生活热水。
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与槽式集热器类似
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循环介质
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水、防冻液
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水，防冻液，导热油
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导热油
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导热油
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运行环境
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温度-30
运行风速：≤10级
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温度：-40℃-70
运行风速：≤10级
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温度：-40℃-70
运行（安全）风速：≤7级（10级）
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温度：-40℃-70
运行（安全）风速：≤7级（10级）
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运行重量
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＜50Kg/㎡
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＜45Kg/㎡
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＞200Kg/㎡
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＞200Kg/㎡
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安装精度
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无
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无
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角度偏离超过0.18°，效率将下降10%
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水平度 平行度 同心度
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安装模式
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模块单元，多并少串
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模块单元，多并少串
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整体组装，多串少并
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整体组装，多串少并
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维修成本
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1000元左右/块
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1.5米/支，50元
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2米/支 ＞2000元
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2米/支 ＞2000元
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运行维护
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集热器尺寸可根据建筑物空间定制，模块设计，任意组合，与建筑完美结合。产水量高、不爆管、可承压、耐高温、不结垢。使用期间维修维护费用特低（零维护）
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模块化设计，安装、维修简单；真空管内不走水，规避了因其破裂而带来的漏水风险；单支集热管的损坏不会影响系统运行；小型反光板设计，抗风雪能力强；
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需要准确可靠的太阳光追踪系统，自动化程度高；某处集热管破损会影响该支路的运行；受大风雨雪影响会自动调整反光板，此时效率急剧下降。
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菲涅尔聚光装置结构相对简单、风载荷较低、接收器固定安装，整个结构较稳定。略带弧面的反射镜无需专门制作，利用框架的作用使镜片略作弹性形变即可。菲涅尔系统只要求在空气中较为稳定的较低温膜系，而槽式系统温度更高，同时集热管需要玻璃外罩保护并维持真空。这里面的高温稳定膜和玻璃、金属直接封接的可靠度非常关键。
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附：力诺瑞特公司简介
力诺瑞特成立于2001年，由中国力诺集团和德国Paradigma公司合作成立。是根植国内的阳光热水、热能综合开发应用与系统解决方案提供商。中国太阳能热水商用工程排名第一，光热行业综合排名第二。企业定位为阳光热水、热能领跑者。业务集太阳能、空气源、光电、燃气以及多能互补系统的研发、制造及综合应用于一体，践行阳光热水、热能、舒适采暖的太阳能+新能源理念，为客户提供一站式360阳光服务。品牌广告语：给肌肤留下阳光的味道。
