3月27日，作为“第十六届清华大学建筑节能学术周”活动的专题会议，清华大学建筑学院组织召开了“太阳能光热利用技术云端研讨会”。会议上，兴悦能（北京）能源科技有限公司李穆然董事长对其开发并示范的“倒倾角太阳能采暖技术”进行了介绍。
清华大学建筑学院杨旭东教授表示，“这是一种非常巧妙的系统集成，解决了很多实际存在的问题，并且成本完全能够接受。”
李穆然先生提出：使用免费的太阳能供暖比起“煤改电”、“煤改气”中没有补贴的农村热泵和壁挂炉采暖更具价值。但前提是太阳能集热设备必须先做到在隆冬季节比热泵、壁挂炉等有更高的温度输出，这从技术上说是完全可以做到的。
借鉴太阳能高温热发电的聚光技术，他和他的团队开发了“免跟踪聚光技术”，即一种结构简单、成本低廉、工作可靠，能够不用跟踪的聚光技术。只要能满足在-20~30℃的环温下依然可以输出80~100℃的工质热流就可以胜任包括极寒地区的供暖任务了，称之为“倒倾角太阳能采暖技术”。农村100m²独立农宅使用“倒倾角+”供暖技术的交钥匙工程报价为1~1.3万元（不带储能设备）。特将其报告内容整理如下，以供参考讨论。
一、“倒倾角太阳能集热器+反光镜技术”就是一种最新的免跟踪聚光技术
它的结构非常简单，只是把常用于太阳能热水工程的横置真空管方阵，改变了一下方阵的安装倾角，由平装、斜装或立装方式改为俯装（即倒倾角）方式；并且在集热器光线进来的方向下置了平面反光镜，两者为直角相交。这样不需要任何跟踪设备即可以让集热器接收到从反光镜上反射过来的二次辐射，能够明显提高集热器输出温度。
图1：结构示意图
图2：聚光原理图
图3：工程实景图
这种系统的基本要求是在不同纬度地区实施工程设计时，必须做到让镜面和集热面夹角的分角线和当地冬至节气的中午太阳投射地面的方向线重合。
二、实测“倒倾角+”装置日得热量
这里通过一个城中村户用供暖工程在本采暖季最冷一天的太阳能产热量实测记录，让大家体验一下同样的真空管集热器，由于有了聚光镜的存在能够增加多大产热能力。工程实景照片见图4。
图4：工程实景
1、工程概况
项目地点北京昌平朝凤庵村。实测供暖面积86m²、供暖房间3间、保温条件属于比一般稍差、集热方阵1800×58×50走水方阵2个、反光镜面积14m²、集热器倾角70°、反光镜倾角20°、水箱容积1.5吨、被加热实际水量1.5+0.3=1.8吨（0.3吨为100根真空管容水量）、系统运行方式温差循环、集热泵功率300W。
2、测试时间
选在2020年1月8日09:30~15:30，当日夜里最低气温零下17℃、当天日照条件极为良好。测试时段要求断开辅助电加热和供暖循环泵只反映太阳能加热工况。现场测试记录表及升温曲线见图5和图6。
图5：现场人工测试记录表
图6：系统升温曲线
3、 测试结果讨论
从以上数据可知，测试时段内利用太阳辐射把1.8吨水从25℃升到48℃，12点以前升温9℃，12点以后升温14℃。这有些反常，一般情况下，由于低温水有更高的加热效率，应该是上午比下午升温快。造成这种反常状况的原因是集热器东边紧挨着一堵高墙，12点以前集热方阵会被墙的阴影部分遮挡。为了剔除这个遮挡因素，我们评估时是把上午的升温幅度也折算为下午的数值，以得出集热器真实的全天得热量。如按28℃升温计算，则得热量为：Q=1800kg×(53℃-25℃)×1千卡=50400大卡。折合电能50400÷860=58.6kWh。还要考虑电加热的转换效率和加热过程的室外水箱散热量（若使用3kW的加热管需要近20小时加热时间）。所以让水箱真正能够蓄存到58.6kWh的热量肯定需要的电能比这个数字要大，还要乘以一个系数，设此系数为1.1，即需要64.5度电。
4、结论
通过采用集热器倒倾+固定式反光镜的技术手段，每个普通的（50×1800×58）方阵即使在冬季最冷的天气条件下，仍可以替代32.5度电的供暖效果。对一个日供暖负荷为100度电的建筑而言，只需配置3个方阵就可以轻松解决了。当然，为了克服太阳能供暖不连续的缺点，系统必须配置相应辅助能源或者储能装置。（声明一下，在同一时间还有清华大学杨旭东教授团队的陈肖萌博士利用现代观测手段也做了多参数自动记录，和我们的手动记录可以互相印证）。这个太阳能供暖系统的单个方阵日得热量为32kWh。经过查阅多个厂家的产品说明书，发现100只真空管的系统配备的水箱容积均在300~500升之间，而本系统100只管配置了1500升水箱；且在零下17度的天气条件下仍可正常蓄热到50多度，这足以证明它的产热能力。
5、说明
这里要解释一下我们为什么不用太阳能保证率或室内达到多少温度去表征本技术的采暖效果。我们认为使用保证率概念时，发布者可能会自觉不自觉地通过大马拉小车或者降低室内供暖温度要求手法来进行人为拔高。而使用室内温度曲线描述，更可能出现尽可能选择建筑温条件好的房屋的数据。毕竟供出同样热量，因房屋保温条件的差异会出现迥然不同的结果。倒不如直接给出最冷时段系统供热量，把配置多大集热面积的选择权交给用户。
三、突破性解决四大“老大难”问题
1、最冷供暖季，系统温度上不去的问题。从图7“倒倾角+”采暖系统和常规采暖系统光线轨迹图可以看出，前者比后者每一根真空管捕获的辐照密度要多出2~3倍，相同的日照时间，自然会得到的热量更大，温度更高。图8说明同是在北纬40度条件下，配置聚光镜的系统每根太阳能集热管获取的太阳辐照量和无聚光集热器的差别：和普通倾斜式集热器相比，每根管提高100%受光量；和水平式集热器相比，提高200%。因此它的输出温度（扣除损耗）必然仍有相当的提高量。这里依靠的不是真空管转换效率的提高，而是靠能流密度的提高，来达到提高输出温度的目的。单管辐照量提高100%~200%的结果是集热器常年可稳定输出温度，在使用水为工质的情况下，达到65~99℃，若改用耐热工质，则可以达到100~200℃层级。因此除热水采暖以外，还可广泛应用于烘干、熟化等工农业中低温应用场合。
工程实践也证明，如果需要更高的输出温度，只需适当减小水箱容积。再冷的天气输出80~100℃热流轻而易举。这大大提高了系统的热品位等级。相比各类热泵、壁挂炉乃至干热岩能达到的供暖温度毫无逊色。
图7：系统光线轨迹图
图8：不同倾角安装情况下，集热器得光量对比
图9：倒倾角聚光光迹在集热器背面图
2、太阳能采暖系统，夏天过热的问题。从图10表述的冬至和夏至系统光路图，就知道到了夏天，集热器甚至在中午都得不到多少太阳光，还怎么可能出现过热呢？这极有可能是世界第一款冬天比夏天产热量多得多的反季节型产品类型。
图10：冬至和夏至系统光路图
3、下雪天影响系统正常供热的问题。因为集热器被上置且向前微倾。雪只能落在倾斜的反光镜上面，或者自动滑落地面或者很容易被清扫。太阳能设备遇雪便停摆甚至需要反向供热的现象，再也不会出现。
4、同样的道理，冰雹对易碎真空管的损坏风险也降到了零。
四、“倒倾角+”100m²农宅采暖成本分析
通过几年来安装在青海、山东，内蒙古等地区若干工程的应用案例的过冬体验，这里给出100m²独立农宅使用“倒倾角+”供暖的配置建议。
图11：100m² 独立农宅使用“倒倾角+”供暖的配置示意图
建筑面积：80~100m²
供暖房间：2~3间（可加1~2个低温供暖房间）
集热方阵：58×1800×50标准方阵3个
反光镜面积：12×2m²
反光镜材质：普通玻璃镜、镜面不锈钢、反光铝、贴膜均可反射率＞85%
水箱容积：500~800升
电加热功率：2~3kW
散热器类型：暖气片、地暖均可
采暖季供出热量：12000kWh
控制输出：一拖四（一泵三阀）
室温设定方式：一键通
年运行费用：1000~1500元（正常电费，含全年生活热水）
交钥匙工程报价：1~1.3万元
以上是不带储能的设备报价。但我们强烈推荐带有中短期储能的系统形式：只要每户出资再增加1万元，同步建造10~15立方米的地下储热水罐，且保证系统能在采暖季以前1~2个月投入运行开始储热，只要有1/3的热量被有效储存下来，那么罐本身加上周边土壤的储热能力，就可以为采暖季提供800~1500kWh的储备热量，不用启动辅助能源也足以满足5~7天内完全没有阳光条件下的供暖热量需求。后面到来的连续晴天又能把这部分亏空逐渐填平，为下一次供暖断层的到来做好准备，同时配合系统自带的2~3kW电辅的应急保障，完全可以平稳度过任何大寒流对供暖流程造成的袭扰，预计这样的系统太阳能的供热比率可以达到95%以上。其供暖费用也可以陡降到300~500元/年以下，真真正正做到了近零排放。
五、空气能采暖和太阳能采暖哪个更好？
1、比出水温度：在负25℃环温下，空气源50℃，太阳能100℃。
2、比能效：也在负25℃条件下，空气能输入1kWh电，获得2kWh热。太阳能输入1kWh电，获得100kWh热。
3、比2米半径内噪声：空气能有感，太阳能无感。
4、比成本：按每天输出100kWh热量的单台市场报价，空气能2.4万。太阳能1.1万。
5、比前期国家电网改造投资，空气能5万元/户，太阳能0元/户。
6、比后期需要国家补贴，空气能每户2400元/年，太阳能0元/年。
7、比管维，空气能用户需要根据天气条件调节供水温度，太阳能用户可以一次设定好室内温度，全冬室内恒温。
8、比故障处理，空气能需要专业人员亲为，太阳能一般人可以自行排除。
9、比核心部件来源，空气能很多来自国外，太阳能全部国产。
10、比可以应用的地区，空气能只能用在比较寒冷地区。而带聚光的太阳能则可以在极寒冷地区。
六、总结
1、复杂的技术问题有时可以用很简单方法来加以解决。
2、只有简单到让普通百姓都能学会并实施的采暖方案才有巨大的发展空间。
3、有了集温暖、干净、省事、省钱于一身的采暖方案，谁还会偷偷去烧煤？
4、同理，能用2万办成的事谁还会非要花10万？
以上四条，献给将要进行煤改，却仍犹豫推广哪种方案更好的决策者参考。
