平面太陽能集熱器

主要功能與特色

平面太陽能集熱器展示了工作原理，讓學生能夠實際測量並計算其集熱效率與熱損失。

構造與運作原理

• 吸收體與絕熱：面板由薄金屬吸收板組成，背面配有上升管，並填充絕熱材料以減少後方的熱損失。

• 集熱箱體：吸收面板封裝在帶有透明上蓋的箱體內，形成完整的集熱器。

• 可調式框架：集熱器支撐在堅固的移動式框架上，並設有鉸鏈，方便使用者調整受光角度。

• 加熱流程：冷水進入集熱器後，吸收太陽能轉化為熱能。加熱後的水流向泵浦，與新進入的冷水混合。系統配備壓力感應閥，確保熱水流出的速率與冷水進入的速率保持一致。

• 精準感測：系統內建流量感測器測量水流速度，並配備日照計（或全天空輻射儀）測量入射輻射強度。熱電偶分布在所有關鍵點（進出水口、環境陰涼處等）以監測溫度變化。

數據監測與連線

• 儀表單元：獨立的儀表單元可顯示各點溫度、流量及輻射強度，並包含泵浦控制開關。

• 支援 VDAS®：可連接至選購的多功能數據採集系統 VDAS®，以便在電腦上對所有重要讀數進行精確的即時數據擷取、監測、顯示、計算與製圖。

搭配設備

與聚焦太陽能集熱器 (TE38) 搭配使用，學生可藉此比較平板式（低溫、高擴散光利用）與聚焦式（高溫、需直射光）兩種技術的效率差異。

學習成果

• 集熱器效率：學生將學習如何計算瞬間效率。透過測量入射的太陽輻射功率（日照計數據）與水流所吸收的熱功率（流量乘以進出水溫差），得出系統將光能轉化為熱能的百分比。這是評估太陽能熱水系統經濟效益的核心指標。

• 效率與熱損失：深入研究為什麼集熱器溫度越高，效率反而越低，並且分析主要的熱損失路徑—對流與傳導損失、輻射損失。

• 集熱器角度的影響：學生將驗證餘弦定律，並探討在不同緯度與季節下，如何設定最佳固定傾角以獲得整年度最大的累積熱量。