聚焦太陽能集熱器

主要功能與特色

這套安裝在移動式框架上的聚焦式太陽能集熱器，專為教學設計，旨在展示此類太陽能擷取技術的原理、優勢與局限性。

構造與運作原理

主體是一個高拋光的不鏽鋼拋物面反射鏡，支撐於轉盤上的耳軸軸承上。

• 精準對焦：學生透過調整反射鏡的水平與垂直位置，將太陽能精確聚焦於集熱器上。

• 熱能轉換：集熱器為一個黃銅圓柱體，內部嵌入了熱電偶用以測量圓柱溫度。

• 對比實驗：系統隨附四種不同尺寸的集熱器，讓學生比較不同的濃縮比。此外，還提供一個可拆卸的透明罩，供學生研究受屏蔽與未屏蔽集熱器的性能差異。

數據監測與連線

• 輻射測量：反射鏡支架上安裝了一個日照計（全天空輻射儀），用於測量入射的太陽輻射強度。另有一個額外的熱電偶測量環境溫度作為參考。

• 數據顯示：所有感測器均連接至顯示單元，可即時查看環境溫度、集熱器溫度及太陽輻射強度。

• 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。

學習成果

• 聚焦式太陽能集熱器的性能、優勢與局限性演示：透過實際操作，學生能理解拋物面反射鏡如何將分散的陽光匯聚，產生遠高於普通平板集熱器的溫度。同時，也能觀察到集熱效率隨溫度升高而下降的現象，並探討其在實際工程中的應用範圍與限制。

• 理解太陽輻射中直接輻射分量的有效利用：聚焦式系統與平板集熱器不同，它高度依賴直接輻射 (DNI)，學生將學習直射與散射的差異。

• 有無透明罩對集熱效率的影響測量：學生將發現透明罩雖會造成微小的光學損失（反射與吸收），但能有效阻斷對流散熱，產生溫室效應，從而在高溫運行時維持更高的淨效率。

• 測量集熱器可能達到的最高溫度：在理想的對焦與充足的日照下，測量集熱器的平衡溫度（當熱增益等於熱損失時的臨界溫度）。透過變換不同尺寸的集熱器（改變濃縮比），學生能驗證濃縮倍數與最高理論溫度的正比關係。