[发明专利]一种光热效率测量装置及方法

说明书

一种光热效率测量装置及方法，所述装置包含太阳光模拟器、半透镜、电流检测仪、对比积分球、黑体、温差制冷片、底座和测试积分球；底座上布置有待测样品，测试积分球布置在待测样品的上表面上，对比积分球布置在黑体上且对比积分球的测试孔与黑体的上表面贴合，所述方法包含先将待测样品放置在底座上，使待测样品的上表面与黑体的上表面齐平；然后将温差制冷片安装在测试积分球和对比积分球的探测孔之间；能量检测仪记录测试结果；调节黑体的温度，观察电流检测仪的示数。本发明通过等效黑体的办法，集中整合了待测样品的上层涂料的自身反射、自身辐射以及入射光等因素对测试结果的影响，对最终的测试结果的准确性有很大的提高。

技术领域

本发明涉及一种太阳能设备，尤其涉及一种光热效率测量装置及方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，一直以热辐射的形式源源不断的供人类使用。在化石燃料日趋减少与注重环境保护的当下，太阳能已经在人类使用的能源中具有越来越重要的地位。太阳能利用的基本方式可分为光——热利用、光——电利用、光——化学利用、光——生物利用四类。在四类太阳能利用方式中，光——热转换的技术最成熟，产品也最多，成本相对较低，它是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用，如太阳能热水器、开水器、太阳灶等。就太阳能热水器为例，阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，吸收的绝大部分热量传给玻璃罐里的水，使玻璃管里的水加热，加热的水变轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。但是，涂在第二层管外壁的黑色吸热层不能把所有接收到的太阳能热量都导入管中，有一部分能量必然会由于黑色吸热层的自身辐射而损失掉，所以如何测出损失掉的热量就成为了计算光热效率的关键。

目前现有的测试方法都是先测得表面涂层的发射率，然后在涂层被太阳光照射后测得其温度，最后利用公式(其中ε_涂层涂层发射率)，计算得到涂层热辐射损失的能量，进而求出光热效率。但是这种方法首先必须知道作为涂层的材料的发射率，然后在测试过程中还需使用热电偶对样品进行测温，最后利用公式计算出材料由于自身辐射而损失的热量。这种方式不仅繁琐而且后期操作也不便。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种光热效率测量装置及方法，该发明可解决现有测试方法的繁琐以及不便的问题。

一种光热效率测量装置包含太阳光模拟器、半透镜、电流检测仪、对比积分球、黑体、温差制冷片、底座和测试积分球；底座上布置有待测样品，测试积分球布置在待测样品的上表面上，且测试积分球的测试孔与待测样品的上表面贴合，对比积分球布置在黑体上且对比积分球的测试孔与黑体的上表面贴合，温差制冷片布置在测试积分球和对比积分球之间且与二者间隔设置，测试积分球的上方由下至上布置有半透镜和太阳光模拟器，温差制冷片与电流检测仪相连，太阳光模拟器的光源、半透镜的焦点、测试积分球的进光孔和待测样品的中心在一条直线上。

一种光热效率测量方法包含步骤为：

S1、先将待测样品放置在底座上，使待测样品的上表面与黑体的上表面齐平；

S2、调节测试积分球的高度，使得测试积分球的测试孔与待测样品的上表面贴合，再调节对比积分球的高度，使得对比积分球的测试孔与黑体的上表面贴合，然后将温差制冷片安装在测试积分球和对比积分球的探测孔之间；

S3、设定太阳光模拟器的光源输出功率，等待光源输出稳定后，能量检测仪记录测试结果为Q，其中，Q_灯为太阳光模拟器的输出能量；Q_入射光源入射到待测样品的上层涂料的能量；

S4、调节黑体的温度，观察电流检测仪的示数，当示数为零并维持一段时间后，记录此时黑体的温度T；黑体的辐射能量Q_黑体辐射＝σT⁴，σ为玻尔兹曼常数；

S5、计算待测样品的上层涂料的光热效率；