太阳能产品分类和特点

太阳能集热器的分类和特点 我国目前使用的太阳能集热器可大体上分为两大类：平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器。 1、 平板型太阳能集热器 1、 平板型太阳能集热器的结构 平板型太阳能一般由吸热板、玻璃盖板、保温层和外壳四部分组成，具体结构如图1-1所示。 图1-1 平板太阳能集热器的基本结构 1.1吸热板（或吸热板芯） 吸热板式吸收太阳辐射能量并向集热器工作介质传递热量的重要部件。具体形状如图1-2所示。 图1-2 吸热板的断面形状 目前国内已大量采用铜材作为吸热板的材料，也有采用铝合金、钢材、镀锌板和不锈钢材料作为吸热板的材料。 吸热板有如下几种结构： 1） 管板式 采用铜焊、电阻焊、超声波焊或高频焊工艺及铜铝（全铜）复合。目前市场上用的较多的是铜铝复合，其工艺是将两片铝带（或铜带）与一跟铜轧管制在一起，达到金相结合，在用高压气体在工装夹具中吹胀。 2） 扁合式 是将两块金属板分别模压成型，然后再焊接成一体构成吸热板，吸热板材料可采用不锈钢、铝合金、镀锌钢等。通常，流体通道之间采用点焊工艺，吸热板四周采用滚焊工艺。扁盒式吸热板的优点：热效率高，管子和平板是一体，无结合热阻；不需要焊接集管，流体通道和集管采用一次模压成型。缺点：焊接工艺难度大，容易出现焊接穿透或者焊接不牢的问；耐压能力差，焊点不能承受较高的压力；动态特性差，流体通道的横截面大，吸热板有较大的热容量；有时水质不易保证，铝合金和镀锌钢都会被腐蚀。。 3） 翼管式 是利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有翼片的吸热条带，然后再与上下集管焊接成吸热板。吸热板材料一般采用铝合金。翼管式吸热板的优点：热效率高，管子和平板是一体，无结合热阻；耐压能力强，铝合金管可以承受较高的压力。缺点：水质不易保证，铝合金会被腐蚀；材料用量大，工艺要求管壁和翼片都有较大的厚度；动态特性差，吸热板有较大的热容量。 1.2吸热板涂层 太阳能吸收涂层可分为两大类：非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。 非选择性涂料：非选择性涂料有黑镍、黑铬和黑漆等，一般多用于常年环境温度较高的华南地区。 选择性涂料：吸热板涂层材料对吸收太阳辐射能量起非常重要的作用，应为太阳辐射的波长在0.3~2.5μm的范围内，而吸热板的热辐射主要集中在2~20μm的波长范围内，要增强吸热板对太阳能辐射的吸收能力，又要减小热损，降低吸热板的热辐射，就需要采用选择性涂料。选择性吸收涂层可以用多种方法来制备，如喷涂方法、化学方法、电化学方法、真空蒸发方法、磁控溅射方法等。采用这些方法制备的选择性吸收涂层，绝大多数的太阳吸收比都可达到0.90以上，但是它们可达到的发射率范围却有明显的区别。从发射率的性能角度出发，上述各种方法优劣的排列顺序应是：磁控溅射方法、真空蒸发方法、电化学方法、化学方法、喷涂方法。当然，每种方法的发射率值都有一定的范围，某种涂层的实际发射率值取决于制备该涂层工艺优化的程度。 1.3 玻璃盖板 玻璃盖板的作用是减小热损失。集热器的吸热板将太阳辐射能量转变成热能传递给工作介质时，也会向周围环境散射热量，这时在吸热板上面增设一透明的玻璃盖板就可有效地减少部分能量的损失。用于透明盖板的材料主要有两大类，平板玻璃和玻璃钢板，目前国内外使用更广泛的还是平板玻璃。 1） 平板玻璃 平板玻璃具有红外透射比低、导热系数小、耐候性能好等特点，在这些方面无疑是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。然而，对于平板玻璃来说，太阳透射比和冲击强度是两个需要重视的问题。 2） 玻璃钢板 玻璃钢板(即玻璃纤维增强塑料板)具有太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高等特点，在这些方面无疑也是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。然而，对于玻璃钢板来说，红外透射比和耐候性能是两个需要重视的问题。玻璃钢板的单色透射比与波长关系曲线明，单色透射比不仅在2pm以内有很高的数值，而且在2.5pm以上仍有较高的数值。因此，玻璃钢板的太阳透射比一般都在0.88以上，但它的红外透射比也比平板玻璃高得多 1.3 保温层 保温层的作用是减少集热器向四周散热，以提高集热器的热效率。这就要求保温层的材料保温性能好，即导热率小，不吸水。一般保温层的厚度在3~5cm厚，四周的厚度为保温层的一般。常用保温材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯、聚氨酯等。目前使用较多的是岩棉。 1.4外壳 外壳是集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和隔热层的部件。 1）壳的技术要求 据外壳的功能，要求外壳有一定的强度和刚度，有较好的密封性及耐腐蚀性，而且有美观的外形。 2）壳的材料 有铝合金板、不锈钢板、碳钢板、塑料、玻璃钢等。为了提高外壳的密封性，有的产品已采用铝合金板一次模压成型工艺。 2、平板太阳能集热器的工作原理 平板太阳能集热器的基本工作原理概括地说，阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用。 2、 真空管型太阳能集热器 目前市面上全玻璃真空管太阳集热器主要有三大系列产品，分别是：普通型全玻璃真空管太阳集热器、热管式全玻璃真空管太阳集热器和U型管式全玻璃真空管太阳集热器三大系列产品。目前仍然以普通型全玻璃真空管太阳集热器为主。 1、 全玻璃真空管型太阳能集热器 1.1全玻璃真空管的基本结构和工作原理 全玻璃真空管由外玻璃管、内玻璃管、选择性吸收涂层、弹簧支架、消气剂等部分组成，其形状如图2-1。 图2-1全玻璃真空管结构示意图 1.2全玻璃真空管的工作原理 其工作原理是太阳光透过外玻璃管照射到内管外表面吸热体上转换为热能，然后加热内玻璃管内的传热介质，由于夹层之间被抽成真空，有效降低了向周围环境散失的热损失，使集热效率得以提高。 1.3全玻璃真空管材质要求： 全玻璃真空管采用硼硅玻璃3.3（氧化铁含量5%以下；热稳定性好；热膨胀系数低为3.3×10-6/℃；耐热冲击性好，耐热温差大于200℃；有较高的机械强度；较好的抗化学腐蚀性能；具有良好的光学性能，透光率≥ 0.89）。 1.4全玻璃真空管的技术要求 1）材料采用硼硅玻璃3.3； 2）空晒性能参数y≥175m2•℃/kW（当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8～30℃之间） 3）闷晒到水温增加35℃所需的太阳能曝辐量≤3.8MJ/ m2（当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8～30℃之间） 4）平均热损失系数≤0.9W/ m2·℃ 5）真空度≤5×10-2Pa； 6）耐热冲击应能承受25℃以下冷水和90℃以上热水交替反复冲击3遍而不损坏； 7）耐压冲击应能承受0.6Mp的压力； 8）抗冰雹要求应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下不损坏。 1.5全玻璃真空管的选择性吸收涂层 目前真空管的镀膜工艺有两种：渐变镀膜工艺和干涉镀膜工艺，过去常用的“晒乐”真空管就是采用渐变镀膜工艺，为真空管式太阳能热水器的推广和普及奠定了坚实的基础；皇明太阳能推出的干涉镀膜工艺是真空管的镀膜技术得到进一步的发展，吸收率更高、散热率更低。 1.6全玻璃真空管集热器组成和特点 全玻璃真空管型太阳能集热器的组成：真空管、联箱、尾座、支架组成。分横管和竖管两种 全玻璃真空管集热器的特点：真空管内直接对水进行加热，吸热效率最高；寿命长；成本最低；适用范围广，可以在零下三十度的环境下正常运行。目前市面上的太阳能集中供水80%使用该系列产品。该系列产品对系统的、安装要求很高，如设计不当或安装不良会出现爆管现象。 2、 金属-玻璃结构真空管型太阳能集热器 全玻璃真空管太阳能集热管的材料为玻璃放置在室外被损坏的概率较大，在运行过程中，若有一只管损坏，整个系统就要停止工作。为解决此问题，在全玻璃真空管太阳能集热管的基础上开发出金属-玻璃结构真空管，即采用热管直接插入真空管内和应用U型金属管吸热板插入真空管内的二种集热管。 2.1 U型管式真空管型太阳能集热器 1）结构 图2-2 U型管式真空管结构示意图 如图2-2所示，在普通真空管内插入U型铜管，U型铜管外包铝型翅片，铝型翅片与真空管内壁接触，起到传递热量的作用。U型铜管与管路系统、水箱内的换热盘管组成封闭的环路，通过介质的强制循环进行换热。该系列集热器主要用于高档产品，系统可以实现间接换热、承压运行，水质更卫生，但集热器的成本最高。 2）特点：可以实现间接换热、承压运行，炸管无泄漏，系统最稳定；寿命最长；热效率较高；成本最高。主要用于高档住宅和特殊意义的用水环境。 2.2热管式真空管型太阳能集热器 1）结构 图2-3热管式真空管结构示意图 如图2-3所示，在普通真空管内插入热管，热管外包铝型材翅片，铝型材翅片与真空管内壁接触，起到传递热量的作用。热管是一根两端封闭的盲管。其加工工艺是，使用纯铜铜管（纯铜含量≥99.99%,俗称无氧铜）注入蒸馏水，并进行抽真空分离封堵。蒸馏水在真空状态下其沸点极低，通过蒸馏水的蒸发吸热和冷凝放热两个过程进行热量传递，其传热效率很高。但是由于热管的真空度对传热效率影响非常大，所以热管的排气（抽真空）对材料和工艺要求非常严格，材料必须使用无氧铜，无氧铜质密可以防止氧离子向管内渗透，当然这种材料的价格也是相当昂贵，造成热管产品的成本居高不下。普通的生产工艺难以保证热管的产品质量，生产环境和生产设备都要求非常严格，哪怕一点手渍的污染，也会造成真空度难以保证，一旦真空度下降，其传热效率将大大降低。目前国内只有一两家的热管产品能够达到国标要求。热管寿命一般在五～八年。 2）特点：破管无泄漏，系统稳定；热效率较高；寿命较短，成本高。铜材要求严格，生产工艺要求严格。集热器与地平面的夹角越大其效率越高。铜管内真空度高，一旦泄漏空气，效率急剧下降直至失效。 7