太陽能吸熱板

太陽能吸熱板是一種吸收太陽輻射能並向傳熱工質傳遞熱量的部件，通常情況下，太陽能吸熱板大多是平板形狀，為了增加吸收輻射的面積，也可以做成瓦楞狀、散熱片狀等。太陽能吸熱板一般安裝有換熱介質的流道，流體的流道可以是與吸熱板緊密結合的管道或者與吸熱板成為一體。

基本介紹

• 中文名：太陽能吸熱板
• 外文名：Solar heat absorbing plate；salor energy absorption block；Solar AbsorberPlate
• 分類：物理
• 領域：能源利用
• 基本釋義：吸收太陽輻射能並傳遞熱量的部件
• 學科：物理

傳熱流體流動

傳熱流體通常從太陽能吸熱板的下部通過一排平行的排管或一根蛇形管流向太陽能吸熱板的上部。在設計流體管道時必須考慮到使太陽能吸熱板中的空氣能自由向上流出，同時太陽能吸熱板內的流體可以方便地排出，防止太陽能吸熱板在冬季凍壞。當使用平板排管流道時，上、下集流管的直徑要更大一些。一般來講，上、下集熱流管的壓力降大約是太陽能吸熱板總壓力降的10%，這時的流體在管道中的流動才比較均勻。

技術要求

根據吸熱板的功能及工程套用的需求，對吸熱板有以下主要技術要求。

1.太陽能吸收比高：吸熱板可以最大限度地吸收太陽能輻射能。

2.熱傳遞性能好：吸熱板產生的熱量可以最大限度地傳遞給傳熱工質。

3.與傳熱工質的相容性好：吸熱板不會被傳熱工質腐蝕。

4.一定的承壓能力：便於將集熱器與其他部件連線組成太陽能系統。

5.加工工藝簡單：便於批量生產及推廣套用。

吸熱板材料

吸熱板是將太陽能轉換為熱能的關鍵部件，它對集熱器的性能起重要作用。吸熱板的材料種類很多，有銅、鋁合金、銅鋁複合材料、不鏽鋼、鍍鋅鋼、塑膠、橡膠等。因為銅具有極高的熱導率和抗腐蝕能力，所以吸熱板一般選用銅。

平板太陽能集熱器吸熱板上的流道材料必須保證其不與流體或與流體相連線的其他地方的材料發生電化學反應。例如：大多數飲用水中含有氯離子和重金屬離子（如銅和鐵等），這些離子會引起鋁製流道的點蝕。而且經驗表明，流體管道與吸熱板簡單的機械夾緊會大大影響平板集熱器的熱效率。為了使熱量能從吸熱板表面傳遞給流體，必須使流道與吸熱板具有良好的熱接觸，銅焊、熔接和高溫錫焊都可以不同程度地達到以上目的。選擇合適的管板結合體系非常重要。為了增強太陽能轉換為熱能，一般要在吸熱板表面（朝太陽一面）塗增強吸收太陽能的塗層。

板芯結構最佳化

在太陽能平板集熱器中，太陽能吸熱板芯是它的核心部件，其性能的好壞不僅取決於其翅片效率和熱效率因子的大小，最重要的還與其成本有關。目前，國內外有許多生產太陽能吸熱板芯的廠家，不同廠家生產的吸熱板芯的規格不同。同一規格的吸熱板芯，各個廠家生產的結構尺寸也是不同的。市場上的平板集熱器大都採用全鋁吸熱板芯、全銅吸熱板芯和銅鋁複合吸熱板芯。文獻通過對這三類吸熱板芯進行結構最佳化設計，得出各類板芯的特徵尺寸，進而達到節約材料降低成本的目的。

加工工藝

太陽能吸熱板的連續加工工藝是一種軋制和衝壓技術的複合生產過程，變形區受力複雜。目前，國內從事太陽能開發利用的廠家約有300多家。使用的吸熱板均為衝壓短帶，生產效率低，成品尺寸受限制，不能大批量生產，而目前國內太陽能吸熱板的年需求量約為900～1 500萬條。文獻通過對太陽能吸熱板的連續軋製成型和直徑8mm銅管穿管軋制試驗，證明連續生產方法可代替過去採用的衝壓方法，還可顯著提高勞動生產率。這種工藝是有效的。軋制工藝與衝壓工藝相比，具有如下優點：

1.軋制吸熱板的長度不受限制。如以前穿2000mm長的銅管，衝壓鋼帶由5段組成，使成品表面留下4個接合面，造成傳熱效率低下。

2.軋制後的吸熱板成品表面質量好。衝壓製成的吸熱板長約為300～400mm，鋼帶本身較薄，變形不均勻造成沖後表面不平整，使後續穿管十分困難。我們提出的方法可解決這一技術問題。

吸熱與散熱

太陽能吸熱板是靠它表面的黑色塗膜(即太陽能塗料)來吸收熱能的，但黑色塗膜既吸熱也散熱，因而熱散失較大。在如何使黑色塗膜只吸熱不散熱呢方面，日本大村野冶金研究所發現，當黑色塗膜的厚度小至三十分之一微米時，就可以達到只吸熱不散熱的效果(也起到“熱逆止閥”的作用)。因此，他們在工藝上採用分子塗膜的工藝後即達到了這一要求，使太陽能吸熱板的效率在原基礎上提高了25%～40%，而且載熱體底板的溫度最高可升至200℃而不發生熱散失。

太陽能板是需要在一個理想的溫度下才能發揮出它的最大性能，不過如果要用電動設備(如風扇)來為它散熱的話，又好像有點本末倒置，所以Stanford大學的科學家就研製了一款新形的太陽能板，期望可以改善上述問題。這款太陽能板上有很多金字塔型和圓錐體結構，可以將以紅外線輻射形式傳遞的熱力反射走。此舉可以只讓太陽能板吸到有用的光，加強效率之餘又可以加長硬體的壽命。該研究隊伍指出他們還需要走到室外來實地的進一步測試才行，雖然距離商品化還有一段時間，但相信這一日終會來臨。

相關專利

自然對流太陽能吸熱板採用背板安裝翼翅片的方式，正面金屬板是太陽光吸熱板，後面金屬板是安裝了數個翼翅片，用來通風換熱，該模板與熱泵機連線後可以同時吸收太陽光和空氣中的熱能，使熱泵機系統的設計更加合理，安裝安裝更加方便，節能效果更加顯著。

相關標準

標準規定了平板型太陽能集熱器吸熱體的術語和定義、產品分類與標記、技術要求、外形尺寸、試驗方法、檢驗規則、標誌、包裝、運輸、貯存以及檢測報告。本標準適用於利用太陽能輻射加熱，傳熱工質為液體或氣體的吸熱體材料為金屬的平板型太陽能集熱器吸熱體。