平板太陽能

平板太陽能主要是由平板集熱器、儲水箱、水管、支架及配件等部分組成。平板集熱器是平板熱水器的關鍵部件，其熱性能高低是衡量熱水器好壞的重要指標。

基本介紹

• 中文名：平板太陽能
• 外文名：Flat plate solar
• 組成：平板集熱器、儲水箱、水管等
• 關鍵部件：平板集熱器
• 節能數：10%至15%
• 能源利用效率：達到76%以上

簡介

據統計，太陽能熱水系統可以實現建築節能10%至15%，而住宅採用太陽能供暖系統，將為建築能耗節省45%左右。綜觀太陽能熱利用的現狀，國外主要以平板太陽能為主，國內則以真空管為主。在能源利用效率方面，平板熱效率可達到76%以上。在太陽能與建築一體化套用中，平板太陽能更符合建築的美觀性，並且兼具屋面和集熱雙重功能。太陽能與建築一體化是讓太陽能成為建築的一部分，在為用戶提供熱水的同時，也為整個建築的節能減排發揮作用。由於平板太陽能更節能、更安全及美觀耐用等優點，在全球範圍內使用頻率大大超過真空管太陽能，是國際市場上的主流產品。低碳化已成為不可逆轉的潮流，隨著國家政策的出台和國內市場的需求，加上國內各大型平板太陽能生產企業的努力，中國的平板太陽能必將迎來一個黃金時期。太陽能集熱器，集熱效率提高了1.5倍。

平板太陽能/集熱器

在我國太陽能熱水器市場上，真空管熱水器占有絕對優勢是一個不爭的事實，而且發展勢頭也異常火爆，前景更是迷人。但我們不可忽視的是平板熱水器異軍突起，成為展會上的亮點，國內用戶的新寵，國際市場的主流，甚至還被一些專家學者認為是未來太陽能熱水器的發展方向。如果我們沾沾自喜於真空管熱水器的規模和水平，而不去認真地研究平板太陽能熱水器的優勢與發展，我們就不可能放眼長遠，把握未來，掌握進軍國際高端市場的主動權。

基本構造

平板型太陽能熱水器主要是由平板集熱器、儲水箱、水管、支架及配件等部分組成。平板集熱器是平板熱水器的關鍵部件，其熱性能高低是衡量熱水器好壞的重要指標。它主要包括塗有選擇性吸收塗層的吸熱板、透光材料蓋板、保溫層和外殼四大部分。當陽光透過玻璃蓋板照在平板吸熱板上時，其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收，轉變為熱能，並傳向流體通道中的工質。通過自然循環或強迫循環，而將儲水箱內的水加熱。吸熱板的材料國外基本上都用銅和不鏽鋼，國內已經大量採用銅材、鋁合金、鋼材、鍍鋅板，沿海水質較差的地區，則可用塑膠或玻璃來替代。因為金屬表面的反射率高，吸收率低，為了增強吸收效果，必須在金屬表面也即吸熱板上製備塗層。按製備工藝不同，可將塗層分為電鍍塗層、電化學轉化塗層、真空鍍膜塗層和塗料塗層四種主要形式。因為集熱器周圍是空氣，所以當集熱器的吸熱板在轉變太陽輻射能量為水的熱能時，也向周圍環境散失熱量，這就使太陽輻射能量不能全部轉化成水的熱量。為了減輕這部分能量的損失，在吸熱板上面安裝透光材料蓋板，使蓋板透過可見光而不透過遠紅外線，從而減少能量散失，更有效地提高吸熱板和水的溫度。優質透光材料蓋板對熱水器的效率及壽命有很大影響。國內外採用的蓋板材料主要有普通平板玻璃、鋼化玻璃和玻璃鋼等，其中套用最廣泛的還是鋼化玻璃。在吸熱板的四周和底部安放保溫材料，用來減少集熱器向四周環境散失熱量，以提高集熱器的效率。常用的保溫材料有岩棉、礦棉、聚苯乙烯和聚氨脂等。聚苯乙烯在溫度較高時會收縮，因此在使用它作保溫材料時，往往在它與吸熱板之間先放一薄層岩棉或礦棉。為了將吸熱板、透光蓋板和保溫層組成一個整體，並保持有一定的剛度和強度便於安裝，需要有一個較為堅固美觀的外殼，一般用鋁材、鋼材、塑膠、玻璃等做成。此外，平板太陽能熱水器還有儲水箱、支架、管道極其配件等結構要素。

平板太陽能供熱系統運行圖

運行原理

以某品牌平板太陽能為例，運行原理：

導熱介質（Jacksongard）通過介質循環（f）中央控制（g）和膨脹減壓（h）組成的太陽能工作組，將在集熱器(a) 中收集的熱量帶到熱交換水箱（b）下加熱盤管，由此加熱水箱中的水。被加熱的水通過用水端（d）得到利用。

同時，平板太陽能系統還可以實現同其他能源的綜合互補利用。如果陽光不足，通過輔助能源（c）來加熱；反之， 如果陽光很充足，則輔助能源不工作，其可通過和輔助能源連線的管路對輔助能源用熱進行補充，如：地暖聯動。

發展情況

平板太陽能熱水器在我國的發展經歷了一個“U”字形過程，又在新的起點上逐步抬頭，引起了專家學者和企業界的高度關注。據有關資料表明，1997年我國太陽能熱水器的年產量達350萬平方米，其中平板太陽能熱水器約占45%，真空管熱水器約占30%。到2001年我國平板太陽能熱水器的比例就下降到了26.3%，而真空管熱水器上升到63.2%。截至目前，我國平板太陽能熱水器產量所占份額也就僅有10%左右了。然而，在國際市場上，平板太陽能熱水器卻始終是主導產品，國外(如日本、美國等)90%以上的太陽能熱水系統都採用平板型太陽集熱器，即使在冬季十分寒冷的丹麥、瑞典等北歐國家也毫不例。我國有關部門對全球太陽能熱水器發展情況進行了統計分析。被統計的歐洲、美洲、大洋洲和亞洲的20個國家中的433家太陽能企業中，有平板太陽能熱水器400家，占企業總數的92.61%；有真空管太陽能熱水器12家，占企業總數的2.77%；簡易太陽能熱水器20家，占企業總數的4.62%。顯然，在國外太陽能熱水器套用中，平板太陽能熱水器生產經營企業遠遠大於其他產品類型企業數量。隨著新能源的推廣和普及，以及科技的進步和發展，我國平板太陽能熱水器的技術水平和產品性能、質量也在不斷提高，並在一體化等多個方面表現出獨特的發展優勢。2008年北京奧運會工程之一“奧運村”，在大規模太陽能熱水系統招標中，選擇了德國企業生產的平板太陽能集熱器，讓我國真空管太陽能熱水器生產企業不得不凝神反思。2013年3月6日，在第六屆中國太陽能品牌產品博覽會上，海爾太陽能中標澳洲一萬平方米平板集熱器大單成為惹人眼紅的新聞。海爾集團從德國引進先進平板集熱技術，開發出適合中國市場的高溫平板太陽能集熱器，成功解決了平板太陽能的保溫性、密封性等行業難題。太陽雨、澳柯瑪等國內品牌企業也紛紛投資平板太陽能熱水器項目。經過太陽能熱水器行業和建築業界的共同努力，我國平板太陽能熱水器正從低谷走向了新的發展階段。

特點

優點

平板太陽能熱水器經過了幾十年的發展，技術已經更趨成熟和完善，並具備了其它類型太陽能所不具備的優勢特點。一是特別適合與建築一體化要求。平板太陽能熱水器由於其平面結構特性，在太陽能的建築一體化套用中，形態結構靈活隨意，設計時不受形態或尺寸的約束，易於實現與建築構件的結合。再加上它的集熱板為金屬材質，可方便採用絲結、焊接等連線方式，為安裝、維護和使用提供了便利。二是具有較高的熱效率。因為真空管太陽能集熱器是由若干根真空管組成的，管子之間存在著間隙，在被太陽光照射時，有一部分太陽能沒有被集熱器所接受。平板太陽能集熱器卻是一個連續的平面，整個集熱器表面都可以接受太陽光。所以，在相同的採光面積和日照強度下，平板太陽能熱水器的日平均效率一般要高於真空管太陽能熱水器日平均效率6%以上。三是具有良好的承壓性能。由於平板太陽能集熱器的吸熱板是由金屬材料製成的，集熱器與貯水箱的連線也採用金屬零件，因此，可承受來自自來水和循環泵的壓力。城市用水一般都採用集中供水系統，自來水壓力較高，這就要求從太陽能熱水器出來的熱水要有一定的壓力，從而，減小熱水器出水口與自來水出水口之間的壓差，為用戶使用提供方便和舒適。四是組成大系統時性能穩定。對於一些大型的場所，如賓館、游泳館、工廠等地方，在使用太陽能熱水器時，往往需要很多塊太陽能集熱器組成大規模的供水系統。如果採用平板太陽能集熱器，在集熱器與系統之間用金屬連線，而不是和真空管太陽能熱水器那樣用橡塑件連線，就可以保證整個系統的穩定性。因此，在建立大規模太陽能熱水系統的時候，往往採用平板太陽能集熱。此外，由於平板太陽能熱水器結構簡單，加工方便和易於規模化生產，還使得它具有製造成本低、安裝費用省和使用壽命長等特點。當然，平板太陽能集熱器存在的熱損失偏高和防凍等問題，也需要通過科技創新進一步得到解決。為了積極參與國際競爭，開拓國內高端市場，我們必須重視平板太陽能熱水器的研究與開發，以更加開放的心態，提高我國太陽能熱利用的技術水平和國際化水平。

缺點

平板太陽能有諸多的優點，但是也有它的缺點。

比較適合不結冰地區使用，否則冬季還是會有凍的問題。已經解決了冬季不能使用的狀況，採用二次加熱！

由於平板太陽能的版芯不是真空，雖採用隔熱材料填充，但是隔熱效果依然不好。相較於真空管太陽能冬天室外溫度較低的時候散熱快，溫度低。

採用二次加熱，雖然解決了冬季不能使用的問題，但同時增加了中間環節，會有一定的熱損。

區別

集熱器

1.承壓

2.有獨特的過熱保護功能。

3.抗凍防凍

4.具有融雪化雪功能，防止太陽能“冬眠”現象

5.與建築完美結合（陽台壁掛與外牆掛壁廣泛套用在城市高樓大廈和高檔別墅）

6.安裝方便、易搬運安裝

7.熱效率高，得熱量大

8.採光面大、有效得熱面積大，熱損失少

9.水溫穩定、易控

10.使用壽命長

11.保溫性差

真空管

1.易碎、易破損，維護成本高。

2.無過熱保護功能

3.不抗凍，零下20度不能正常使用

4.無融雪化雪功能，冬雪天呈現“冬眠”現象

5.不美觀，安裝不方便，僅能安放在屋頂，增加屋頂負重。

6.易碎，不適合與實現建築一體化

7.不利於城市高層建築使用

8.不易運輸與安裝

9.玻璃管間隙大，單位有效集熱面積低，得熱量低。

10.需要占用更大的建築空間。

11.容易產生水垢，不能飲用。

12.落水出水式，易造成水浪費。

13.水溫不穩定、難控制

14.使用壽命很短

鍋爐系統

冷凝燃氣鍋爐與平板太陽能的組合是歐洲普遍採用的節能系統方式，我國長江流域及北方寒冷地區具有採暖需求的建築，均可選擇平板式太陽能與冷凝燃氣鍋爐組合。多層及高層建築可選擇陽台外掛平板太陽能與冷凝鍋爐串聯；別墅或斜面建築可選用平板分體式太陽能與冷凝燃氣鍋爐並聯，採用雙盤管換熱水箱分別加熱。商業場所可選擇落地冷凝燃氣鍋爐與平板太陽能集中系統的組合。通常太陽能用於生活熱水的供應，條件允許有足夠的太陽能集熱板安裝位置，也可用於建築供暖。

別墅平板太陽能與冷凝燃氣鍋爐供熱運行圖

集熱器

陶瓷太陽能集熱器主要有陶瓷太陽能板、透明蓋板、保溫層和外殼等幾部分組成。用陶瓷太陽能集熱器組成的熱水器即陶瓷太陽能熱水器。當陶瓷太陽能集熱器工作時，太陽輻射穿過透明蓋板後，投射在陶瓷太陽能板上，被陶瓷太陽能板吸收並轉化成熱能，然後傳遞給吸熱板內的傳熱工質，使傳熱工質的溫度升高，作為集熱器的有用能量輸出。陶瓷太陽能板是以普通陶瓷為基體，立體網狀釩鈦黑瓷為表面層的中空薄壁扁盒式太陽能集熱體。其整體為瓷質材料，不透水、不滲水、不刺眼、強度高、剛性好，不腐蝕、不老化、不退色，無毒、無害、無放射性，陽光吸收率不會衰減，具有長期較高的光熱轉換效率。

陶瓷太陽能集熱器製造、使用成本低，陽光吸收比不衰減，與建築同壽命，可以用於與原房頂共用結構層、保溫層、防水層、結構簡單、保溫隔熱效果好於原房頂、與建築一體化的混凝土結構陶瓷太陽能房頂、向陽牆面、陽台護欄面，為建築提供熱水、取暖、空調；為工農業、養殖業提供熱能；可用於荒漠大規模太陽能熱水發電、風道發電、海水淡化、苦鹹水淡化、變沙漠為農田。

平板集熱器

介紹

平板式熱管太陽能熱水器是用熱管代替普通平板集熱器中的水管。熱管內部的工作液體可以選用防凍的液體。在熱管的蒸發段兩側焊有縱向肋片，肋片和熱管上塗有選擇性塗料，以吸收太陽輻射能。熱管的冷凝段插人水箱中，當太陽光照射熱管蒸發段的時候.熱量通過塗層和金屬管壁進人熱管內部，熱管內部的工作液體受熱汽化，蒸汽流入到熱管的冷凝段放出熱量加熱水箱中的水，蒸汽冷凝成液體後回流到熱管的蒸發段接受太陽熱重新汽化為蒸汽，再流入到冷凝段放出熱量。如此反覆循環。

優勢

與一般平板式太陽能熱水器相比.平板式熱管太陽能熱水器有如下好處:

①平板式熱管太陽能熱水器的熱管一般均為重力式熱虹吸管.它具有單嚮導熱性的特點，即熱量只能從蒸發段導向冷凝段，而不能從冷凝段導向蒸發段，因此.在北方地區當夜晚外界溫度低於水箱內溫度時，熱量不會從水箱通過熱管散失到外部環境中去;
②熱管的工作液體可以採用防凍工質.在北方寒冷地區可以避免冬夜因溫度過低而凍破熱管;
③每根熱管都是獨立的熱管元件.單根熱管如有扭壞可以更換，而與系統無關，故安裝維修均較方便，使用壽命長。

熱管平板太陽能熱水器的缺點是價格較高，為了提高傳熱效率，熱管以及肋片最好採用銅、鋁等有色金屬，這就提高了製造成本。如果採用碳鋼作為熱管及肋片的材料，則價格可能與一般平板式太陽能熱水器相差不多。