基本介紹
- 中文名：陶瓷太陽能板
- 別稱：陶瓷太陽板
- 全稱：黑瓷複合陶瓷太陽板
- 基體：普通陶
功能結構,特點,規格,技術參數,套用,
功能結構
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。無白度要求的普通陶瓷是已知成本最低、壽命最長、性能最穩定的工程材料之一，以工業廢棄物製造的釩鈦黑瓷是成本最低、壽命最長、性能最穩定的太陽能吸收材料。陶瓷太陽能板整體為瓷質材料，不透水、不滲水、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。經國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心檢測，陶瓷太陽能板的陽光吸收比為0.95，混凝土結構陶瓷太陽能房頂的日得熱量為8.6MJ，遠高於國家標準。陶瓷太陽能板製造、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。已有4家工廠生產陶瓷太陽能板。我國陶瓷業產量占全球總產量70%以上，我國有全球最大的建築業，我國最有條件大規模生產陶瓷太陽能板，用於城市建築提供生活熱水，用於農村建築提供生活熱水和冬季取暖，為工農業提供熱水、熱風、熱能。也有助於解決全球能源、氣候、淡水、耕地問題。
太陽能是大規模可替代能源的主要希望，陶瓷太陽能集熱系統成本低、壽命長、效率高，單位能量使用成本低於常規能源，是一種新的可以大規模使用的太陽能利用裝置。
特點
1、製造陶瓷太陽能板的材料—成本低、能耗少、壽命長
陶瓷太陽能板基體是壁厚3毫米中空扁盒結構陶瓷板，向陽面是工業廢棄物提釩尾渣做的釩鈦黑瓷層，經1200℃一次燒成，陽光吸收比不會衰減，是功能型建築材料，可以實現與建築一體化，與建築同壽命。
生產成本低：
普通陶瓷製品如一噸低裝飾要求的陶瓷牆地磚每平方米出廠價十幾元，折合每噸數百元。一噸鋼材約4000元，一噸銅材約70000元。
製造能耗少：
陶瓷太陽能板在輥道窯中1200℃高溫段的時間約5分鐘。玻璃的熔制或金屬材料的冶煉，通常溫度1500—1700℃，歷時數小時，原材料在高溫段須經過熔化、流動、均化、反應、澄清等過程，一般來說，溫度每提高100℃，能耗增加1倍，同時設備和耐火材料的價格、消耗也成倍提高，電解的能耗更遠大於冶煉。所以，普通陶瓷燒結與玻璃的熔制或金屬材料的冶煉、電解有本質區別，能耗與成本均相差幾倍至幾十倍。
使用壽命長：
金屬材料是人類對自然物質進行還原反應的產物，自然界要在短時間內將其氧化；有機材料是人類對自然物質進行結構重組的產物，自然界要在短時間內將其分解和老化；陶瓷原料是花崗岩風化後的微粒，人類將其重新成型、燒結成為比花崗岩更加緻密、強度更高的瓷器，瓷器誕生1000多年，人類尚不知道瓷器的壽命；與此相似的是混凝土誕生100多年，目前測定早期混凝土的強度還在不斷增加，人類也不知道混凝土的壽命。
2、陶瓷太陽能板採用中空扁盒平板結構—太陽能是面能源、效率高
太陽能是面能源，太陽能利用就是用最便宜、最大面積的收集器將面能源轉化為能量流，直通式扁盒結構是太陽能集熱體中陽光與介質距離最近、接觸面最大、直接加熱、效率最高的結構形式。
3、太陽能集熱器對比
太陽能集熱器對比 | 真空管型 | 金屬平板型 | 陶瓷中空平板型 | 注 |
集熱體主要原料 | 石英、硼礦 | 銅礦、鋁土礦 | 瓷泥、提釩尾渣 | 儲量、運距等差別大 |
集熱體主要材料 | 硼矽玻璃 | 銅、鋁 | 無白度要求的普通陶瓷 | 熔制冶煉燒結差別大 |
集熱體主要結構 | 雙層中空盲管 | 銅管焊接、銅鋁翅板、平板狀 | 陶瓷中空平板 | 結構與材料工藝相關 |
集熱體強度 | 低、易碎、無保護 | 高、彈性、受保護 | 中、剛性、受保護 | 指產品不是材料 |
運行原理 | 外層玻璃透過陽光， 阻擋熱輻射， 單管、盲管循環 | 外層玻璃透過陽光， 阻擋熱輻射，上下管循環 | 外層玻璃透過陽光， 阻擋熱輻射，上下管循環 | 均為溫室效應， 不同結構形成不同運行 方式 |
集熱體熱傳導 | 材料導熱差、 導熱距離短 | 材料導熱好、導熱距離遠 | 材料導熱差、導熱距離短 | 由材料、結構主導 |
占用單位面積陽光利用率 | 中午約50% | 中午>80% | 中午>80% | 結構決定真空管黑色面 之間空隙大 |
熱水可利用率 | 75—80% | 100% | 100% | 盲管中水不能放出 |
集熱體自保溫效果 | 好 | 差 | 差 | 平板無真空保溫 |
製造能耗 | 中 | 高 | 低 | 燒結熔煉本質不同 |
製造成本 | 中 | 高 | 低 | 陶瓷無加工過程 |
壽命 | 10—15年 | 15—25年 | 主要部件>50年 | 陶瓷、水泥無壽命期限， 結構似天然礦物 |
塗層 | 塗層易老化 | 塗層易老化 | 黑瓷層不老化 | 陶瓷性能穩定 |
腐蝕 | 金屬支架、外殼易腐蝕 | 通道焊接處、金屬支架、 外殼易腐蝕 | 無機材料不腐蝕 | 無機材料不氧化、 使用環境基本無化學反應 |
減容堵塞 | 盲管中水垢、雜質易造成沉澱、 減容、堵塞 | 銅管貴、通道細、 通道曲折、通道容易變窄 | 通道寬、直通道、 循環阻力小、水垢影響小 | 循環最低處設絮狀水鹼、 懸浮物沉澱罐 |
外力損壞 | 無保護、易損壞 | 可用鋼化玻璃保護 | 可用鋼化玻璃保護 | 鋼化玻璃強度高 |
效率 | 30—50% | 30—50% | 30—50% | 初期綜合對比相近 |
新集熱體效率 | 高 | 中 | 中 | 以單位黑色面積對比 |
系統效率 | 初期三者效率相當 | 初期三者效率相當 | 初期三者效率相當 | 初期效率三者相近 |
效率衰減 | 因塗層老化、 真空度下降、 盲管中沉澱物， 長期使用效率下降 | 因塗層老化，水道細、 水垢有影響、 長期使用效率下降 | 黑瓷層不老化、通道寬、 水垢影響小，效率不易下降 | 受材料、結構、 製造工藝影響， 玻璃、金屬難耐成瓷溫度 |
介質雙循環 | 能量轉換影響效率、 提高成本，不得已而採用 | 能量轉換影響效率、提高成本，不得已而採用 | 集熱體中熱水可放出使用，可不採用雙循環 | 熱管原理、低沸點相變物質、防凍液體 |
單位採光面產熱量 | 初期高，後期減少 | 初期高，後期減少 | 初期高，產熱量始終相對穩定 | 前兩者會老化、衰減 使產熱量減少 |
與建築一體化 | 因結構、壽命、造價原因， 難與建築一體化 | 結構可與建築一體化， 造價、壽命難與建築協調 | 結構、壽命、造價， 均適合與建築一體化 | 普通建築的造價 有一定承受限度 |
與原房頂共用保溫層 | 不能與原房頂共用 保溫層 | 可以與原房頂共用保溫層 | 可以與原房頂共用保溫層 | 原房頂和平板集熱器都有保溫層可共用 |
與原房頂共用防水層 | 不能與原房頂共用 防水層 | 可以與原房頂共用防水層 | 可以與原房頂共用防水層 | 鋼化玻璃板可代替原房頂防水層 |
是否與建築同壽命 | 壽命短，不能同壽命 | 壽命不夠長，不能同壽命 | 可以與建築同壽命 | 陶瓷、水泥壽命長 |
造價 | 中 | 高 | 低 | |
集熱體造價 | 中 | 高 | 低 | 銅鋁玻璃陶瓷的差別 |
系統造價 | 中 | 高 | 低 | 無機材料儲水箱 |
大規模套用（荒漠熱水發電、荒漠風道發電） | A值小、造價高、 壽命短、 能量得不償失、 不經濟 | A值小、造價高、壽命不夠長、 能量得不償失、不經濟 | A值大、造價低、壽命長、 能量得多失少，值得試驗， 應該可行 | A值=裝置壽命期間得到 太陽能量/ 製造使用消耗 常規能量 |
規格
陶瓷太陽能板基本規格：
610×610×26、710×710×26、800×800×28、1020×1020×34 毫米中空瓷質板材，壁厚3±1毫米，瓷質基體，向陽面是立體網狀釩鈦黑瓷，每平方米自重17、18、19、22千克，每平方米容水量12、12、12.5、13.8公升，管口直徑24、26、34、34毫米，陶瓷太陽板在對角線上有2個管口，分左型、右型，大型工程可採用4個管口，更大型的工程如熱水發電等可使管口直徑大於板材厚度。
技術參數
重量：17-22kg/㎡
容 水 量：12-14 kg/㎡
吸 水 率：≤0.5%
陽光吸收比：0.95
系統日得熱量：8.6MJ
套用
一、陶瓷太陽能板在建築上的套用—提供熱水、取暖、空調
1、在普通平房頂上可以採用陶瓷太陽能板以傳統方法建造陶瓷太陽能熱水系統。也可以在平房頂上採用鋼結構建造陶瓷太陽能房頂提供熱水。
2、在新建建築上，採用錨樁結構陶瓷太陽能斜房頂與原房頂共用結構層、保溫層、防水層；錨樁結構陶瓷太陽能房頂取消找平層，取消濕法施工，以3.2毫米鋼化玻璃代替瓦片，可以簡化普通房頂的結構，簡化空氣太陽能房頂的結構，減少材料消耗，提高施工效率，減輕勞動強度，降低房頂成本。錨樁結構陶瓷太陽能房頂由低值防水層、保溫層（70mm苯板、20mm聚氨酯板、8mm纖維水泥板）、陶瓷太陽板、3.2毫米超透鋼化玻璃板、錨樁件、連線配件、管路、控制器、水泵、保溫水箱組成。陶瓷太陽能房頂採用保溫水箱放在房頂下面的單水泵控制系統，解決了防凍問題，減少了熱能損失，經過幾年冬天使用，證明安全可靠。太陽能房頂結構簡單、施工快速高效、造價低廉；提供熱水、取暖、空調，使用、維護方便。
3、我國約有一半人口居住在5-30層住宅樓里，主要戶均建築面積50-120平方米，戶均斜房頂面積2-24平方米，房頂是目前利用率最低、離人類最近、最容易得到陽光的場所，人類早晚必須充分利用房頂上的太陽能，建造太陽能房頂。太陽能是不穩定的能源，必須加以存儲，以減少常規能源的使用，5-6層樓可以安裝一半面積的陶瓷陶瓷太陽能斜房頂，6層樓以上應該安裝全面積的陶瓷太陽能斜房頂，一般傾角15-30度。
4、我國有另一半人口居住在獨立住宅—農居、城鄉結合部單戶住宅、別墅內，這些房屋一般沒有集中供暖系統，由於經濟發展、生活水平提高，我國長江流域及其以北部分都希望建立取暖系統，全面積陶瓷太陽能斜房頂可以為獨立住宅提供充分的生活熱水和最低限度取暖用能的大部分能量；今後當空調工業可以提供量產的小型家用吸收式空調機時，夏天陶瓷太陽能房頂提供的熱水可以開動吸收式空調機，為家庭供應冷風。
5、廠房、倉庫普遍是單層和低層建築，房頂面積比較大，可以為工業生產提供熱水、為辦公樓提供熱水、取暖、空調。
6、為賓館、酒店、學校、醫院、浴池、游泳館等提供熱水。
二、海水、苦鹹水淡化
試驗已經證明在我國東部地區，夏日晴天每平方米陶瓷太陽能板集熱系統可將17—35公斤自來水加熱到100—110℃；在國內外乾旱、炎熱的荒漠、沙漠、戈壁地區，陶瓷太陽能板集熱系統可將更多的水加熱到更高的溫度。黑瓷複合陶瓷太陽板由普通陶瓷基體和黑瓷表面層組成，不腐蝕、不老化、不退色，強度大、剛性好、陽光吸收率高、使用壽命長，在陽光充沛地區，使海水或苦鹹水在黑瓷複合陶瓷太陽能板集熱系統中加熱到80—120℃，使加熱的海水或苦鹹水及其蒸氣進入到抽真空的擴容器中，產生擴容蒸氣，然後將汽和水分離、排水、輸汽進入汽輪發電機中做功發電，做功後的蒸氣從汽輪機排入換熱器，加熱新抽取的海水或苦鹹水，同時蒸氣逐步降溫、冷卻、凝結為液態淡水，被加熱的海水或苦鹹水進入陶瓷太陽能板集熱系統中繼續加熱到80—120℃。重複上述過程，得到更多的電力、淡水和高濃度的海水或苦鹹水，高濃度的海水或苦鹹水也稱作滷水是鹽化工的主要原料。
傳統海水或苦鹹水淡化設備的主要問題是需要消耗大量能源，使用成本高。黑瓷複合陶瓷太陽能集熱系統用於海水或苦鹹水發電同時淡化的方法與傳統發電和淡化海水或苦鹹水的方法相比，設備性價比高、壽命長，使用成本低。
三、陶瓷太陽能風道
“陶瓷太陽能風道”是將陶瓷太陽能板和風道沿山坡和山峰安裝構成，用流動的氣流帶動空氣渦輪機發電。將陶瓷太陽能板集熱器分組安裝在向陽山坡和山坡下的坡地上，上下左右分組，每組分若干縱列，陶瓷太陽能板集熱器縱列中的集熱器上下首尾相通，下口與進風管相通，上口與熱風支道相通，進風管與熱風支道均與水平面成一定傾角，氣流方向由下向上，進風管下口敞開，上口封閉，熱風支道下口封閉，上口與總風道相通，空氣從進風管下口進入在集熱器中被陽光加熱向上經熱風支道進入總風道，從總風道上口排出，在進風管進口處和總風道出口處安裝空氣渦輪機，空氣在壓力差下形成氣流，推動渦輪帶動發電機發電。
四、陶瓷太陽能集熱場熱水發電裝置
“陶瓷太陽能集熱場熱水發電裝置”，是在向陽山坡上或相對平坦的荒灘、荒地、沙漠建造陶瓷太陽能集熱場熱水發電裝置，將相對平坦的地面修整為南北縱斷面為鋸齒形的向陽坡面，用大型開溝機順東西方向挖溝，形成溝的向陽坡面，將挖出的土、石、沙堆積在溝的向陽坡面一側的地面上，堆成堆積物坡面，溝的坡面和堆積物的坡面共同構成陶瓷太陽能集熱場的向陽坡面，在挖相鄰的溝時，溝的背陽坡面離開前一條溝的堆積物一段距離，中間形成一條水平通道，將坡頂、坡面、溝底整平、夯實、加固，沿坡頂敷設上水管即出水管，沿溝底敷設下水管即進水管，在上、下水管之間安裝陶瓷太陽能板集熱器縱列，縱列上口與上水管連通，下口與下水管連通，陽光加熱陶瓷太陽能板中的水，熱水沿出水管進入熱水罐，熱水罐中的熱水進入發電裝置將熱能轉化為動能做功發電後進入冷水罐，冷水罐中溫度較低的水進入陶瓷太陽能板集熱器縱列中再次被太陽能加熱。利用陶瓷太陽能板吸收的太陽能加熱的熱水作為發電的能源，使太陽能成為可大規模利用的可替代能源。
五、陶瓷太陽能板可以解決能源、氣候、荒漠化、淡水、耕地問題
常規能源逐步減少、二氧化碳過度排放、淡水不足、耕地沙化是全球性問題，撒哈拉沙漠、澳洲沙漠、美洲沙漠、印度沙漠都瀕臨大海，只要解決使用成本問題，這些地區都可以實現大規模太陽能發電、減排二氧化碳、淡化海水、變沙漠為耕地。我國人均能源為世界人均的1/3，淡水1/4，耕地1/4，我國新疆塔里木盆地的塔克拉瑪乾沙漠區域面積約50萬平方公里，年降雨量30毫米，蒸發量3000毫米，陽光強烈，極度乾旱，只要有一眼泉水，便可造就千畝良田；塔克拉瑪乾沙漠下面有8萬億立方米苦鹹水，每年另有約500億立方米雪山融水滲入沙漠，補充地下水，我國全國年淡水用量是5000億立方米；在塔克拉瑪乾沙漠地區大規模鋪設陶瓷太陽能集熱系統，可以年發電上萬億度，淡化苦鹹水上千億立方米，把數億畝沙漠變為良田。
我國現在年產陶瓷牆地磚80億平方米，占世界總產量70%以上，是第二名產量的12倍以上，我國可以年產黑瓷複合陶瓷太陽能板數十億、上百億平方米，這是其他任何國家不可以想像的；理論上說1000億平方米即十萬平方公里太陽能等於人類消耗能源的總和，陶瓷太陽能板用於海水或苦鹹水發電同時淡化的方法可以為能源、氣候、環境、阻止荒漠化、民生、就業、擴大內需、增加淡水資源、擴大可耕地等作出重要貢獻。
