從國內(nèi)外太陽能光熱利用出發(fā)，結(jié)合太陽能集熱器的應(yīng)用，綜述了平板型太陽能集熱器的發(fā)展概況；對平板型太陽能集熱器的國內(nèi)外市場進行了分析；展望了平板型太陽能集熱器和熱水器規(guī)模應(yīng)用的前景。cstif.cn
引言www.21tyn.com
作為技術(shù)相對成熟的太陽能光熱利用產(chǎn)品，太陽能熱水器（系統(tǒng)）在全球已得到了廣泛的應(yīng)用。它在減少常規(guī)能源消耗、促進節(jié)能減排中已發(fā)揮并繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用。cstif.cn
我國擁有全球最大的太陽能熱水器（系統(tǒng)）的生產(chǎn)能力，也是全球最大的太陽能熱水系器（系統(tǒng)）的應(yīng)用市場。根據(jù)我國的可再生能源發(fā)展規(guī)劃，2010年和2020年太陽能熱水器（系統(tǒng)）安裝量將達(dá)到1.5億m2和
1、國內(nèi)外平板型太陽能集熱器的發(fā)展概況21tyn·com
平板型太陽能集熱器是歷史上最早出現(xiàn)的太陽能集熱裝置。盡管它早在17世紀(jì)后期已被發(fā)明，但直至1960年以后它才真正被深入研究并進入實際應(yīng)用。cstif.cn
太陽能熱水技術(shù)是太陽能光熱利用中技術(shù)最成熟、實際應(yīng)用最多并在經(jīng)濟上能與常規(guī)能源相競爭的一種可再生能源利用技術(shù)。二十世紀(jì)初，美國最先開始使用太陽能熱水器，用來獲取生活熱水。二次世界大戰(zhàn)后，以色列和澳大利亞等一些國家也相繼開展了研究、開發(fā)、生產(chǎn)和使用太陽能熱水器的工作。cstif.cn
1955年，國際太陽能利用會議第一次提出了選擇性涂層的概念，并研制成實用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。1973年出現(xiàn)“能源危機”后，世界上形成了研究、開發(fā)、利用太陽能的熱潮。發(fā)展太陽能利用技術(shù)和產(chǎn)品以節(jié)約常規(guī)能源，受到了工業(yè)化國家政府的普遍的重視。對太陽能熱利用技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，各國都給予了大力的支持和鼓勵。21tyn·com
1980年在聯(lián)合國新能源大會的籌備會上，聯(lián)合國的專家小組對太陽能熱水器的發(fā)展前途給予了肯定的評價。 www.cstif.cn
1996年，在津巴布韋召開的聯(lián)合國世界太陽能高峰會議發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，太陽能利用的研究開發(fā)在世界范圍內(nèi)形成了又一個熱潮。許多國家相繼制定了太陽能發(fā)展計劃。例如美國的“百萬屋頂計劃”，德國的“1000屋頂計劃”，意大利的“全國太陽能屋頂計劃”，日本的“七萬屋頂計劃”和“太陽計劃”等。這些計劃的實施，有力地促進了世界各國太陽能利用的發(fā)展：澳大利亞政府規(guī)定，在其北部地區(qū)新建的房屋一定要設(shè)置太陽能熱水器，西澳大利亞已有25%的新住宅安裝了太陽能熱水器;日本現(xiàn)在每年安裝的太陽能熱水器約50萬臺，計劃以后家庭安裝太陽能熱水器的普及率超過25%;在丹麥，Marstal太陽能供熱廠為Aeroe島上1250戶居民提供了區(qū)域供熱。8000平方米的太陽能集熱器陣列與2100立方米的儲熱水箱相聯(lián)。6、7、8月間可100%由太陽能供熱，全年能供給全區(qū)熱需求的12.5%;以色列政府制定了法規(guī)，要求新建住宅必須裝有太陽能熱水器。目前以色列已有65%的住宅裝有太陽能熱水器，實現(xiàn)了太陽能熱水器與建筑一體化的住宅設(shè)計計劃；2003年，奧地利等歐洲國家、印度、中國、日本、澳大利亞及美國等21個國家的太陽能發(fā)展報告顯示出1982~2001太陽能集熱器及熱水器的制造及銷售都有很大的發(fā)展。歐洲在2004年安裝的太陽能集熱器面積為1500萬㎡，計劃到2010要達(dá)到1.0億㎡。cstif.cn
大面積太陽能熱水系統(tǒng)的研究只是近十幾年的事。現(xiàn)時情況下其規(guī)模只占小型家用太陽能熱水系統(tǒng)的20～30%。瑞典和德國已進行大面積屋頂集熱模塊的研制。它是作為建筑的一個構(gòu)件和建筑結(jié)合，以實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)和建筑的一體化，從而降低成本，提高建筑的整體性和美觀性。21tyn
我國最早的太陽能熱水淋浴室在1958年建成。70年代初世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽能熱潮，對我國也產(chǎn)生了巨大的影響。1975年，在河南安陽召開的“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會”，進一步推動了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。1979年在西安召開了重點在推廣和應(yīng)用太陽能產(chǎn)品的第二屆全國太陽能會議。1992年世界環(huán)境與發(fā)展大會后，我國政府制定了《中國21世紀(jì)議程》，進一步明確了以太陽能為重點的發(fā)展項目。1995年國家計委、國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》(1996～2010)，明確提出我國在1996～2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)以及相應(yīng)的對策和措施。21tyn·com
經(jīng)過20多年的研究和科技成果轉(zhuǎn)化，我國太陽熱水技術(shù)已日趨成熟。太陽能熱水器以其安全、節(jié)能、環(huán)保和實用等優(yōu)點受到了廣大用戶的喜愛，太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)在一些地區(qū)已成為新的經(jīng)濟增長點。到2000年底，全國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝服務(wù)的企業(yè)已達(dá)1000多家，年產(chǎn)量達(dá)610萬平方米，產(chǎn)值超過60億元，全國太陽能熱水器的保有量達(dá)2600萬平方米，居世界第一。到2005年，產(chǎn)量已達(dá)1500萬平方米,占世界總產(chǎn)量的75.6%;太陽能熱水器保有量為7500萬平方米,占世界總保有量的60.6%。www.21tyn.com
在太陽能低溫利用領(lǐng)域，平板集熱器的技術(shù)經(jīng)濟性能遠(yuǎn)比聚光集熱器好。但為了提高效率，降低成本，為了滿足特定的使用要求，人們必須繼續(xù)研究開發(fā)新型的熱性能優(yōu)異的平板集熱器。www.cstif.cn
根據(jù)傳熱工質(zhì)種類的不同，平板型太陽能集熱器可分為空氣集熱器和液體集熱器兩大類。目前大量使用的是液體集熱器；根據(jù)吸熱板芯使用材料的不同，平板集熱器可分為鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁復(fù)合、不銹鋼、塑料及其它非金屬集熱器等；按結(jié)構(gòu)型式的不同可分為管板式、扁盒式、管翅式、熱管翅片式、蛇形管式集熱器以及帶平面反射鏡的集熱器和逆平板集熱器等；按蓋板種類可分為單層或多層玻璃、玻璃鋼或高分子透明材料、透明隔熱材料蓋板集熱器等。目前，國內(nèi)外普遍使用的平板集熱器是全銅集熱器和銅鋁復(fù)合集熱器。銅翅和銅管的結(jié)合，國外一般采用高頻焊，國內(nèi)以往采用介質(zhì)焊。1995年我國也開發(fā)成功全銅高頻焊集熱器。八十年代中期我國從加拿大引進銅鋁復(fù)合生產(chǎn)線，后經(jīng)過消化吸收，國內(nèi)現(xiàn)在已建成十幾條銅鋁復(fù)合生產(chǎn)線。21tyn.com
為了提高對太陽能的吸收，減少集熱器的熱損失，提高集熱器的整體效率，人們對用于太陽能集熱器的關(guān)鍵部件----太陽能集熱條（俗稱板芯），特別是板芯所用的選擇性太陽能吸收涂層等持續(xù)進行了多年的研究，已取得了相當(dāng)好的成果。現(xiàn)在，國內(nèi)已能生產(chǎn)高性能的TiNO系列選擇性光熱吸收涂層。另外，為了克服普通平板太陽能集熱器的缺點，應(yīng)用熱管的平板式太陽能集熱器和熱水器的研究開發(fā)，也取得了很好的結(jié)果。測試結(jié)果表明熱管的單向?qū)崽匦源蟠鬁p少了系統(tǒng)通過集熱器的熱損失。這種具有實際應(yīng)用價值的熱管平板集熱器對大規(guī)模集中供熱，特別是實現(xiàn)集熱器、熱水器與建筑的一體化,是非常有意義的。在高效涂層、高透過率蓋板及密封保溫等高新技術(shù)的支持下，一大批具有優(yōu)異熱性能的平板集熱器產(chǎn)品如模塊式太陽能集熱器、熱管平板式太陽能集熱器和熱水器等被生產(chǎn)出來，這對平板式太陽能集熱器進一步的發(fā)展及其的規(guī)模應(yīng)用必定能起到實際的促進作用。中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
2、平板型太陽能集熱器的國內(nèi)外市場分析CSTIF.CN
隨著技術(shù)的進步和節(jié)能環(huán)保的要求，我國的太陽能熱水器已經(jīng)歷了70年代的悶曬式、80年代的平板式、90年代的平板式和真空管式集熱器的發(fā)展。悶曬式集熱器結(jié)構(gòu)簡單，可分有膽(悶曬盒內(nèi)裝有黑色塑料或金屬)和無膽(即淺池?zé)崴?span lang="EN-US">)兩種形式。80年代發(fā)展出效率高、技術(shù)先進的銅鋁復(fù)合、全銅和防銹鋁的平板式集熱器(即管板集熱器)。由它可以派生出許多同類熱水器，如翅翼型、波紋板型、塑料壓制型熱水器等。到90年代，開發(fā)出的真空管式太陽能熱水器(包括全玻璃真空管式和熱管真空管式)正式進入市場。現(xiàn)在市場上占主導(dǎo)地位的太陽能熱水器主要有平板型和真空管型兩種。2001年國內(nèi)市場中，平板型太陽能熱水器份額約占55%;真空管熱水器份額約占45%。21tyn
在我國的太陽能光熱應(yīng)用中，平板式太陽能集熱器是最早得到應(yīng)用的產(chǎn)品，一度發(fā)展得很快。但由于初期產(chǎn)品技術(shù)和結(jié)構(gòu)的缺陷，使得這種集熱器的發(fā)展受到了阻礙。首先，作為太陽能集熱器核心部件的太陽能吸熱材料的光熱轉(zhuǎn)換效率低，直接導(dǎo)致了太陽能集熱器效率的低下；其次，由于結(jié)構(gòu)上的特點，這種集熱器組成的熱水器平均熱損系數(shù)較大，從而，太陽能熱水器的整體熱效率不高；另外，我國的太陽能熱水器或熱水系統(tǒng)(熱水工程),基本都采用直接加熱太陽能集熱器中水的方法。如果集熱器中的水一旦凍結(jié)將直接影響集熱器的正常運轉(zhuǎn),嚴(yán)重時還會導(dǎo)致集熱管的漲裂。而隨后發(fā)展起來的真空管太陽能熱水器因冬天管內(nèi)的水在不排空的情況下基本不結(jié)冰而受到了市場的歡迎。同時，近10年來全玻璃真空管熱水器生產(chǎn)成本大幅度降低，而平板太陽能集熱器的生產(chǎn)成本卻沒有明顯下降，再加上全玻璃真空管熱水器被生產(chǎn)廠及商家片面宣傳其為熱性能遠(yuǎn)高于平板太陽能熱水器的產(chǎn)品。一度曾占我國太陽能熱水器統(tǒng)治地位的平板太陽能集熱器和熱水器受到了全玻璃真空管太陽能熱水器的沖擊，市場份額有所下降。但最近些年，由于平板集熱器技術(shù)的進步以及節(jié)能減排指標(biāo)的要求，我國平板型太陽能熱水器產(chǎn)量已從2004年的150萬平方米上升到2005年180萬平方米,市場份額在不斷增加。www.21tyn.com
據(jù)霍志臣、羅振濤對歐洲15個國家、美洲2個國家、大洋洲1個國家、亞洲3個國家(21個國家)的統(tǒng)計，國外生產(chǎn)平板式太陽能熱水器的廠家(含經(jīng)銷商)共401家,占企業(yè)總數(shù)的92.61%;真空管太陽熱水器12家,占企業(yè)總數(shù)的2.77%;簡易太陽能集熱器20家,占企業(yè)總數(shù)的4.62%。顯然,平板型太陽能熱水器生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其它產(chǎn)品類型企業(yè)數(shù)量。國外市場中，2003年平板太陽能熱水器占市場銷售份額的94.88%,真空管太陽能熱水器占2.46%。至目前為止，國外集熱器的市場格局仍然是以平板型集熱器為主，并且還在不斷地發(fā)展壯大。太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
平板太陽能集熱器在國外能獲得快速的發(fā)展和應(yīng)用，究其原因主要有下面幾點：太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
(1)平板太陽能集熱器能承壓、壽命長、容易組成二次回路系統(tǒng)。國外的太陽能熱水器基本上都是雙回路承壓型分體結(jié)構(gòu)。真空管太陽能熱水器若制成承壓分體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品后,其成本將顯著高于平板型產(chǎn)品。相對而言平板太陽能熱水器將更受用戶歡迎。cstif.cn
(2)平板太陽能集熱器容易與建筑結(jié)合，安裝后能保持建筑的美觀。建筑設(shè)計師容易接受以平板型太陽能集熱器與建筑結(jié)合的一體化方案。cstif.cn
(3)平板型太陽能集熱器多以銅鋁等金屬材料為主,其產(chǎn)品材料回收利用率高。21tyn
(4)產(chǎn)品熱性能好。國外平板型太陽能集熱器已研發(fā)多年,其產(chǎn)品熱性能已接近或等同真空管太陽能集熱器。 中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
(5)平板型太陽能集熱器和熱水系統(tǒng)安全可靠,有效采光面積大，熱效率高。國外平板式太陽能熱水工程主要用于熱水和采暖。可靠是必要的條件。此外,在同等輸出功率條件下，平板太陽能集熱器占地面積小(真空管之間有空隙占地面積較大)。太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
3、平板型太陽能集熱器的應(yīng)用展望cstif.cn
我國平板型太陽能集熱器已有20多年的生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗。現(xiàn)在，平板型太陽能集熱器和熱水器在華南大部分地區(qū)仍占據(jù)市場的主體地位,即使在北方地區(qū)也有不少用戶。近年來由于使用中出現(xiàn)炸管、凍裂、管內(nèi)結(jié)垢和泥沙沉積、密封膠圈漏水以及熱水工程不能承壓運行等問題，直插式全玻璃真空管集熱器在實際中的使用受到了限制。全玻璃真空管太陽能熱水器使用中存在的問題使人們把眼光轉(zhuǎn)向了平板太陽能集熱器。于是，平板太陽能集熱器得到了一個新的發(fā)展機會。此外，隨著技術(shù)的進步，平板太陽能集熱器及熱水器的高效涂層、高透過率蓋板及密封保溫等技術(shù)已達(dá)到較高的水平，產(chǎn)品的性能大幅提高，市場競爭力也在進一步增強。我國平板太陽能集熱器、熱水器的發(fā)展已呈現(xiàn)出誘人的前景。www.cstif.cn
真空管太陽能熱水器在我國的太陽能熱水器市場中占有較大的優(yōu)勢。盡管這與國內(nèi)一些太陽能熱水器研究機構(gòu)及一些知名企業(yè)的推動直接有關(guān),但與它本身所具有的優(yōu)點也是分不開的。21tyn.com
首先，真空管太陽能熱水器的防凍抗凍性較好，在寒冷的季節(jié)使用時既能提供生活所需的熱水,又可以保證熱水器能夠安全的運行。其次，真空管太陽能熱水器的熱損系數(shù)較小。熱損主要是通過熱輻射產(chǎn)生的。而平板型太陽能集熱器的損失除了熱輻射外,還有對流熱損等。實驗測定,真空管太陽能集熱器的平均熱損系數(shù)要比平板型集熱器小。真空管太陽能熱水器的熱損系數(shù)一般為0.9W/m
(1)熱效率較高中國太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)
首先,在日平均效率方面,平板型太陽能集熱器要優(yōu)于真空管太陽能集熱器。目前,平板型太陽能集熱器熱效率一般為60%,而真空管太陽能集熱器的熱效率一般為50%。集熱器內(nèi)的水溫處于
(2)有利于循環(huán)系統(tǒng)的使用太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
目前國內(nèi)的太陽能熱水器主要是采用緊湊式自然循環(huán)系統(tǒng),這種系統(tǒng)的特點是制造簡單、價格低廉。但如果從太陽能熱水器的重量、使用方便、安全、以及操作性等方面來看,分離式強制循環(huán)系統(tǒng)更能滿足人們的要求。平板型集熱器一般是金屬制成的,集熱器與儲水箱之間的連接采用的是金屬連接,因此可以承受較高的水壓,密封性能也較好。而真空管熱水器的集熱管與儲水箱之間的連接一般是用塑料或橡膠來密封,因此在承壓及密封方面效果差。在平板型太陽能集熱器中,傳熱介質(zhì)可以在集熱器與貯水箱內(nèi)的換熱器之間無障礙地流動,通過換熱器去加熱貯水箱內(nèi)的水,完成系統(tǒng)的雙循環(huán),這一點也是平板太陽能熱水器明顯的優(yōu)勢所在。www.21tyn.com
(3)良好的承壓性能21tyn
好的承壓性是太陽能熱水器的一個發(fā)展趨勢。而平板型太陽能熱水器的一個顯著的優(yōu)點就是具有良好的承壓性能。cstif.cn
(4)組成大系統(tǒng)時性能穩(wěn)定CSTIF.CN
對于一些大型的場所,如賓館、游泳館、學(xué)校、工廠、醫(yī)院等地方,在使用太陽能熱水器時,往往需要用很多塊太陽能集熱器以組成大規(guī)模的供水系統(tǒng)。平板型太陽能集熱器與系統(tǒng)之間的連接是金屬連接,受環(huán)境的影響較小,能保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。21tyn·com
(5)是最理想的太陽能與建筑一體化的熱水器21tyn.com
實現(xiàn)太陽熱水器與建筑一體化，是國際環(huán)境和世界節(jié)能減排的直接要求，是太陽熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是太陽熱水器技術(shù)發(fā)展的主要方向。我國全玻璃真空管太陽能熱水器產(chǎn)品絕大多數(shù)為緊湊直插式，是采用一次循環(huán)、非承壓的系統(tǒng)。緊湊式系統(tǒng)的最大問題是水箱只能和集熱器一起放置在屋頂上，不易實現(xiàn)與建筑外觀的融合。而平板型太陽能集熱器是最適合用于承壓系統(tǒng)和二次循環(huán)系統(tǒng)的太陽能集熱器。同時在與建筑結(jié)合方面，還具有與建筑立面容易結(jié)合，便于安裝、運行和維護、壽命長等等優(yōu)勢。因此，無論從整體外型、結(jié)構(gòu)強度、產(chǎn)品性能，還是從安裝調(diào)試、維護保養(yǎng)、運行壽命等方面考慮，以平板型太陽能集熱器為主體的太陽熱水器和熱水系統(tǒng)，都是最適合實現(xiàn)太陽能與建筑相結(jié)合的，也是最受建筑設(shè)計師歡迎的產(chǎn)品。同時，平板太陽能集熱器還能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑物的屋頂和屋面,顯著地降低成本。從實現(xiàn)太陽熱水器與建筑一體化的前景上看，全玻璃真空管太陽能熱水器顯然無法跟平板型太陽能熱水器相抗衡。太陽能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟
結(jié)合上述平板型太陽能集熱器的諸多優(yōu)勢，在充分借鑒國外經(jīng)驗、進行技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，我國已開發(fā)出具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能的選擇性吸收涂層和高性能的新型平板型集熱器和熱水器。這對于完成我國的可再生能源規(guī)劃，實現(xiàn)我國節(jié)能減排的階段性目標(biāo)，有著非常重要的意義。CSTIF.CN
結(jié)語cstif.cn
平板型太陽集熱器和熱水器在太陽能光熱利用中，特別是在應(yīng)對世界環(huán)境和完成節(jié)能減排的指標(biāo)中有著極大的優(yōu)勢。隨著社會和技術(shù)的不斷進步,在太陽能與建筑一體化方面,平板型太陽能熱水器近年來已取得了較大的技術(shù)進步。居民生活水平的提高也使得開發(fā)、生產(chǎn)高品質(zhì)的太陽能熱水器產(chǎn)品成為今后的發(fā)展方向。隨著平板型太陽能集熱器和熱水器技術(shù)水平的提高，平板型太陽能集熱器和熱水器將會獲得更大的發(fā)展,在市場中所占的份額也將不斷增加。
