0前言
我國的太陽能企業在經歷了將近十幾年的高速發展之后,近年來開始走入低谷,整個行業面臨前所未有的困難和挑戰。雖然今年太陽能熱水工程市場有較大增幅,但是行業主打產品——家用太陽能熱水器市場產能過剩,產品供大于求的現象,并未因工程市場的擴大而好轉。在這樣的大環境下,必須依靠創新發展、通過轉型升級、立足于提高產品品質和效率,才是走出困境的最好途徑。
1透過現象看本質
業間從本世紀初就開始探討太陽能與建筑相結合的技術問題,達成的共識是“未來市場將是平板太陽能產品的天下”。實際上這是行業發展的一個誤區和偏面認識。原因在于,真空管生產廠家雖然時不時地推出一些新產品,但多是模仿和克隆技術,在原創性上并無太大進步,“產能過剩、產品雷同,缺乏創新、產品質量參差不齊”仍是業界主流,這無疑說明了太陽能熱利用產品創新的乏力和不足。“回顧20多年來的發展歷程,從平板集熱器到真空管集熱器,每一次的進步,都是由于技術創新帶來的結果”,但真空管集熱器生產廠家對行業存在的危機長期熟視無睹,才造成今天這一被動局面。
就平板集熱器的適用范圍而言,在技術上規定“普通平板太陽集熱器只能運行在60℃以下的工作溫度”。2009年4月22日中國國際太陽能熱利用大會專家報告,在“8.平板式太陽能的工程應用事例”中,專門列舉了廣東省內各家較大太陽能公司的平板式太陽能熱水工程失敗的案例,證明了一個事實:在真空條件下對流損失才等于零這個基本的物理學常識,同時也揭示了真空管集熱器天然存在的優越性。
在平板集熱器內部,吸熱板到外蓋板的內對流損失和外蓋板到周圍空氣的外對流損失這兩種對流損失,決定了平板集熱器的效率。其中:內對流損失的存在決定了平板集熱器只能產出低溫熱水,外對流損失決定了平板集熱器肯定要凍堵。在低溫條件下為解決抗凍問題,必須消耗熱能(從太陽獲得的熱能和輔助熱源提供的熱能),才能得到平衡。這兩項對流損失,在真空管集熱器里幾乎可以略去不計。
在太陽能工程市場中,之所以要用平板集熱器取代真空管集熱器,多是出于建筑構件化的需要。不過平板集熱器在實際安裝中經常發現諸多問題,如溫室熱箱的密封不良,往往造成結霧現象。其中既有制造方面的原因,也有安裝不到位所造成的原因。
這種現象將使集熱器的效率因為對流損失而大大降低,以致在冬季的零下氣溫條件下造成集熱器凍裂。為解決這一問題,施工單位往往采用鉆孔來達到消除起霧的現象,這樣做的結果,只能讓集熱器接近無效工況。
平板集熱器存在的弊病較多,迫切需要尋找新的思路和對策。
2 對策和思路
2.1 創新
早在2001年,原建設部科學技術司、建設部建筑節能中心、中國農村能源行業協會太陽能熱利用專業委員會等單位,在南京召開了“太陽熱水器與建筑相結合應用技術研討會”,會議上建筑專家就指出:“太陽熱水器并未成為建筑的一個部件來配備…太陽熱水器如何與建筑結合是一直沒有解決的問題。”所以開發新一代太陽能集熱器,使之既具有太陽能建筑構件的特征,也具有真空集熱器的高效率,從而取代現有的平板集熱器,從理論上看是一個可行之策。
目前太陽能熱利用的應用范圍包括:“由戶用型向工程化擴展;由生活熱水向采暖和空調擴展;由民用向工農業生產擴展;由低溫向中高溫應用擴展(主要指太陽能熱發電和空調制冷技術)”。從實踐應用中得知,采用真空管式太陽集熱器,完全能在上述領域中得到全部應用。甚至在20世紀60年代,以色列就已經開始利用高溫熱管太陽能熱加熱空氣到650℃以上,對爐料進行預熱后,再進入高爐融化,以節省能源。
同時,真空管太陽能集熱器的平板化設計方案,早在2003年的常州秋交會就已經展示過。在經歷了十余年的不斷完善之后,現在的平板-真空管式太陽集熱器(包含三種不同傳熱方式)技術上已趨于成熟。這種集熱器以建筑構件為框架,可以作為建筑構件安裝在建筑物的任何地方,產品已出口到新西蘭和德國等國家。
這種形式的工程案例,也已經在房地產開發商建設的別墅小區里得到了應用和推廣。2007年浙江某小區的134套別墅,就采用了平板-真空管式太陽集熱器作為分體式太陽熱水器的集熱元件,至今已經順利度過了六個年頭。
大量的實踐證明,平板-真空管式太陽能集熱器產品具備建筑構件的幾乎全部要素,完全有可能取代平板集熱器而應用于建筑領域。同時,采用平板集熱器框架制作全封閉的平板-真空管式太陽集熱器,技術上是可行的。可以斷言,只要有主管部門的重視,并經有實力的企業在此方面加以努力,這種新型的真空管式集熱器一定有著廣闊的市場前景。
2.2 轉型
目前真空管內插熱管和U形管的應用已經很普遍,和真正的玻璃-金屬真空管太陽集熱器相比,集熱效果不如后者。其中原因很多,主要原因還是對于該產品的集熱效率研究不夠深入,沒能真正找到最佳的解決方案,或是因為價格問題而無法大面積推廣。現在市場上的主流產品大多是相互仿制,做到了形似做不到神似,無非是占據了價格優勢(前者一支D100mmX2000mm的熱管真空管提供的能量約為100W,價格要200多元,后者一支D58mmX1800mm的真空管提供的能量為59W,價格在50元上下)。盡管后者的價格低于前者,但是前者的綜合性價比還是要比后者高出許多。
分析現有的內插式熱管真空管的現狀,我們可以找出許多可以改進的地方,重要的是,要真正引起有關廠家的重視,把這種產品從技術上加以完善,將分散組裝成的產品變成獨家集成的專利產品,努力提高其效率、性能和壽命,進而提高產品的競爭能力。其中,熱管完全可以自己開發制造,翅片和其他部件應該進行專項設計,變成自己的專利產品,提供給采購商家。經驗證明,只要改進內插式熱管真空管和U型管集熱器的結構,即可把效率提高20%以上,創造出有企業特色的高效優質的真空管集熱器產品。所以,真空管生產廠家以及相關產品的生產廠家都可以根據該思路完成企業的轉型升級。
我們再對現有內插式熱管、U形管的構件稍加分析,就知道企業生存的困境到了何等地步。以翅片為例:有厚度為0.15mm的,也有0.25mm的,若問那種傳熱效果更佳,恐怕哪一家都無法回答,因為他們沒有實例證明,只是根據訂貨廠家要求進行生產,其實結果都差不多,最終還是因為熱變形的原因,導致傳熱效率大大下降;同樣,熱管傳熱的結構究竟哪種形式好,冷凝頭的尺寸究竟多大最合適,和集管如何連接等等,都沒有人在這方面進行過仔細的研究和實踐,而是照搬、克隆,產品雷同的結果就是價格的惡性競爭。
3結語
企業的靈魂在于創新,經營者必須要有憂患意識、創新精神和勇于否定自己的犧牲精神。要不斷提高自己的認知,以質量贏得信譽和市場,做到20世紀80年代就曾流行的企業競爭口號“人無我有,人有我優、人優我廉”,那么即便是一個微型企業,也會立于不敗之地。同時呼吁行業主管部門和專家,對此課題能夠加以重視,上下齊心,一起為振興太陽能熱行業作出新的貢獻。