平板型
太陽能集熱器是太陽能集熱器中一種最基本的類型，其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點，是太陽能與建筑結(jié)合的最佳選擇之一。目前，世界太陽能市場平板式和真空管式太陽能熱水（器）系統(tǒng)并存，但所占市場份額不同。我國以真空管為主，真空管占86%；歐、美、澳等發(fā)達國家截然相反，平板式占90%以上。平板型太陽能熱水器作為太陽能熱水器的一種主要產(chǎn)品類型，在國外已有多年的應(yīng)用歷史，國外市場平板型太陽能熱水器市場占有率遠遠大于真空管太陽能熱水器，主要有以下因素：
1）平板型太陽能熱水器具有耐壓、壽命長，易組成二次回路系統(tǒng)等獨有特點。真空管太陽能熱水器若制成承壓分體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品后，其成本將高于平板型產(chǎn)品；
2）平板型太陽能熱水器易與建筑結(jié)合，易安裝在屋頂及陽臺，建筑師在設(shè)計時也比較容易將它融于建筑之中，實現(xiàn)與建筑一體化；
3）平板型太陽能熱水器產(chǎn)品材料的可再生利用率高。平板型太陽能集熱器材料以銅、鋁或復(fù)合材料為主，回收利用率高；
4）平板型太陽能熱水器的產(chǎn)品熱性能好。平板型太陽能集熱器在國外的研發(fā)已有多年，其產(chǎn)品的熱性能有很大提高；
5）平板型太陽能熱水器的系統(tǒng)安全可靠，有效采光面積大。在接收同等太陽能條件下，平板型太陽能集熱器占地面積小，而真空管太陽能集熱器的管與管之間有空隙，造成占地面積大。
我國的太陽能熱水器主要有真空管、平板和悶曬等類型。真空管太陽能熱水器占據(jù)著主要的市場份額，而平板型太陽能熱水器的市場份額卻處在相對較低的水平。主要因素有以下幾點：
1）國內(nèi)平板型太陽能集熱器有些產(chǎn)品熱性能差（光效率η小于0.75、熱損系數(shù)υ大于6w/m2·k），低于國外同類型產(chǎn)品（光效率η大于0.75~0.78、熱損系數(shù)υ小于5w/m2·k）。有些平板型太陽能集熱器產(chǎn)品的熱損系數(shù)高，高于真空管太陽能集熱器熱損系數(shù)υ小于3w/m2·k，導(dǎo)致冬季得熱量低；
2）目前金屬材料價格不斷上漲，加上平板型太陽能集熱器未形成大規(guī)模生產(chǎn)，導(dǎo)致高質(zhì)量的平板型太陽能熱水器的價格較高；
3）由于全玻璃真空管成本大幅度下降，目前的成本相對較低，直插式熱水器結(jié)構(gòu)簡單。尤其是我國太陽能家用熱水器目前以中小城市及農(nóng)村市場為主，市場銷售量占總推廣量的70%以上。
國內(nèi)太陽能市場與世界太陽能市場主流出現(xiàn)如此反差有很多原因。隨著太陽能在住宅建筑中的擴大應(yīng)用，和適應(yīng)太陽能與建筑結(jié)合要求，業(yè)界近年來對平板型集熱器給予高度關(guān)注，充分認識到其固有的優(yōu)勢。很多企業(yè)和研究機構(gòu)積極開展高效平板型集熱器的研究和產(chǎn)業(yè)化，促進平板型集熱器邁向新的發(fā)展。
平板型集熱器高效選擇性涂層
為了提高太陽能集熱器的效率，唯一有效的辦法是在保持最大限度采集太陽能的同時盡可能減小其對流和輻射熱損。采用優(yōu)質(zhì)選擇性吸收涂層材料和高透過率蓋板材料是滿足上述要求的重要途徑。
隨著太陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展，我國對選擇性吸收材料的研究工作已有二十年的歷史了。太陽能集熱器的發(fā)展過程也是涂層技術(shù)的發(fā)展過程。期間經(jīng)歷了從非選擇性的普通黑漆到選擇性的硫化鉛、金屬氧化物涂料，從黑鎳、黑鉻到鋁陽極化涂層等一代接一代的更新?lián)Q代過程。隨著涂層技術(shù)的不斷進步涂層性能得到了很大的提高。目前我國平板型集熱器吸收表面主要采用鋁條帶上陽極化著色和銅條帶上黑鉻選擇性涂層。
間歇式磁控濺射鋁-氮-鋁材料選擇性吸收涂層的鍍膜生產(chǎn)技術(shù)是隨著真空管集熱器的產(chǎn)生而發(fā)展起來的，基本上代表了當前我國中低溫選擇性吸收材料的生產(chǎn)水平。由于該涂層耐候性能較差，不適于平板型集熱器的使用。
目前，國際上發(fā)達國家，尤其是歐洲，選擇性吸收涂層的生產(chǎn)主要有兩個特點，其一是采用真空鍍膜技術(shù)，其二是采用卷繞式連續(xù)鍍膜方式。即使是濕法鍍膜也采用連續(xù)鍍膜工藝。如丹麥的BATEC公司是生產(chǎn)黑鉻吸收涂層的，在銅條帶上采用連續(xù)電鍍的方法進行生產(chǎn)。年生產(chǎn)能力為十幾萬平米，產(chǎn)品的光學性能及耐候性都很理想。此外，德國幾個生產(chǎn)選擇性涂層的公司，如INTERPANE、TINOX、ALANOD公司都是采用真空方法和連續(xù)生產(chǎn)方式進行吸收涂層生產(chǎn)的。
真空鍍膜技術(shù)生產(chǎn)工藝不存在污染問題，涂層光學性能優(yōu)良，但連續(xù)化生產(chǎn)線投資較大，涂層生產(chǎn)成本較高，有些真空鍍膜涂層耐候性能不很理想。濕法鍍膜技術(shù)采用電化學方法生產(chǎn)，工藝設(shè)計或生產(chǎn)控制不當，容易造成一定程度的污染，但涂層（如黑鉻涂層）連續(xù)化生產(chǎn)線投資較小，涂層具有優(yōu)良的光學性能而且也具有非常優(yōu)異的耐熱耐濕耐候性能。
目前，國內(nèi)多家研究機構(gòu)和生產(chǎn)廠家均在開展用于平板型集熱器的高性能太陽能選擇性涂層生產(chǎn)工藝和設(shè)備研究。因此與國外在太陽能選擇性涂層方面的技術(shù)差距將會越來越小，這為國內(nèi)平板型集熱器技術(shù)的提升打下基礎(chǔ)。
平板型集熱器性能比較
關(guān)于平板型集熱器太陽能系統(tǒng)，業(yè)界存在一些誤解。其一是平板型集熱器太陽能系統(tǒng)四季全天候運行問題，很多人認為平板型集熱器太陽能系統(tǒng)不能在冬季運行，實際上這種觀點是錯誤的。目前，平板型集熱器太陽能系統(tǒng)一般采用回流排空技術(shù)，在北方地區(qū)可方便地解決集熱器過冬防凍問題，無集熱器凍壞的后顧之憂，并且可以解決夏季（或熱水負荷不匹配時）系統(tǒng)過熱問題，這一特點對太陽能采暖系統(tǒng)非常有利。此外，回流排空防過熱、防凍技術(shù)方案在荷蘭等歐洲國家也大量使用，是一種非常成熟的技術(shù)方案。
另一個誤解是平板型集熱器得熱量問題，很多人認為平板型集熱器太陽能熱水系統(tǒng)的得熱量（或產(chǎn)水量）要低于真空管集熱器熱水系統(tǒng)，實際檢測表明：
采用黑鉻選擇涂層平板型集熱器熱水系統(tǒng)產(chǎn)水量要高于相同總面積的真空管集熱器熱水系統(tǒng)。
平板型太陽能尤其是新型高效平板，熱效率高，壽命長，減免維護，運行可靠，與建筑結(jié)合美觀，安裝靈活，不受限制，承壓運行，抗凍防垢，有融雪化霜功能，任何地區(qū)任何季節(jié)都可使用，實用性強，所以在國外發(fā)達地區(qū)成為主流產(chǎn)品。
一、國外平板型太陽能集熱器發(fā)展概況
平板型太陽能集熱器早在17世紀后期被發(fā)明，直至1960年以后才真正被深入研究并進入實際應(yīng)用，可以說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。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)。
20世紀初，美國最先開始使用太陽能熱水器來獲取生活熱水。二戰(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。
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。
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。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月份可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年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1500萬平方米，截止到2010年已經(jīng)累計達到了1.0億平方米。
大面積太陽能熱水系統(tǒng)的研究只是近十幾年的事。現(xiàn)實情況下其規(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。
二、國內(nèi)平板型太陽能集熱器發(fā)展概況
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、任務(wù)以及相應(yīng)的對策和措施。
經(jīng)過20多年的研究和科技成果轉(zhuǎn)化，我國太陽能熱水技術(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。
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，平板型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型集熱器等；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)外普遍使用的平板型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年我國也研發(fā)成功了全銅高頻焊集熱器。80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。
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，為了克服普通平板型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)用價值的熱管平板型集熱器對大規(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)異熱性能的平板型集熱器產(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)展及其規(guī)模應(yīng)用起到了極大的促進作用。
