朱敦智 謝光明

（北京市太陽能研究所有限公司 北京 100083）

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目前太陽能低溫熱利用所使用的集熱器主要有平板集熱器、真空管集熱器和無蓋板塑料集熱器。平板集熱器是在17世紀后期發(fā)明的，但直至1960年以后才真正進行深入研究和規(guī)?；瘧谩?/p>

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平板型太陽集熱器是太陽集熱器中一種*基本的類型，其結構簡單、運行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點，是太陽能與建筑結合**選擇的集熱器類型之一。

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根據(jù)IEA報告，截止到2004年底，平板型集熱器占總市場份額的35%，真空管集熱器占41%。如果不統(tǒng)計無蓋板的太陽能集熱器，歐洲、日本和以色列等**均是以平板型集熱器為主，約占市場份額的90%；國內市場以真空管為主，2005年約占市場份額的87%，平板型集熱器只占12%。

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國內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用，和適應太陽能與建筑結合要求，業(yè)界近年來對平板型集熱器給予高度關注，充分認識到其固有的優(yōu)勢。很多企業(yè)和研究結構積極開展**平板集熱器的研究和產業(yè)化，促進平板型集熱器從受冷遇邁向新的發(fā)展。

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1.平板集熱器現(xiàn)狀

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國內平板集熱器從上世紀80年代的市場統(tǒng)治地位逐步下滑到12%左右，有眾多因素造成的：1）直接系統(tǒng)的平板熱水器在冬季不能防凍，須排空，因此冬季不能使用并維護復雜；2）全玻璃真空管熱水器在大部分地區(qū)可全年使用；3）全玻璃真空管由于技術創(chuàng)新，成本大幅度降低，生產企業(yè)迅速增加，促進太陽能熱水器市場迅速擴大。因此，目前家用熱水器國內市場格局是由于產品的特點和價格等因素形成的，可以預見在家用熱水器中低擋市場中仍將是全玻璃真空管熱水器為主。

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國外太陽能市場始終以平板集熱器為主，是因為國外太陽能系統(tǒng)設計理念的不同。國外系統(tǒng)一般采用間接系統(tǒng)、分體式系統(tǒng)和閉式承壓系統(tǒng)，這類系統(tǒng)一般初投資高，但系統(tǒng)可靠、維護成本低、水質不會污染和系統(tǒng)壽命長。針對這類系統(tǒng)，平板集熱器體現(xiàn)出其自身的技術優(yōu)勢[4][5]：1）平板集熱器***用于承壓系統(tǒng)；2）***于雙循環(huán)的太陽能熱水器；3）*有利用實現(xiàn)太陽能熱水器與建筑結合；4）系統(tǒng)壽命長，維護費用低；5）大多數(shù)情況下可以提供更多的生活熱水；6）平板集熱器用于太陽能采暖系統(tǒng)時能較方便解決非采暖季節(jié)的系統(tǒng)過熱問題。因此，在太陽能系統(tǒng)工程、分體式太陽能熱水器和對太陽能與建筑一體化有要求的場所，平板集熱器比全玻璃真空管集熱器在系統(tǒng)壽命、系統(tǒng)維護等方面具有明顯優(yōu)勢。

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目前國內平板太陽能集熱器和國外**水平仍存在一定差距。國內廠家送檢測試結果和部分SPF檢測報告對比可以看出[6]：我國太陽能集熱器瞬時效率的截距略低于國外產品，熱損系數(shù)差別較大。這表明現(xiàn)有產品在玻璃透過率、**選擇性涂層和整體結構設計方面仍存在差距，因此國內廠家需要努力提高平板太陽能集熱器產品性能，開展**平板太陽能集熱器研發(fā)。尤其在寒冷地區(qū)或太陽能采暖等場合，集熱器熱性能對太陽能系統(tǒng)收益影響特別顯著。

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2.平板集熱器**選擇性涂層

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為了提高太陽集熱器的效率，**有效的辦法是在保持**限度地**太陽能的同時盡可能減小其對流和輻射熱損。采用**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[7]。

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隨著太陽能熱利用技術的發(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。太陽集熱器的發(fā)展過程也是涂層技術的發(fā)展過程。期間經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。隨著涂層技術的不斷進步涂層性能得到了很大的提高。目前我國平板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。

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間歇式磁控濺射鋁-氮-鋁材料選擇性吸收涂層的鍍膜生產技術是隨著真空管集熱器的產生而發(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水平。由于該涂層耐候性能較差，不適于平板集熱器的使用。

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目前，**上發(fā)達**，尤其是歐洲，選擇性吸收涂層的生產主要有兩個特點，其一是采用真空鍍膜技術，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。年生產能力為十幾萬平米，產品的光學性能及耐候性都很理想。??????? 此外，德國幾個生產選擇性涂層的公司，如INTERPANE、**NOX、ALANOD公司都是采用真空方法和連續(xù)生產方式進行吸收涂層生產的。

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真空鍍膜技術生產工藝不存在污染問題，涂層光學性能優(yōu)良，但連續(xù)化生產線投資較大，涂層生產成本較高，有些真空鍍膜涂層耐候性能不很理想。濕法鍍膜技術采用電化學方法生產，工藝設計或生產控制不當，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，是一種性價比較高的太陽能選擇性涂層。

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北京市太陽能研究所有限公司于2003年開始黑鉻選擇涂層生產工藝的研究，于2004年建成*****黑鉻太陽能選擇涂層連續(xù)化生產線，產品經檢測[8]：涂層的吸收率α≥0.93，紅外發(fā)射率ε≤0.10，性能達到國外平板太陽能集熱器涂層**水平。

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北京市太陽能研究所有限公司也開展耐候性涂層真空鍍膜生產技術的研究。研制了不銹鋼氮化物和不銹鋼碳化物的金屬陶瓷選擇性吸收涂層，為實現(xiàn)該膜層的生產，研制了一臺三靶磁控濺射真空鍍膜機并成功的進行了中試。通過小批量試生產制備出合格產品用于平板集熱器。

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目前，國內多家研究結構和生產廠家均在開展用于平板集熱器的高性能太陽能選擇性涂層生產工藝和設備研究。因此與國外在太陽能選擇性涂層方面的技術差距將會越來越小，這為國內平板集熱器技術的提升打下基礎。

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3.平板集熱器性能比較

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關于平板集熱器太陽能系統(tǒng)，業(yè)界存在一些誤解。其一是平板集熱器太陽能系統(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，平板集熱器太陽能系統(tǒng)一般采用回流排空技術，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、防凍技術方案在荷蘭等歐洲**也大量使用，是一種非常成熟的技術方案[9]。

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另一個誤解是平板集熱器得熱量問題，很多人認為平板集熱器太陽能熱水系統(tǒng)的得熱量（或產水量）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集熱器熱水系統(tǒng)產水量要高于相同總面積的真空管集熱器熱水系統(tǒng)[5]。測試結果如下：

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從測試結果可以看出，在北京地區(qū)，**平板集熱器太陽能熱水系統(tǒng)的產水量要高于同等面積的真空管集熱器系統(tǒng)。其中一個重要原因是同等面積下真空管集熱器采光面積要低于平板集熱器采光面積。

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4.平板集熱器發(fā)展方向[4] [5]

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針對國內平板集熱器與國外的技術和質量的差距，應采取以下措施提高平板集熱器的性能和質量：

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1）研究開發(fā)適用于平板太陽能集熱器的選擇性涂層，涂層應具有高吸收率、低紅外發(fā)射率、優(yōu)異的耐熱耐濕耐候性能和適宜的加工成本；

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2）廣泛采用低鐵高透過率蓋板玻璃。目前已有多個玻璃廠家開始生產適用于太陽能集熱器的低鐵玻璃，國內外玻璃質量差距越來越?。?/p>

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3）重視集熱器的優(yōu)化設計，改善制造工藝，保證結構的嚴密性，減小集熱器的散熱損失；

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4）選用鋼化玻璃作為集熱器蓋板，提高集熱器部件質量，采用優(yōu)化結構設計，確保集熱器可以經受防冰雹、淋雨、空曬、耐壓、熱沖擊等性能試驗，提高集熱器壽命，減少系統(tǒng)維護費用；

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5）為適應寒冷地區(qū)、太陽能采暖和空調以及工業(yè)加熱等特殊要求，應開發(fā)**平板集熱器。盡快使雙層蓋板和透明蜂窩等技術產業(yè)化，并提高其性價比，使**平板集熱器有較強市場競爭力；

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6）跟蹤國外平板集熱器**技術和工藝，開發(fā)新型平板集熱器太陽能系統(tǒng)，提高平板集熱器市場占有率。

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5.結語

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1）平板集熱器結構簡單、運行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點，*有利于實現(xiàn)太陽能系統(tǒng)與建筑結合；

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2）采用回流排空技術，平板集熱器太陽能系統(tǒng)可以方便地解決防凍和防過熱等技術難點；

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3）**平板集熱器太陽能系統(tǒng)在同等面積前提下與真空管太陽能系統(tǒng)相比，可以提供更多生活熱水；

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4）國內平板集熱器性能和質量與國外的產品相比，仍存在一定差距。在選擇性涂層、蓋板玻璃、優(yōu)化設計和生產工藝等方面有待于進一步提高。

6.????? 致謝

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文中引用了何梓年、楊德山等人的觀點和數(shù)據(jù)，在此表示感謝。

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