几种太阳能吸热元件比较.pdf

几种太阳能吸热元件比较几种太阳能吸热元件比较 太阳能集热元件种类太阳能集热元件种类 目前应用于生活热水级的太阳能光热系统 目前应用于生活热水级的太阳能光热系统 主要有以下三种集热元件 主要有以下三种集热元件 平板集热器平板集热器 玻璃玻璃 金属真空管热管式集热器金属真空管热管式集热器 全玻璃真空管集热器全玻璃真空管集热器 联集管式全玻璃真空管集热器联集管式全玻璃真空管集热器 U U型管全玻璃真空管集热器型管全玻璃真空管集热器 热管式全玻璃真空管集热器热管式全玻璃真空管集热器 在此将分别汇报以上三种集热管的优缺点 在此将分别汇报以上三种集热管的优缺点 平板集热器平板集热器 优点 优点 与建筑结合较好与建筑结合较好 国内价格较低国内价格较低 可靠性较高可靠性较高 缺点 缺点 热损系数较大 受环境温度影响大 工作温度热损系数较大 受环境温度影响大 工作温度 较低 北方地区冬季效率很低 春秋两季也低较低 北方地区冬季效率很低 春秋两季也低 于真空管效率 于真空管效率 没有跟踪性能 早晚太阳斜射时得热很少 没有跟踪性能 早晚太阳斜射时得热很少 北方地区使用集热器本身也需要防冻 北方地区使用集热器本身也需要防冻 平板集热器平板集热器 热损系数大原因 热损系数大原因 吸热板和玻璃盖板之间无法吸热板和玻璃盖板之间无法 抽真空 当吸热板吸收太阳抽真空 当吸热板吸收太阳 能温度上升后 平板和玻璃能温度上升后 平板和玻璃 盖板之间的空气层形成对流 盖板之间的空气层形成对流 造成热损大大增加造成热损大大增加 其热损系数可达真空管集热其热损系数可达真空管集热 器的器的3 53 5倍倍 因此 在北方地区很少使用平板集热器 2006年 平板集热器仅占全国市场的12 主要集中在广东 云南等中国南方地区 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 结构特点 结构特点 真空玻璃管 吸热体 热管热管冷凝端 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 结构特点 结构特点 1 1 热管冷凝段 热管冷凝段 2 2 金属连接件 金属连接件 3 3 热管蒸发段 热管蒸发段 4 4 玻璃管 玻璃管 5 5 吸热板 吸热板 6 6 支架 支架 7 7 蒸散型吸气剂 蒸散型吸气剂 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 结构特点 结构特点 玻璃罩管内抽成真空 吸热体和传热导管的蒸玻璃罩管内抽成真空 吸热体和传热导管的蒸 发段在真空内 以防止热损失 发段在真空内 以防止热损失 重力热导管将吸热体的热量传送到冷凝段的水重力热导管将吸热体的热量传送到冷凝段的水 或其他液体进行加热 或其他液体进行加热 玻璃和铜热管之间用不锈钢盖连接 玻璃和不玻璃和铜热管之间用不锈钢盖连接 玻璃和不 锈钢盖之间采用玻璃锈钢盖之间采用玻璃 金属封接进行密封金属封接进行密封 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 重力热管重力热管 将密闭的管内抽成真空 充入适量工质 在热管的下端将密闭的管内抽成真空 充入适量工质 在热管的下端 加热 工质吸收热量汽化为蒸汽 并上升到热管上端 加热 工质吸收热量汽化为蒸汽 并上升到热管上端 再向外界放出热量 凝结为液体 冷凝液在重力的作用再向外界放出热量 凝结为液体 冷凝液在重力的作用 下 沿热管内壁流回到受热段 并再次受热汽化 如此下 沿热管内壁流回到受热段 并再次受热汽化 如此 循环往复 连续不断的将热量由一端传向另一端 循环往复 连续不断的将热量由一端传向另一端 由于是相变传热 因此热管内热阻很小 由于是相变传热 因此热管内热阻很小 与银 铜 与银 铜 铝等金属相比 单位重量的热管可多传递几个数量级的铝等金属相比 单位重量的热管可多传递几个数量级的 热量 且结构简单 具有单向导热的特点热量 且结构简单 具有单向导热的特点 由于热管内部抽成真空 工质极易沸腾与蒸发 热管启由于热管内部抽成真空 工质极易沸腾与蒸发 热管启 动非常迅速 动非常迅速 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 优点 优点 玻璃管内没有水 即使管子破了 也不会有水玻璃管内没有水 即使管子破了 也不会有水 流出流出 真空保温层使集热管热损系数非常小 真空保温层使集热管热损系数非常小 可以承压使用 可以承压使用 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 缺点 缺点 由于是玻璃和金属封接在一起 当真空管温度升高后 由于是玻璃和金属封接在一起 当真空管温度升高后 由于金属和玻璃膨胀系数不同 反复温度变化后 会由于金属和玻璃膨胀系数不同 反复温度变化后 会 造成封接处漏真空 使真空管不能使用 目前仍有这造成封接处漏真空 使真空管不能使用 目前仍有这 种现象大量出现 当时看不出来 大概种现象大量出现 当时看不出来 大概1 31 3年后可能发年后可能发 生 生 该技术是从显像管的生产演变而来 但显像管采用的是该技术是从显像管的生产演变而来 但显像管采用的是 钠钙玻璃 国外如钠钙玻璃 国外如ThermoMAXThermoMAX公司也大量生产这种真公司也大量生产这种真 空管 但他们使用的也是钠钙玻璃 其膨胀系数为空管 但他们使用的也是钠钙玻璃 其膨胀系数为 9 9 1010 6 6 接近不锈钢 接近不锈钢10 1910 19 1010 6 6 因此可靠性较 因此可靠性较 好 而现在国内采用的是硼硅玻璃 热膨胀系数为好 而现在国内采用的是硼硅玻璃 热膨胀系数为3 3 3 3 1010 6 6 相差较大 采用的可阀等过渡材料还有耐温 相差较大 采用的可阀等过渡材料还有耐温 抗腐蚀等其他问题 抗腐蚀等其他问题 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 缺点 缺点 由于结构工艺复杂 除了生产过程中容易出由于结构工艺复杂 除了生产过程中容易出 现封接不好出现漏气等问题 高温排气过程现封接不好出现漏气等问题 高温排气过程 中铜条带很容易被氧化 生产成品率较低 中铜条带很容易被氧化 生产成品率较低 因此价格非常高 因此价格非常高 由于目前国内在条带上镀膜很多都采用阳极由于目前国内在条带上镀膜很多都采用阳极 氧化法 该太阳能膜的选择性能较差 发射氧化法 该太阳能膜的选择性能较差 发射 比较高 热损较大 有些是进口国外条带 比较高 热损较大 有些是进口国外条带 采用磁控溅射或电子束蒸发法制备 性能较采用磁控溅射或电子束蒸发法制备 性能较 好 但进口价格很贵 但目前也有厂家采用好 但进口价格很贵 但目前也有厂家采用 跟全玻璃一样的膜 但镀在铜上比镀在玻璃跟全玻璃一样的膜 但镀在铜上比镀在玻璃 上要复杂一些 上要复杂一些 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 缺点 缺点 只有太阳直射时得热量较高 当太阳斜射时 只有太阳直射时得热量较高 当太阳斜射时 由于入射角较大 吸热体在垂直阳光方向的由于入射角较大 吸热体在垂直阳光方向的 投影面积减小 得热量下降 因此实际得热投影面积减小 得热量下降 因此实际得热 量低于全玻璃真空管 量低于全玻璃真空管 吸热体 真空 热管 玻璃管 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 缺点 缺点 由于制作热管的铜内含有磷 在长期使用过程 由于制作热管的铜内含有磷 在长期使用过程 会因各种原因 包括本身表面和内部释放的气会因各种原因 包括本身表面和内部释放的气 体 出现不凝结气体 如氮 氧 氢 体 出现不凝结气体 如氮 氧 氢 COCO 2 2 等等 气体 如果热管清洗加工不好 不凝气体会气体 如果热管清洗加工不好 不凝气体会 产生很快 不凝气体会集中在热管顶端 造成产生很快 不凝气体会集中在热管顶端 造成 顶端不热 导致传热效率下降 在产品中曾顶端不热 导致传热效率下降 在产品中曾 大量出现该问题 和漏真空一样 都是当时发大量出现该问题 和漏真空一样 都是当时发 现不了 使用一段时间后才发生 现不了 使用一段时间后才发生 玻璃玻璃 金属真空集热管金属真空集热管 由于寿命 可靠性 和性能价格比的问题 由于寿命 可靠性 和性能价格比的问题 目前市场上销量很少 目前市场上销量很少 20062006年市场上仅占年市场上仅占 了了8 8 这几年没有统计数据 但据了解没 这几年没有统计数据 但据了解没 有太大变化 有太大变化 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 结构特点 结构特点 双层玻璃管中间抽成真空 就象保温瓶一样起双层玻璃管中间抽成真空 就象保温瓶一样起 到真空保温作用 到真空保温作用 内玻璃管 选择性吸收涂层 真空夹层 罩玻璃管 支承件 吸气膜 吸气剂 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 结构特点 结构特点 内玻璃管表面用磁控溅射法镀上太阳能选择性内玻璃管表面用磁控溅射法镀上太阳能选择性 吸收膜 用于吸收太阳能 吸收膜 用于吸收太阳能 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 优点 优点 结构非常简单 制造成本低 价格便宜 可结构非常简单 制造成本低 价格便宜 可 靠性高靠性高 由于是玻璃和玻璃封接 没有膨胀系数不一由于是玻璃和玻璃封接 没有膨胀系数不一 样的问题 因此寿命大大加长 可以长达样的问题 因此寿命大大加长 可以长达2020 年以上 年以上 太阳能吸收膜的制作工艺简单 成本较低 太阳能吸收膜的制作工艺简单 成本较低 性能很高 吸收能达到性能很高 吸收能达到95 95 发射比小于 发射比小于 6 6 国内大量生产 国内大量生产 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 优点 优点 由于吸热体是圆柱面 有准跟踪性 即太阳由于吸热体是圆柱面 有准跟踪性 即太阳 倾斜后 吸热面积不变 吸热效率不变 全倾斜后 吸热面积不变 吸热效率不变 全 天 竖放 或全年 横放 得热量较高 天 竖放 或全年 横放 得热量较高 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 优点 优点 可以直接加热水 没有经过热管等换热 传热可以直接加热水 没有经过热管等换热 传热 效率较高效率较高 由于是圆柱面吸热体 真空管背面可以用聚光由于是圆柱面吸热体 真空管背面可以用聚光 器 抛物面聚光器 器 抛物面聚光器 CPCCPC聚光器等 聚焦太阳聚光器等 聚焦太阳 能到集热管上 增加得热 提高温度 可达能到集热管上 增加得热 提高温度 可达 400400度 度 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 缺点 缺点 水直接在玻璃中 一旦玻璃打破有漏水危险 水直接在玻璃中 一旦玻璃打破有漏水危险 玻璃管和水箱或联集管用硅胶圈密封 不能承玻璃管和水箱或联集管用硅胶圈密封 不能承 压 压 由于全玻璃真空管的价格和性能优势 使由于全玻璃真空管的价格和性能优势 使 其在家用 工程系统上大量应用 其在家用 工程系统上大量应用 20062006年年 占总市场的占总市场的79 79 其中 其中25 25 都用在工程上 都用在工程上 约约300300万平方米 绝大多数都是联集管工程 万平方米 绝大多数都是联集管工程 2007 20082007 2008年由于能源紧缺和油价上涨 国年由于能源紧缺和油价上涨 国 内所全玻璃真空管总销量又大幅度上涨 内所全玻璃真空管总销量又大幅度上涨 全玻璃真空集热管全玻璃真空集热管 由于全玻璃真空管存在打破漏水的问题 由于全玻璃真空管存在打破漏水的问题 因此许多高端产品和出口产品都采用以下因此许多高端产品和出口产品都采用以下 两种方式大量应用 两种方式大量应用 热管式真空管集热器热管式真空管集热器 U U型管集热器型管集热器 下面再一一作介绍下面再一一作介绍 热管式真空管集热器热管式真空管集热器 结构特点 结构特点 将全玻璃真空管内插入带铝翼的热管 真空管将全玻璃真空管内插入带铝翼的热管 真空管 吸热后通过铝翼传热给热管 然后热管再加热吸热后通过铝翼传热给热管 然后热管再加热 给上端的水给上端的水 相变热管 铝翼 真空管 热管式真空管集热器热管式真空管集热器 优点 优点 管子打破后不漏水 系统仍可正常运行 管子打破后不漏水 系统仍可正常运行 能够承压使用 能够承压使用 继承了全玻璃真空管的高性能 可靠性高和继承了全玻璃真空管的高性能 可靠性高和 准跟踪的优点 准跟踪的优点 装配简单 容易安装 装配简单 容易安装 热管式真空管集热器热管式真空管集热器 缺点 缺点 成本增加 但性能价格比仍高于玻璃成本增加 但性能价格比仍高于玻璃 金属真空金属真空 管管 热管同样存在不凝气体的问题 热管同样存在不凝气体的问题 应用 应用 在在 5000m5000m 2 2 西藏铁路二期 西藏铁路二期 2000m2000m 2 2 一期是玻璃金属真空管集热器 是今年比较大一期是玻璃金属真空管集热器 是今年比较大 的热管工程 的热管工程 U U型管真空管集热器型管真空管集热器 结构特点 结构特点 将全玻璃真空管内插入带铝翼的将全玻璃真空管内插入带铝翼的U U型铜管 型铜管 U U型型 铜管内走水或防冻液 真空管吸热后通过铝翼铜管内走水或防冻液 真空管吸热后通过铝翼 传热传热U U型管 直接加热在管内流动的水或防冻型管 直接加热在管内流动的水或防冻 液 液 铝翼真空管铜管 U U型管真空管集热器型管真空管集热器 优点 优点 管子打破后不漏水 系统仍可正常运行 管子打破后不漏水 系统仍可正常运行 能够承压使用 能够承压使用 继承了全玻璃真空管的高性