平板太阳能集热器结构及选材特点分析.doc

平板太阳能集热器结构及选材特点分析 11年07月28日 08:59:55 来源：中国太阳能网平板集热器常用的选择性吸收涂层：(1)电镀涂层黑铬涂层：黑铬涂层的吸收比和发射比分别为0.930.97和0.070.15，/为613，具有优良的光谱选择性。黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能也很好，适用于高温条件，在300能长期稳定工作。此外，黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。但是，现在采用的电镀黑铬工艺，电流密度大(15200A/dm2)，溶液导电性差，电镀时会产生大量的焦耳热，需要冷却和通风排气才能维持正常生产。另外，黑铬镀在非铜件上，需要先预镀铜，再镀光亮镍，最后镀黑铬，生产成本较高。黑镍涂层：黑镍涂层的吸收比可达0.930.96，热发射比为0.080.15，/接近612，其吸收性能较好。黑镍涂层很薄，为了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性，常采用中间涂层(如Ni，Cu，Cd)或双层镍涂层。由于黑镍涂层的热稳定性、耐蚀性较差，通常只适用于低温太阳能热利用。黑钴涂层：黑钴涂层的主要成分是CoS，具有蜂窝型网状结构，其吸收比可达0.940.96，发射比为0.120.14，/为6.78。(2)电化学表面转化涂层铝阳极氧化涂层：铝及铝合金的阳极氧化可在硫酸介质中进行，但在太阳能热利用中，主要用磷酸介质。铝氧化涂层着色有多种工艺，其中电解着色工艺获得的涂层，具有牢固、稳定、耐晒优良特性，并且可进行大规模生产。铝阳极氧化涂层是一种多孔膜，孔隙率达22%，电解着色时金属易沉积在微孔中。用于电解着色的金属盐类有：镍盐、锡盐、钴盐和铜盐等。铝阳极氧化涂层，耐蚀、耐磨和耐光照等性能也相当好，在太阳能热水器中已得到广泛应用。CuO转化涂层：以阳极氧化法制取的CuO转化涂层，NaOH电解液的浓度为1mol/L，电流密度为2mA/cm2，温度为5057。涂层的吸收比可达0.880.95，法向发射比为0.150.30。这种CuO涂层有一层黑色绒面，保护不好，会导致吸收比的降低。(3)真空镀涂层可以采用真空蒸发和磁控溅射技术制备选择吸收性能优良的涂层，但后者的设备比较简单，工艺控制方便，容易在大面积上获得均匀一致的涂层。目前，国内生产的全玻璃真空集热管和高档平板集热器吸热板都采用磁控溅射技术制备吸收涂层。3.吸热板所用材料(1)集管和支管采用TP2铜TP2铜磷脱氧铜是熔解高纯度的原材料，把熔化铜中产生的氧气用亲氧性的磷(P)脱氧，使其氧含量降低到100PPm以下，从而提高其延展性、耐蚀性、热传导性、焊接性、抽拉加工性，在高温中也不发生氢脆现象。(2)条带(整板)采用铜或铝TU1无氧紫铜标准(GB/T5231-2001)特性及适用范围：氧的含量极低，纯度高，导电导热性极好，延展性极好，透气率低，无“氢病”或极少“氢病”;加工性能和焊接、耐蚀耐寒性均好。二、透明盖板透明盖板是平板型集热器中覆盖吸热板、并由透明(或半透明)材料组成的板状部件。它的功能主要有3个：一是透过太阳辐射，使其投射在吸热板上;二是保护吸热板，使其不受灰尘及雨雪的侵蚀;三是形成温室效应，阻止吸热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热。1.透明盖板的材料用于透明盖板的材料主要有两大类：平板玻璃和玻璃钢板。两者相比，目前国内外使用更广泛的还是平板玻璃。(1)平板玻璃。平板玻璃具有红外透射比低、导热系数小、耐候性能好等特点，在这些方面无疑是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。然而，对于平板玻璃来说，太阳透射比和冲击强度是两个需要重视的问题。目前常用的透明盖板材料是厚度为35mm的平板玻璃，超白低铁钢化玻璃或超白低铁布纹钢化玻璃，透过率高，能够抗冰雹，抗击打，安全可靠。常用玻璃厚度为3.2mm和4.0mm两种。超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃、高透明玻璃。它是一种高品质、多功能的新型高档玻璃品种，透光率可达91.5%以上，具有晶莹剔透、高档典雅的特性，有玻璃家族“水晶王子”之称。超白玻璃同时具备优质浮法玻璃所具有的一切可加工性能，具有优越的物理、机械及光学性能，可像其他优质浮法玻璃一样进行各种深加工。超白玻璃的独特优势：A.玻璃的自爆率低：采用高纯度原材料，相对普通玻璃不含各种引爆杂质，从而大大降低了钢化后的自爆率。B.颜色一致性：超白玻璃采用先进的色度分析仪和分析软件，确保了玻璃颜色的一致性。C.可见光透过率高，通透性好：大于93%的可见光透过率，使集热器得到更多太阳能量。D.紫外线透过率低：降低对其他材料的老化影响。(2)玻璃钢板。玻璃钢板(即玻璃纤维增强塑料板)具有太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高等特点，在这些方面无疑也是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。然而，对于玻璃钢板来说，红外透射比和耐候性能是两个需要重视的问题。玻璃钢板的单色透射比与波长关系曲线表明，单色透射比不仅在2pm以内有很高的数值，而且在2.5pm以上仍有较高的数值。因此，玻璃钢板的太阳透射比一般都在0.88以上，但它的红外透射比也比平板玻璃高得多。玻璃钢板通过使用高键能树脂和胶衣，可以减少受紫外线破坏的程度。但是，玻璃钢板的使用寿命是无论如何不能跟作为无机材料的平板玻璃相比拟的。当然，玻璃钢板具有一些平板玻璃所没有的特点。例如：玻璃钢板的质量轻，便于太阳能集热器的运输及安装;玻璃钢板的加工性能好，便于根据太阳能集热器产品的需要进行加工成型。玻璃钢板作为集热器的盖板应用已经越来越少了，目前只在部分低端产品有应用。2.透明盖板的层数及间距透明盖板的层数取决于太阳能集热器的工作温度及使用地区的气候条件。绝大多数情况下，都采用单层透明盖板;当太阳能集热器的工作温度较高或者在气温较低的地区使用，譬如在我国南方进行太阳能空调或者在我国北方进行太阳能采暖，宜采用双层透明盖板;一般情况下，很少采用3层或3层以上透明盖板，因为随着层数增多，虽然可以进一步减少集热器的对流和辐射热损失，但同时会大幅度降低实际有效的太阳透射比。对于透明盖板与吸热板之间的距离，国内外文献提出过各种不同的数值，有的还根据平板夹层内空气自然对流换热机理提出了最佳间距。但有一点结论是共同的，即透明盖板与吸热板之间的距离应大于20mm。三、隔热层隔热层是集热器中抑制吸热板通过传导向周围环境散热的部件。1.隔热层的材料用于隔热层的材料有：岩棉、玻璃棉、聚氨酯、聚苯乙烯等。目前使用较多的是玻璃棉。虽然聚苯乙烯的导热系数很小，但在温度高于70时就会变形收缩，影响它在集热器中的隔热效果。在实际使用时，往往需要在底部隔热层与吸热板之间放置一层薄薄的玻璃棉或岩棉，在四周隔热层的表面贴一层薄的镀铝聚酯薄膜，使隔热层在较低的温度条件下工作。即便如此，时间长久后，仍会有一定的收缩，所以使用聚苯乙烯时，应给予足够的重视。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维，具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热、吸音性能好、耐腐饰、化学性能稳定。酚醛泡沫是一种新型的可以提高平板太阳能集热器的高效保温材料。市场上已逐渐有厂家在使用。酚醛泡沫介绍：酚醛泡沫(PhenolicFoam，简称PF)，是以酚醛树脂和乳化剂、发泡剂、固化剂及其他助剂等多种物质，经科学配方发泡固化而成的闭孔型硬质泡沫塑料。酚醛泡沫材料的特性总结如下：A.出色的保温隔热性能，导热系数0.03W/mK。B.较高的工作温度。酚醛泡沫能在-200160(允许瞬时250)长期工作，无收缩。C.出色的耐候性。长期暴露在高温之下，仍然有较好的保温隔热性能，不会释放任何可能阻隔太阳能辐射的挥发性物质。D.不燃性。酚醛泡沫(100mm厚)抗火焰能力可达1小时以上不被穿透，且无烟，无有害气体散发。酚醛泡沫见明火时，表面形成结构碳，无滴落物、无卷曲、无融化现象。过火后，表面形成结构碳的石墨层，有效地保护了泡沫的内结构。E.环保。采用无氟发泡技术，无纤维，符合国家、国际的环保要求。酚醛泡沫与聚氨酯相比：相近的保温性能，却具有更高的工作温度，且不燃。酚醛泡沫与岩棉相比：更好的保温性能，更干净，对人体无害。2.隔热层的厚度隔热层的厚度应根据选用的材料种类、集热器的工作温度、使用地区的气候条件等因素来确定。应当遵循这样一条原则：材料的导热系数越大、集热器的工作温度越高、使用地区的气温越低则隔热层的厚度就要求越大。一般来说，底部隔热层的厚度选用3050mm，侧面隔热层的厚度与之大致相同。四、外壳外壳是集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和隔热层的部件。1.外壳的技术要求根据外壳的功能，要求外壳有一定的强度和刚度，有较好的密封性及耐腐蚀性，而且有美观的外形。2.外壳的材料用于外壳的材料有铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料、玻璃钢等。为了提高外壳的密封性，有的产品已采用碳钢板一次模压成型工艺。目前平