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国内外平板型太阳能集热器的发展概况2012年07月13日09:56太阳能产业联盟网【慧聪太阳能网】平板型太阳能集热器是太阳能集热器中一种最基本的类型，其结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强、吸热面积大等特点，是太阳能与建筑结合的最佳选择之一。目前，世界太阳能市场平板式和真空管式太阳能热水(器)系统并存，但所占市场份额不同。我国以真空管为主，真空管占86%;欧、美、澳等发达国家截然相反，平板式占90%以上。平板型太阳能热水器作为太阳能热水器的一种主要产品类型，在国外已有多年的应用历史，国外市场平板型太阳能热水器市场占有率远远大于真空管太阳能热水器，主要有以下因素：1)平板型太阳能热水器具有耐压、寿命长，易组成二次回路系统等独有特点。真空管太阳能热水器若制成承压分体结构产品后，其成本将高于平板型产品;2)平板型太阳能热水器易与建筑结合，易安装在屋顶及阳台，建筑师在设计时也比较容易将它融于建筑之中，实现与建筑一体化;3)平板型太阳能热水器产品材料的可再生利用率高。平板型太阳能集热器材料以铜、铝或复合材料为主，回收利用率高;4)平板型太阳能热水器的产品热性能好。平板型太阳能集热器在国外的研发已有多年，其产品的热性能有很大提高;5)平板型太阳能热水器的系统安全可靠，有效采光面积大。在接收同等太阳能条件下，平板型太阳能集热器占地面积小，而真空管太阳能集热器的管与管之间有空隙，造成占地面积大。我国的太阳能热水器主要有真空管、平板和闷晒等类型。真空管太阳能热水器占据着主要的市场份额，而平板型太阳能热水器的市场份额却处在相对较低的水平。主要因素有以下几点：1)国内平板型太阳能集热器有些产品热性能差(光效率小于0.75、热损系数大于6w/m2k)，低于国外同类型产品(光效率大于0.750.78、热损系数小于5w/m2k)。有些平板型太阳能集热器产品的热损系数高，高于真空管太阳能集热器热损系数小于3w/m2k，导致冬季得热量低;2)目前金属材料价格不断上涨，加上平板型太阳能集热器未形成大规模生产，导致高质量的平板型太阳能热水器的价格较高;3)由于全玻璃真空管成本大幅度下降，目前的成本相对较低，直插式热水器结构简单。尤其是我国太阳能家用热水器目前以中小城市及农村市场为主，市场销售量占总推广量的70%以上。国内太阳能市场与世界太阳能市场主流出现如此反差有很多原因。随着太阳能在住宅建筑中的扩大应用，和适应太阳能与建筑结合要求，业界近年来对平板型集热器给予高度关注，充分认识到其固有的优势。很多企业和研究机构积极开展高效平板型集热器的研究和产业化，促进平板型集热器迈向新的发展。平板型集热器高效选择性涂层为了提高太阳能集热器的效率，唯一有效的办法是在保持最大限度采集太阳能的同时尽可能减小其对流和辐射热损。采用优质选择性吸收涂层材料和高透过率盖板材料是满足上述要求的重要途径。随着太阳能热利用技术的发展，我国对选择性吸收材料的研究工作已有二十年的历史了。太阳能集热器的发展过程也是涂层技术的发展过程。期间经历了从非选择性的普通黑漆到选择性的硫化铅、金属氧化物涂料，从黑镍、黑铬到铝阳极化涂层等一代接一代的更新换代过程。随着涂层技术的不断进步涂层性能得到了很大的提高。目前我国平板型集热器吸收表面主要采用铝条带上阳极化着色和铜条带上黑铬选择性涂层。间歇式磁控溅射铝-氮-铝材料选择性吸收涂层的镀膜生产技术是随着真空管集热器的产生而发展起来的，基本上代表了当前我国中低温选择性吸收材料的生产水平。由于该涂层耐候性能较差，不适于平板型集热器的使用。目前，国际上发达国家，尤其是欧洲，选择性吸收涂层的生产主要有两个特点，其一是采用真空镀膜技术，其二是采用卷绕式连续镀膜方式。即使是湿法镀膜也采用连续镀膜工艺。如丹麦的BATEC公司是生产黑铬吸收涂层的，在铜条带上采用连续电镀的方法进行生产。年生产能力为十几万平米，产品的光学性能及耐候性都很理想。此外，德国几个生产选择性涂层的公司，如INTERPANE、TINOX、ALANOD公司都是采用真空方法和连续生产方式进行吸收涂层生产的。真空镀膜技术生产工艺不存在污染问题，涂层光学性能优良，但连续化生产线投资较大，涂层生产成本较高，有些真空镀膜涂层耐候性能不很理想。湿法镀膜技术采用电化学方法生产，工艺设计或生产控制不当，容易造成一定程度的污染，但涂层(如黑铬涂层)连续化生产线投资较小，涂层具有优良的光学性能而且也具有非常优异的耐热耐湿耐候性能。目前，国内多家研究机构和生产厂家均在开展用于平板型集热器的高性能太阳能选择性涂层生产工艺和设备研究。因此与国外在太阳能选择性涂层方面的技术差距将会越来越小，这为国内平板型集热器技术的提升打下基础。平板型集热器性能比较关于平板型集热器太阳能系统，业界存在一些误解。其一是平板型集热器太阳能系统四季全天候运行问题，很多人认为平板型集热器太阳能系统不能在冬季运行，实际上这种观点是错误的。目前，平板型集热器太阳能系统一般采用回流排空技术，在北方地区可方便地解决集热器过冬防冻问题，无集热器冻坏的后顾之忧，并且可以解决夏季(或热水负荷不匹配时)系统过热问题，这一特点对太阳能采暖系统非常有利。此外，回流排空防过热、防冻技术方案在荷兰等欧洲国家也大量使用，是一种非常成熟的技术方案。另一个误解是平板型集热器得热量问题，很多人认为平板型集热器太阳能热水系统的得热量(或产水量)要低于真空管集热器热水系统，实际检测表明：采用黑铬选择涂层平板型集热器热水系统产水量要高于相同总面积的真空管集热器热水系统。平板型太阳能尤其是新型高效平板，热效率高，寿命长，减免维护，运行可靠，与建筑结合美观，安装灵活，不受限制，承压运行，抗冻防垢，有融雪化霜功能，任何地区任何季节都可使用，实用性强，所以在国外发达地区成为主流产品。一、国外平板型太阳能集热器发展概况平板型太阳能集热器早在17世纪后期被发明，直至1960年以后才真正被深入研究并进入实际应用，可以说平板型太阳能集热器是历史上最早出现的太阳能集热装置。太阳能热水技术是太阳能光热利用中技术最成熟、实际应用最多并在经济上能与常规能源相竞争的一种可再生能源利用技术。20世纪初，美国最先开始使用太阳能热水器来获取生活热水。二战后，以色列和澳大利亚等一些国家也相继开展了研究、开发、生产和使用太阳能热水器的工作。1955年，国际太阳能利用会议第一次提出了选择性涂层的概念，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展打下了基础。1973年出现“能源危机”后，世界上形成了研究、开发、利用太阳能的热潮。发展太阳能利用技术和产品以节约常规能源，受到了工业化国家政府的普遍重视。对太阳能热利用技术的研发和产品的产业化，各国都给予了大力的支持和鼓励。1980年在联合国新能源大会的筹备会上，联合国的专家小组对太阳能热水器的发展前途给予了肯定的评价。1996年，在津巴布韦召开的联合国世界太阳能高峰会议发表了哈拉雷太阳能与持续发展宣言，太阳能利用的研究开发在世界范围内形成了又一个热潮。许多国家相继制定了太阳能发展计划。例如美国的“百万屋顶计划”，德国的“1000屋顶计划”，意大利的“全国太阳能屋顶计划”，日本的“七万屋顶计划”和“太阳计划”等。这些计划的实施，有力地促进了世界各国太阳能利用的发展：澳大利亚政府规定，在其北部地区新建的房屋一定要设置太阳能热水器，西澳大利亚已有25%的新住宅安装了太阳能热水器;日本现在每年安装的太阳能热水器约50万台，计划以后家庭安装太阳能热水器的普及率超过25%;在丹麦，Marstal太阳能供热厂为Aeroe岛上1250户居民提供了区域供热。8000平方米的太阳能集热器阵列与2100立方米的储热水箱相联。6、7、8月份可100%由太阳能供热，全年能供给全区热需求的12.5%;以色列政府制定了法规，要求新建住宅必须装有太阳能热水器，目前以色列已有65%的住宅装有太阳能热水器，实现了太阳能热水器与建筑一体化的住宅设计计划;2003年，奥地利等欧洲国家、印度、中国、日本、澳大利亚及美国等21个国家的太阳能发展报告显示出19822001年太阳能集热器及热水器的制造及销售都有很大的发展。欧洲在2004年安装的太阳能集热器面积为1500万平方米，截止到2010年已经累计达到了1.0亿平方米。大面积太阳能热水系统的研究只是近十几年的事。现实情况下其规模只占小型家用太阳能热水系统的20%30%。瑞典和德国已进行大面积屋顶集热模块的研制。它是作为建筑的一个构件和建筑结合，以实现太阳能热水系统和建筑的一体化，从而降低成本，提高建筑的整体性和美观性。二、国内平板型太阳能集热器发展概况我国最早的太阳能热水淋浴室在1958年建成。70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大的影响。1975年，在河南安阳召开的“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，进一步推动了我国太阳能事业的发展。1979年在西安召开了重点在推广和应用太阳能产品的第二届全国太阳能会议。1992年世界环境与发展大会后，我国政府制定了中国21世纪议程，进一步明确了以太阳能为重点的发展项目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了新能源和可再生能源发展纲要(19962010)，明确提出我国在19962010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施。经过20多年的研究和科技成果转化，我国太阳能热水技术已日趋成熟太阳能热水器以其安全、节能、环保和实用等优点受到了广大用户的喜爱，太阳能热水器产业在一些地区已成为新的经济增长点。根据传热工质种类的不同，平板型太阳能集热器可分为空气集热器和液体集热器两大类，目前大量使用的是液体集热器。根据吸热板芯使用材料的不同，平板型集热器可分为钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等;按结构型式的不同可分为管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器以及带平面反射镜的集热器和逆平板型集热器等;按盖板种类可分为单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料盖板集热器等。目前，国内外普遍使用的平板型集热器是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊。1995年我国也研发成功了全铜高频焊集热器。80年代中期我国从加拿大引进铜铝复合生产线，后经过消化吸收，国内现在已建成十几条铜铝复合生产线。为了提高对太阳能的吸收，减少集热器的热损失，提高集热器的整体效率，人们对用于太阳能集热器的关键部件太阳能集热条(俗称板芯)，特别是板芯所用的选择性太阳能吸收涂层等持续进行了多年的研究，已取得了相当好的成果。现在，国内已能生产高性能的TiNO系列选择性光热吸收涂层。另外，为了克服普通平板型太阳能集热器的缺点，应