论太阳能发展前景之平板

论太阳能发展前景及应用之平板太阳能吴玉峰节能减排全民参与论太阳能发展前景及应用之平板太阳能太阳能现状及前景人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期，就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。

据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。

第一阶段(1900~1920年)

在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902~1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。

第二阶段（1920~1945年）

在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935~1945年）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。

第三阶段（1945~1965年）

在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：1945年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有：1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨——水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。

第四阶段(1965~1973年）

这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

第五阶段（1973~1980年）

自从石油在世界能源结构中担当主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，1973年10月爆发中东战争，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击。于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机”（有的称“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和财力。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影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶，在城市研制开发太阳能热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用……。1975年，在河南安阳召开“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。这次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所，纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始筹建太阳能研究所。当时，样，主要是吸收式制冷和光电转化电能驱动制冷。比较成熟的技术是溴化锂－水工质对吸收制冷，目前已经在一些示范工程中有所应用，但由于太阳能空调的技术种类繁多，成熟度也各有不同，因而在其住宅建筑中应用较少。平板太阳能与建筑一体化1前言

20世纪80年代曾占我国太阳能热水器统治地位的平板太阳能集热器、热水器在近十多年内，已逐渐被全玻璃真空管太阳能热水器替代。市场份额逐年下降，现已降至15％左右。然而同期国外太阳能集热器市场并没有发生这样的变化，平板太阳能集热器、热水器现仍占主流地位。平板太阳能集热器在我国如何从受冷遇迈向发展，是太阳能热利用行业关注的热点之一。随着我国节能减排的政策导向与太阳能建筑一体化的产业发展，给平板太阳能集热器提供了新的历史机遇。由于平板太阳能集热器具有易于与建筑结合的优势，对于平板太阳能集热器的设计、生产与优化必然会成为新一轮的研究热点。2.平板太阳能集热器的工作原理与特点

2.1平板型集热器的外形

典型的平板型太阳能集热器外形如图1所示：

2.2平板型集热器的结构

平板型集热器由透明盖板、吸热板及隔热箱体组成，断面结构如图2所示。平板型太阳能集热器的工作原理是太阳辐射透过玻璃盖板照射在表面有特殊涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳辐射后温度升高。一方面将热量传递给集热器流道内的工质，工质温度升高后，作为有用能量输出；另一方面还同时向四周散热。保温材料起减少散热的作用，透明盖板的作用是使太阳辐射通过并抑制吸热板向周围环境直接散热，使得进去的太阳辐射能量大于散失的能量，从而提高吸热板的温升。我们称盖板的这种作用为温室效应。虽然吸热板与透明盖板之间的空气层是良好的隔热体，但通过自然对流和热辐射，吸热板仍会向透明盖板传热，后者再将得到的热能散失在周围环境。视不同的需要，透明盖板可以是一层，也可以是两层或多层，通常，只是在吸热板的温度与周围环境温度之差较大时才采用两层或多层透明盖板。3平板太阳能集热器国内外发展现状

3.1我国平板太阳能集热器发展现状

我国太阳能热水器无论是家用还是集体用系统（热水工程），一直沿用直接加热太阳能集热器中的水的传统方法，平板太阳能集热器中水的冻结不仅影响了集热器的正常运转，而且导致集热管的涨裂。为了解决这一问题，研究了落水排空、加热防冻循环、不排水抗冻等诸多方案，但这些方案在家用太阳能热水器，特别是自然循环家用太阳能热水器中一直未能被广泛应用。真空管太阳能热水器因冬天管内的水在不排空的情况下基本不结冰或不冻坏(特殊情况如雪天，严寒也有可能冻坏)，因而受到了市场欢迎。

而全玻璃真空管热水器生产成本近20多年来大幅度降低。其中，全玻璃真空管降低了500％以上，水箱降低了200％以上。与此同时平板太阳能集热器的生产成本却没有太多降低。目前家用全玻璃真空管热水器和平板太阳能热水器的成本几乎没有太大差别。

另外，在商业运作方面，全玻璃真空管热水器被生产厂及商家宣传为热性能远高于平板太阳能热水器。其主要理由是真空绝热，这一宣传极易为我国大众接受。

以上三点是在我国平板太阳能集热器受冷遇，而全玻璃真空管热水器迅速得到发展的主要原因。

3.2国外平板太阳能集热器的发展现状

国外，特别是欧美国家太阳能集热器市场并没有发生这样的变化，直至今日平板太阳能集热器、热水器仍占主流地位。为什么平板太阳能集热器在我国受冷遇，在国外却继续稳步发展呢？其原因主要有：

国外太阳能热水器，无论是家用还是集体用系统(热水工程)，不是采用直接加热太阳能集热器中水的传统方法，而是普遍采用防冻液一水二次换热。即使是自然循环家用太阳能热水器的平板太阳能集热器中也是充满了防冻液，热水箱内设置了防冻液一水二次换热器，典型的代表是澳大利亚solarhart公司的自然循环平板家用太阳能热水器。欧洲的家用和集体用系统（热水工程）则使用泵驱动防冻液在平板太阳能集热器及储热水箱的换热器间循环换热。这一方法从根本上解决了平板太阳能集热器中水的冻结及冻坏问题，同时还解决了平板太阳能集热器中水结垢的问题。

和我国的平板太阳能集热器相比，国外的平板太阳能集热器玻璃盖板采用高透过率（90％）钢化平板玻璃。我国则采用低透过率（80％）平板玻璃。国外的平板太阳能集热器普遍采用性能较高的选择性镀层吸热板。太阳光吸收率90％，红外发射率6％。我国的平板太阳能集热器的吸热板，性能最好的红外发射率也高于20％，如电化学处理的黑镍（用于铝板）或黑铬（用于铜板）。有些生产厂还在使用性能极差的黑漆涂料。

我国普遍采用的直插式全玻璃真空管热水器和国外的防冻液循环太阳能热水系统不兼容。由于承压防漏的严格规定，全玻璃管真空管不能直接走水使用。只有在全玻璃真空管内插入热管或U形管金属导热片对全玻璃真空管进行改造后才能使用。于是全玻璃管真空管集热器的成本成倍上升，导致全玻璃真空管太阳能集热器在国外比平板太阳能集热器还要贵。

因此，国外太阳能集热器市场格局并没有因全玻璃真空管太阳能集热器引入而发生重大变化，直至今日平板太阳能集热器、热水器仍占主流地位，继续稳步发展。

4平板集热器在太阳能与建筑一体化过程中的发展机遇

我国平板太阳能集热器有20多年的生产、推广应用经验。今天华南、云南地区平板太阳能集热器、热水器仍占据市场的主体地位，即使在北方地区也有不少用户。

近年来直插式全玻璃管真空管热水器在使用中也暴露了不少问题。如炸管、冻裂、管内结垢和沉积泥沙、密封胶圈漏水、冬眠等。特别是大工程不能承压运行。直插式全玻璃管真空管热水器的这些问题和缺陷使人们重新审视平板太阳能集热器，也为平板太阳能集热器的发展带来了新的机遇。

平板太阳能集热器的另一优势是易与建筑有机结合，且十分可靠。通过云南及北京九阳等一些公司的示范，这一优势已逐渐为建筑师、建筑商所认同。我国平板太阳能集热器、热水器发展已显现新的商机，如能借鉴国外成功经验，发挥自己的优势，扬长避短，一定能发展起来。

一、在冬季气候条件低于零度的地区，一定要采用防冻液一水二次换热。即使是自然循环家用平板太阳能集热器中也应充防冻液，热水箱内设置防冻液一水二次换热器，如简单的夹套水箱。热水工程使用泵驱动防冻液在平板太阳能集热器及储热水箱的换热器间循环换热。从根本上解决平板太阳能集热器中的水的冻结及集热器冻坏问题。同时也从根本上解决平板太阳能集热器中的水的结垢问题。

4平板集热器在太阳能与建筑一体化过程中的发展机遇

二要在提高平板太阳能集热器的热性能方面下工夫，解决冬天热效率低的问题。有效的办法是：采用性能较高的选择性镀层吸热板。达到高太阳光吸收率(90％)，低红外发射率(6％)，并解决好管板热接触。装备制造业的介入是解决这一问题的关键。

平板太阳能集热器玻璃盖板采用高透过率(90％)钢化平板玻璃，替代低透过率的普通窗玻璃。

三改进平板太阳能集热器的密封、背部保温，提高其使用寿命，优化边框设计，以满足和建筑有机结合的要求。

四、在完成上述工作的基础上，进行实事求是的宣传推广，逐步改变平板太阳能集热器冬天冻坏、热效率低、冬天不能用等看法。建立平板太阳能集热器冬天冻不坏，产出生活热水热效率高，冬天也能用的新观念。促进平板太阳能集热器市场健康发展。

经过太阳能热水器行业和建筑业界的共同努力，我国平板太阳能集热器、热水器一定会从受冷遇迈向新的发展。

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