陶瓷板太陽能集熱器集熱性能分析

摘 要：隨著“十二五”規(guī)劃綱要的正式提出，太陽光熱利用作為近十年來世界上發(fā)展最迅猛的可再生能源技術，被明確列為“十二五”科技發(fā)展重點。黑瓷復合陶瓷太陽板（以下簡稱陶瓷太陽板），作為一種全新材質的太陽能末端集熱器，因其獨特的制作工藝、低廉的制造成本，在戶式家用太陽能熱水器中已經得到成功應用。同時，該類集熱器尚無在中、大型集中型系統(tǒng)中使用的先例，因此，對采用陶瓷太陽板作為集熱末端的大型集中太陽能集熱系統(tǒng)的運轉情況、集熱效率進行跟蹤測試、分析，可以針對性的總結此類系統(tǒng)的使用成果，促進太陽能光熱利用技術的進一步完善。文章將依托采用陶瓷太陽板集中熱水系統(tǒng)的某實驗基地，就系統(tǒng)實際運行過程中所采集到的數據為依托計算其實際制熱能力。

關鍵詞：陶瓷板；太陽能；集熱器

1 集熱系統(tǒng)相關簡介

陶瓷太陽板集中熱水系統(tǒng)由集熱器主體、控制柜、集熱水箱、板式換熱器、循環(huán)泵等若干部分組成。

控制系統(tǒng)采用觸屏控制，可進行手動控制、自動控制切換，同時所有控制參數均可實時調整。控制系統(tǒng)共設置有兩套自控方式：

①直流運行控制：控制系統(tǒng)判定屋頂集熱器板內溫度與集熱水箱內溫度差是否滿足設定條件（通常為7-10℃），滿足則開啟電磁閥，冷水直接進入集熱器板內將熱水頂入集熱水箱，至溫差低于設定溫差，關閉電磁閥，系統(tǒng)進入悶曬狀態(tài)。

②換熱運行控制：控制系統(tǒng)下轄兩臺循環(huán)泵，集熱器組與集熱水箱由一臺板式換熱器連接，集熱器內高溫流體經板式換熱器換熱加熱集熱水箱內溫度較低熱水。循環(huán)泵啟停采用溫差控制，即當集熱器組內溫度與集熱水箱內溫度差滿足設定條件時，兩臺循環(huán)泵同時開啟進行換熱。

2 數據采集記錄簡述

4 系統(tǒng)性能分析

4.1 直流、換熱工況系統(tǒng)性能對比

表2和表4數據表明：換熱工況下，由于二次換熱設備的存在，導致約160×6=960L（單塊陶瓷太陽板存水量為6L）的熱媒水，始終存留在屋面集熱器組件內。而這部分熱水受溫差循環(huán)控制條件制約，溫度一定會高于儲熱水箱中的水溫，這就意味著換熱工況下，集熱系統(tǒng)將始終有近960L的熱水無法得到利用，并隨著夜間溫度的降低，重新被冷卻。

因此，該集中太陽能熱水系統(tǒng)，采用直流工況所獲得的熱水量將明顯高于換熱工況下系統(tǒng)所獲得的熱水量。

在系統(tǒng)最后一個循環(huán)時段內，循環(huán)停止溫差宜從0℃進行適當的提高，因為循環(huán)停止溫差過低，將使換熱效率嚴重消減，導致系統(tǒng)長時間運行，卻只能為儲熱水箱內熱水換取有限的熱量，與所耗費的電能相比得不償失。

3 換熱工況性能改進總結

北京地區(qū)夏季陶瓷太陽板集中熱水系統(tǒng)，采用換熱工況時：

3.1 上午9：00-下午14：30之間，宜采用更高的系統(tǒng)循環(huán)啟停溫差（推薦20/10℃）。

3.2 下午14：30-15：30間系統(tǒng)循環(huán)啟停溫差適當調低（推薦15/10℃）。

3.3 下午15：30之后，受太陽輻射強度降低，儲熱水箱水溫升高的雙重影響，宜將系統(tǒng)循環(huán)啟停溫差進一步調低（推薦10/4℃）。

3.4 系統(tǒng)實現(xiàn)分時段控制，在現(xiàn)有技術條件下并無太大難度，程序編寫員在編寫控制程序時，將控制時段預分為3-4個，并為每一個控制段預留手動調整模塊，即可輕松實現(xiàn)。

4 推廣應用前景分析

陶瓷太陽板在近一個月的調試、試驗過程中，表現(xiàn)出了較優(yōu)秀的制熱能力，日有效產水量與真空玻璃管、平板型集熱器相比基本相同。表明陶瓷太陽板作為一種新型、工藝獨特的末端集熱產品，其集熱性能還是比較出色的。