陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

周燕　金國庭　范新暉

摘 要：本文綜述了陶瓷太陽能板集熱技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合各種集熱器優(yōu)缺點和熱效果測試數(shù)據(jù)，分析了陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵點，展望了陶瓷太陽能板集熱器的市場前景。

關(guān)鍵詞：陶瓷板；太陽能集熱器；集熱器技術(shù)；現(xiàn)狀分析

1 前言

太陽能是天然大規(guī)模可再生能源，1000億m2太陽能等于全球能源的總和，使用時需要對其熱量進行收集后轉(zhuǎn)化為其他能源，現(xiàn)有太陽能裝置如單晶硅等，由于使用成本高、壽命短，壽命期間得到的能量少于為制造、使用太陽能裝置所消耗的常規(guī)能源，與使用常規(guī)能源相比，需要更多貨幣、造成更大的環(huán)境污染，所以不被廣泛推廣。

因太陽能是低密度的面能源，要形成大規(guī)模可再生替代能源需要巨大的太陽能收集面積，陶瓷太陽能板集熱器產(chǎn)業(yè)要得到長足發(fā)展，必須采用成本低、壽命長、性能穩(wěn)定、效率高的材料、結(jié)構(gòu)及裝置進行生產(chǎn)，其使用成本必須低于常規(guī)能源。實踐證明，陶瓷太陽能板集熱器具有生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)能耗低、生產(chǎn)成本低廉、壽命長、性能穩(wěn)定、效率高等特點。因此，值得應(yīng)用推廣。

2 太陽能集熱器的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 太陽能集熱器的定義

太陽能集熱器是吸收太陽輻射，并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的一種裝置。

2.2 太陽能集熱器的分類

（1） 按集熱器的傳熱工質(zhì)類型分：液體集熱器、空氣集熱器；

（2） 按進入采光口的太陽輻射是否改變方向分：聚光型集熱器、非聚光型集熱器；

（3） 按集熱器是否跟蹤太陽分為：跟蹤集熱器、非跟蹤集熱器；

（4） 按集熱器內(nèi)是否有真空空間分為：平板型集熱器、真空管集熱器；

（5） 按集熱器的工作溫度范圍分為：低溫集熱器、中溫集熱器、高溫集熱器；

（6） 按集熱板使用材料分別為：純銅集熱板、銅鋁復(fù)合集熱板、純鋁集熱板、玻璃真空管集熱器、陶瓷太陽能板集熱器。

2.3 各種太陽能集熱器的對比

各種太陽能集熱器優(yōu)缺點對比如表1所示。

2.4 陶瓷太陽能板集熱器的技術(shù)分析

陶瓷太陽能板是以普通陶瓷為基體，表面涂施對陽光有高吸收率的材料，然后經(jīng)1200 ℃一次燒成的薄壁太陽能集熱體，太陽吸收比在0.93以上。其具有成本低、壽命長、性能穩(wěn)定；不腐蝕、不老化、不褪色；無毒、無害、無放射性；陽光吸收率不衰減等特點，并且有長期較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，與建筑同壽命，容易與建筑一體化結(jié)合安裝，是一種新穎的太陽能光熱材料。相同的安裝面積，陶瓷太陽能有效采光面積是真空管的1.3倍，是金屬平板的1.1倍，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。試驗表明，夏日的晴天在濟南和福建每平方米陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)可將17～35公升自來水加熱到100～110 ℃；冬天在山東每平方米陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)可將31 kg負(fù)0.5℃的海水加熱至50 ℃，而在國內(nèi)外干旱、炎熱的荒漠、沙漠、戈壁地區(qū)，陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)可將更多的水加熱到更高的溫度。

陶瓷太陽能集熱板可與建筑同壽命（50年），與原房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層，使房頂具有更好的保溫隔熱效果。因此，太陽能集熱板的能源產(chǎn)出與能源投入是最實惠的、產(chǎn)出投入比也是最高的，將成為太陽能熱利用由單一型向集中型、家庭型向工程型，以及與建筑一體化發(fā)展轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵產(chǎn)品。

3 陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

陶瓷太陽能集熱器技術(shù)包括：陶瓷太陽能集熱板制造方法、陶瓷太陽能集熱板的零配件和組裝結(jié)構(gòu)、陶瓷太陽能集熱板與建筑墻面的結(jié)合這三大技術(shù)領(lǐng)域。

第一個技術(shù)領(lǐng)域為陶瓷太陽板的制造方法，包括陶瓷基體的配方和制造方法和陶瓷吸熱面的配方和制造方法，涉及到與傳統(tǒng)陶瓷板接近但又有所不同的制造工藝。與傳統(tǒng)陶瓷板相比，雖然仍采用陶瓷粉料、成型、燒制等基本工藝，但因為集熱板必須為內(nèi)部中空，以及表面必須為黑色或者深色的吸熱面，因此內(nèi)部中空的熱水流動和被加熱的通道的成型需要特殊的模具，不能采用干式壓制，只能采用濕式的模具擠壓成型；吸熱面的涂層與常規(guī)陶瓷板不同，必須采取在表面噴涂某種吸熱材料的方法，該吸熱材料的噴涂方法、工具和材料的選擇均有所不同。

第二個技術(shù)領(lǐng)域為陶瓷太陽板的組裝工藝和零部件。陶瓷太陽板必須是批量的橫縱隊列布置在一起，具有足夠的吸熱面才能獲得足夠的熱量，因此多個太陽板必須通過管道串聯(lián)在一起，因為結(jié)構(gòu)與材料強度等多方面原因，太陽板內(nèi)部通道必須由一個集中連接件將多個通道集中到某條管道上再與其他太陽板貫通起來；所以相關(guān)的集中連接件以及管道的結(jié)構(gòu)、材料和設(shè)備均需要嚴(yán)格限定，這與普通陶瓷板的結(jié)構(gòu)也大為不同。

第三個技術(shù)領(lǐng)域為與普通陶瓷板通過水泥或者其他粘合劑粘合的方式鋪設(shè)在地表或者墻面不同，陶瓷板必須安裝于外墻面或者屋頂，經(jīng)受長期的風(fēng)吹雨淋、光照日曬以及灰塵雜物等影響，其外部工作環(huán)境惡劣。因此，安裝方式需要更加牢固可靠，還有與屋頂結(jié)構(gòu)的防潮防漏水問題，還有熱水的保溫問題；因為難以避免的損壞和維修方面的原因，其不可能采取固定粘接的方式進行安裝，一定會考慮到可替換損壞的陶瓷太陽板的問題，以及與建筑結(jié)構(gòu)本體的配合問題。因此，在屋頂設(shè)置什么樣的結(jié)構(gòu)進行太陽板的固定，也是要考慮的重要問題。

4 結(jié)論

隨著全球氣溫變暖，世界各國對能源的利用，以及對環(huán)保問題的高度重視，太陽能這種新能源的利用已經(jīng)得到大家的認(rèn)可，進一步研究太陽能的利用和開發(fā)對緩解我國能源具有現(xiàn)實意義。《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》專設(shè)章節(jié)，明確提出“面對日趨強化的資源環(huán)境約束，必須增強危機意識，樹立綠色、低碳發(fā)展理念，以節(jié)能減排為重點，健全激勵與約束機制，加快構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)方式和消費模式，增強可持續(xù)發(fā)展能力，提高生態(tài)文明水平。2011年6月1日發(fā)布實施的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》在鼓勵類“十二 建材”中特別將“建筑廢棄物的綜合利用”作為一個點單獨提出，并在“三十八 環(huán)境保護與資源節(jié)約綜合利用”中提出“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材環(huán)保及資源綜合利用等技術(shù)開發(fā)”的要求。而太陽能是低密度、綠色能源，其能源是散布在整個日照范圍，隨著我國太陽能利用技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能集熱器的研究和運用開發(fā)不但能充分利用綠色清潔能源太陽能，扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢，更是是未來另一個重要的市場。此外，太陽能熱水工農(nóng)業(yè)應(yīng)用，如：太陽能海水淡化、太陽能干燥、太陽能游泳池加熱、印染熱水加熱等應(yīng)用也是構(gòu)成未來太陽能熱水器的潛在市場。

陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)因其顯著的優(yōu)越性，越來越受到關(guān)注，但目前組裝還存著接口易老化等問題，通過接口結(jié)構(gòu)的一體化改良可以避免此類問題。另外，由于陶瓷材料吸熱涂層不易養(yǎng)護，應(yīng)開發(fā)出易于更換和養(yǎng)護的吸熱涂層材料，并且研究太陽能與建筑一體化，才能拓展其應(yīng)用。

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