淺談平板型太陽能集熱器發展現狀

【摘要】：本文主要介紹了太陽能熱利用的研究進展，重點講述了平板型集熱器的工作原理、分類及應用，得出了平板集熱器的發展潛力是巨大的。

【關鍵詞】：平板型；太陽能；集熱器；發展現狀

能源是人類生存和實踐的基礎，隨著人類的發展，能源的消耗越來越成為世界最關注的問題之一。為緩解能源危機的問題，世界各個國家都在開發新能源，在各種新能源的種類中，太陽能以巨大、清潔及可再生等優點成為人們重點研究的課題之一[1]，其中太陽能熱利用是人們最基礎的研究。由于太陽能在單位面積上的輻射能量較低，為了獲得足夠的能量，必然要采用適當大小的能量收集裝置，最常見的太陽能收集裝置為太陽能集熱器，太陽能集熱器分為平板式集熱器、真空管式集熱器及聚光式集熱器[2]。而平板型集熱蒸發器又分為管板式集熱蒸發器、流道型集熱蒸發器和蛇形管集熱蒸發器。平板式太陽能集熱器作為一種非聚光的集熱器，由于具有采光面積大、能同時吸收太陽的直射和散射輻射、造價低廉、可承壓和不爆管等優點，獲得廣泛的應用[3]。

1.平板集熱器的工作原理

平板式集熱器主要集熱板、透明蓋板、隔熱層及外殼組成，其中集熱板的作用主要是吸收太陽能并且將吸收的能量來加熱工質，為提高集熱器的集熱效率，一般要對集熱板進行特殊的處理，比如涂選擇性圖層來提高集熱板對太陽光的吸收率。透明的蓋板的作用主要是減少集熱板與環境之間的對流換熱及輻射換熱。而且對集熱板進行了保護，不能受到雨、雪及灰塵的侵害。隔熱層只要布置在集熱板的底部及側面，來減少集熱器向周圍環境的散熱。外殼為集熱器的骨架結構，應有一定的機械強度、良好的密封性能及抗腐蝕性能[2]。

2.平板集熱器的分類

平板集熱器按照介質分類分為空氣集熱器和液體集熱器，目前大部分用的是液體集熱器；按照吸熱板芯材料劃分，有全銅、鐵管、全鋁、銅鋁合金、不銹鋼及其他非金屬材料集熱器；按照結構劃分可以分為管板式集熱器、蛇形管集熱器及平行流道式集熱器。

管板式太陽能集熱蒸發器優點較多，主要包括了承壓性能良好、制造工藝簡單、水容量小與加工靈活等。目前市場上最常見的有銅鋁復合式吸熱板與全銅式吸熱板。銅鋁復合式吸熱板的剛度較大，還可以粘結成為光伏組件。在全銅式吸熱板式的太陽能集熱蒸發器中，銅管和銅肋之間一般采用超聲波焊接，肋片較薄并且較柔軟[4]。

蛇形管式集熱蒸發器是將金屬管彎曲成蛇形，然后再與平板焊接構成，集熱板材料一般采用銅，焊接工藝可采用高頻焊接或者超勝焊接。蛇形管式集熱蒸發器的優點熱效率高，無結合熱阻；不需要焊接連接管，減少了泄露的可能；水質清潔；耐壓能力強；缺點是串聯流體通道，流動阻力大；焊縫不是直線而是曲線的，焊接工藝難度大。蛇形管集熱蒸發器主要應用于集熱蒸發器流體進出口溫差大，流體的流量小，可用于獲取較高溫度，直通加熱流體的場合。

平行流道式集熱蒸發器各個管道是互相平行，上端設集水管，下端設分水管，這種形式的集熱蒸發器在日常的平板式集熱器中也比較常見，這種類型的集熱蒸發器的特點是流體進口與出口溫差較小，流體的流量比較大，適用于需求流體溫度不高，循環加熱的場合。

3.平板集熱器的應用

平板集熱器主要應用于太陽能熱水器、太陽能供暖及太陽能制冷，根據集熱器集熱溫度的范圍可分為低溫、中溫、中高溫和高溫型平板集熱器。

低溫集熱器的集熱溫度大致為Ta+（10-20）℃，主要用于預熱給水，熱泵熱源加熱池水；中溫集熱器的集熱溫度為Ta+（20-40）℃，主要用于供暖、供熱水、工藝過程；中高溫集熱器的集熱溫度為Ta+（40-70）℃，主要用于吸收式制冷機、供冷暖；高溫集熱器的集熱溫度為Ta+（70-120）℃，主要用于朗肯循環透平機、雙效吸收式制冷機[3]。

4.結束語

太陽能作為未來最有潛力的能源之一，收集其能量裝置的優略直接影響太陽能利用的效率，平板太陽能集熱器具有結構簡單，運行可靠，成本低廉，集熱效率高等優點。隨著太陽熱水器的普及，平板集熱器與建筑一體化完美結合是目前發展的新趨勢。

參考文獻：

[1]趙加強.中國太陽能光伏發電發展的法律政策問題——以政策工具優化為視角[J].上海交通大學學報， 2014， 22（6）： 26-27.

[2]李傳統.新能源與可再生能源技術[M]. 東南大學出版社（第2版）， 2013： 8-10.

[3]李俊賢.蛇形管平板式太陽能集熱器實驗研究[D]. 昆明理工大學碩士論文， 2011： 5-7.

[4]張鶴飛.太陽能熱利用原理與計算機模擬[M]. 西北工業大學出版社（第2版）， 2014： 9-11.

作者簡介：呂吉鋒（1990.12-），男，河南人，任職于江西工程學院，研究方向：太陽能利用。