1概述

　　在國際社會(huì)將 CO2、 2 排放量的大小與國家 SO

　　源是發(fā)展的必然趨勢。使用太陽能集熱器是目前解 決我國能源與環(huán)境問題的一個(gè)積極有效的輔助手 段，平板太陽能集熱器更容易與建筑有機(jī)結(jié)合起 來， 呈現(xiàn)良好上升趨勢， 具有良好的市場前景。

　　負(fù)責(zé)任形象直接相提并論的今天， 節(jié)能減排已經(jīng)是 關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)、 生存環(huán)境是否可持續(xù)發(fā)展的大問 題。發(fā)達(dá)國家的集熱能量使用數(shù)據(jù)顯示， 年平均集 熱用水使用能量所消耗的電力， 占國家年度總電力 消耗的 1/4； 加之世界原生能源材料的日趨減少， 因 此， 使用高效、 環(huán)保、 可替代煤炭、 石油等傳統(tǒng)原生 能源材料來獲取使用能量的技術(shù)， 是目前亟待解決 的問題。太陽能集熱技術(shù)是將太陽輻射能通過集熱 器表面膜層吸收后， 直接轉(zhuǎn)化為熱能來加熱其它使 用介質(zhì)。因其具有能量獲取、 使用的直接性， 和使用 過程無二次環(huán)境污染的環(huán)保性， 所以是未來集熱用 能源技術(shù)發(fā)展的主要方向，并被確定在未來 10 年 左右的時(shí)間內(nèi)將得到普遍應(yīng)用。太陽能將成為未來 世界能源舞臺的主角， 逐步補(bǔ)充和最終替代傳統(tǒng)能

　　2平板太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)與工作原理

　　現(xiàn)有真空管式太陽能集熱器最根本的問題 是真空管不能做為建筑板塊整體結(jié)構(gòu)與建筑相 結(jié)合； 此， 外一些發(fā)達(dá)國家一體化。平板太陽能集熱器已被廣泛應(yīng)用于生 活用水加熱、 游泳池加熱、 工業(yè)用水加熱、 建筑物 采暖與空調(diào)等諸多領(lǐng)域。 2.1 平板太陽能集熱器的結(jié)構(gòu) 平板太陽集熱器一般由集熱板芯、 蓋板、 保 溫層和外殼四部分組成。集熱板芯采用銅鋁復(fù)合和全銅的材質(zhì)； 銅鋁 復(fù)合集熱板芯由銅鋁復(fù)合吸熱翼片與銅質(zhì)集熱 管連接而成的， 這種翼片的特點(diǎn)在于有兩面鋁板 中間夾著銅管 （排 管） 通 過 壓 碾 復(fù) 合 工 藝 ， 銅 ， 使 鋁和銅銅之間緊密結(jié)合； 而全銅集熱板芯由銅箔 集熱板與布設(shè)在集熱板反面的銅質(zhì)流體介質(zhì)管 （排管） 通過超聲波焊接組成。 通過集熱板芯上下 兩端的集管橫向連接若干根排管構(gòu)成流體通道 。 四周采用咬縫工藝連接在一起， 制成平板金屬吸 熱體， 部用鍍鋅板和保溫棉墊底， 部用玻璃 底 上 板蓋住， 四周用橡膠條密封。

　　性吸收材料的研究工作已有近三十年的歷史了。涂 層的制備工藝經(jīng)歷了從簡單噴涂到選擇性的硫化 鉛、 金屬氧化處理； 從化學(xué)溶液鍍膜法到真空磁控 濺射鍍膜法的更新?lián)Q代過程?；瘜W(xué)溶液鍍膜法是指 在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)原理在基底材料 表面上沉積成膜的一種方法， 它包括各種化學(xué)反應(yīng) 沉積、 陽極氧化、 電鍍等。采用化學(xué)溶液鍍膜法制備 的光譜選擇性吸收涂層目前有鋁條帶上陽極化著 色和銅條帶上黑鉻選擇性涂層。但和真空鍍膜相 比， 其工藝復(fù)雜、 手工操作多， 工藝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)控制 不當(dāng)， 廢液的處理容易造成一定程度的環(huán)境污染。 目前國外公司采用電子束蒸發(fā)的方法將鈦和 石英在電子射線槍的作用下被汽化， 汽化物在加入 氮和氧后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化鈦， 最后在金屬 （銅） 帶上沉積冷凝而成涂層。生產(chǎn)的鈦系列 TiNOx 高選擇性鈦鍍層， 該連續(xù)化生產(chǎn)線投資較大， 涂層 生產(chǎn)成本較高。由于這種集熱涂層主要生產(chǎn)在銅 基體條帶上，制造平板集熱器板芯時(shí)需要對條帶 進(jìn)行切割；同時(shí)還要在每個(gè)翼片的背面通過超聲 波焊接排管， 一方面在焊接過程中破壞膜層表面， 另一方面在整個(gè)板芯組焊過程中容易造成膜層的 二次污染， 影響集熱板芯的集熱效率。 針對平板式涂層制備技術(shù)的不足， 我們采用真空 磁控濺射技術(shù)、等離子監(jiān)控技術(shù)和離子表面活化技 術(shù)， 開發(fā)了在光亮的銅基片或者銅鋁復(fù)合基片上沉積 高反射率的金屬鋁作為底層的基膜， 然后在基膜的基 礎(chǔ)上采用反應(yīng)濺射沉積兩層不同成分和金屬含量的 鋁氮復(fù)合膜作為吸收層，最后是反應(yīng)沉積 AlN 和中 頻濺射 SiO2 介質(zhì)增透、保護(hù)層的光譜選擇性吸收薄 膜設(shè)備與工藝。產(chǎn)品經(jīng)國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督 檢驗(yàn)中心檢測： 涂層的吸收率 αs≥0.92~0.94， 紅外 發(fā)射率 ε≤0.08~0.1；其涂層附著力和耐候性能良 膜層理 好， 可在大氣環(huán)境下直接使用。制造成本低， 化性能好， 無污染， 非常適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。這 使我國平板集熱器的集熱涂層生產(chǎn)環(huán)保化、 使光熱 轉(zhuǎn)換效率與國際高端產(chǎn)品處于同類水平。 以提高集熱膜層在大氣中使用的耐候性能及集 熱性能為目的的膜層、 膜系研究， 是當(dāng)前太陽能集熱 器光譜選擇性吸收膜層研究、生產(chǎn)和發(fā)展的主要方 向。隨著我國對環(huán)境污染治理的深化， 國家原則上已 不審批新的化學(xué)溶液鍍膜生產(chǎn)線。因此， 可以說用磁 控濺射方法制備選擇性吸收涂層是目前國內(nèi)外平板 最有發(fā)展、 最環(huán)保的方法。 集熱器制備工藝中最先進(jìn)、

　　1.透明蓋層 2. 隔 熱 材 料 （保 溫 層） 3. 集 熱 板 芯 4. 排 管 5. 外 殼 6.散射太陽輻射 7.直射太陽輻射 8.集管 圖1 Fig.1 平板型太陽能集熱器的基本結(jié)構(gòu) Schematic of flat plate solar collector

　　2.2 平板太陽能集熱器的工作原理 陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的 吸熱體 （集熱板芯）上， 其中大部分太陽輻射能為 吸收體所吸收， 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?并傳向排管通道中的 工質(zhì)。這樣， 從集熱器底部集管入口的冷工質(zhì)， 在 排管通道中被太陽能所加熱， 溫度逐漸升高， 加熱 后的熱工質(zhì)，帶著有用的熱能從集熱器的上端集 管出口， 蓄入貯水箱中待用， 即為有用能量收益。 與此同時(shí)， 由于吸熱體溫度升高， 通過透明蓋板和 外殼向環(huán)境散失熱量。蓋板則起允許可見光線透 過， 而紅外熱射線不能透過的作用， 使工質(zhì)能帶走 更多的熱量而提高太陽集熱器的熱效率。 太陽能集熱板芯是平板太陽能集熱器的核 心 部 件 ， 它 的 選 擇 性 吸 收 性 能 （αs—吸 收 率 ， ε—發(fā)射率） 決定平板太陽能熱水器的熱效率。

　　3目前平板集熱器板芯選擇性吸收涂層 的制備方法

　　隨著太陽能光熱利用技術(shù)的發(fā)展， 我國對選擇

　　4平板太陽能集熱器的應(yīng)用前景

　　隨著新能源的推廣和普及， 以及科技的進(jìn)步和發(fā)展，太陽能利用與建筑一體化對太陽熱水器 技術(shù)要求越來越高， 場需求越來越迫切， 空 市 真 管太陽能已經(jīng)逐漸無法解決其在建筑應(yīng)用中遇 到的所有技術(shù)和質(zhì)量難題； 這為平板太陽能集熱 器的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。

　　4.1 平板太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢 平板集熱器具有承壓性、 循環(huán)系統(tǒng)、 于 雙 易 與建筑結(jié)合、 提供更多的生活熱水等自身的技術(shù) 因此， 在太陽能系統(tǒng)工程、 分體式太陽能熱 優(yōu)勢。 水器和對太陽能與建筑一體化有要求的場所， 平 板集熱器比全玻璃真空管集熱器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 、 壽 命、 維護(hù)與建筑結(jié)合等方面具有明顯優(yōu)勢。比如 2008 年北京奧運(yùn)會(huì)工程之一 “奧運(yùn)村” 采用的就 ， 是平板太陽能集熱器。 采用磁控濺射制備光譜選擇性吸收涂層， 可 以克服其他制備工藝的缺點(diǎn)， 提高光熱轉(zhuǎn)換效率 和涂層的使用壽命， 同時(shí)磁控濺射工藝具有沉積 速度快、 膜層均勻、 致密， 便于大面積沉積和工藝 環(huán)保等特點(diǎn)， 有利于集熱板芯真空鍍膜大批量工 業(yè)化生產(chǎn)， 一步減低成本， 高產(chǎn)品的穩(wěn)定性 進(jìn) 提 和一致性。從測試結(jié)果可以看出， 高效平板集熱 器太陽能熱水系統(tǒng)的產(chǎn)水量要高于同等面積的 真空管集熱器系統(tǒng)。 平板集熱器太陽能系統(tǒng)一般采用回流排空 技術(shù)， 凍技術(shù)， 北方地區(qū)可方便地解決集熱 防 在 器過冬防凍問題， 集熱器凍壞的后顧之憂， 無 并 且可以解決夏季 （或 熱 水 負(fù) 荷 不 匹 配 時(shí)）系 統(tǒng) 過 熱問題， 這一特點(diǎn)對太陽能采暖系統(tǒng)非常有利 。

　　4.2 國家的扶持政策 2008 年國家出臺了太陽能熱水器鼓勵(lì)支持 發(fā)展的政策， 全國 10 多個(gè)省、 市建委出臺了對 12 層以下房屋強(qiáng)制安裝太陽能熱水器的政策配套 文件， 極大地釋放了城市市場。 2009 年太陽能熱水 器 下 鄉(xiāng) ” 太 陽 能 熱 水 “ 是 器行業(yè)的一件大事， 標(biāo)志著太陽能熱水器得到國 家認(rèn)可，我國太陽能熱水器行業(yè)已邁入新的時(shí) 太陽能熱水器 “下鄉(xiāng)” 正式啟動(dòng)意味著太陽能 代。 熱水器行業(yè)得到了政策支持， 陽能熱水器 下 太 “ 鄉(xiāng)” 如一縷春風(fēng)， 使整個(gè)行業(yè)煥發(fā)強(qiáng)大的生命力。 我國必將步入更為多元化、 潔、 效的能 清 高 源消費(fèi)新時(shí)代。因此， 應(yīng)當(dāng)大力倡導(dǎo)發(fā)展太陽能 這樣的可再生能源。 4.3 市場的的應(yīng)用前景 《2010- 2015 年中國太陽能利用產(chǎn)業(yè)投資分 析及前景預(yù)測報(bào)告》 “2007 年中國太陽能熱水 顯示 器產(chǎn)量的增長速度約為 30%， 年產(chǎn)量達(dá) 2340萬 m2

　?。?6380 MWth）， 總 保 有 量 約 為 10800 萬 m2 （75600 MWth 。2007 年太陽能熱水器市場銷售額 ） 約為 320 億元人民幣， 產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè) 有 20 多家。2008 年我國太陽能熱水器行業(yè)繼續(xù)穩(wěn) 步快速發(fā)展。其中， 產(chǎn)值達(dá) 430 億， 出口達(dá) 1 億美元。 中國太陽能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的 2 倍， 北 美的 4 倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽能熱水器 生產(chǎn)國和最大的太陽能熱水器市場” 。預(yù)計(jì)中國太 陽能熱水器在近 3 年時(shí)間內(nèi)還將保持 30%以上的 增長速度， 市場潛力巨大。 隨著中高溫太陽能熱水器的開發(fā)以及太陽 能與建筑一體化技術(shù)的日益完善， 未來太陽能熱 水器產(chǎn)品進(jìn)入住宅工程是必行之路。目前城鎮(zhèn)環(huán) 保要求必需使用清潔能源，在今后 10 年左右 的 熱水器普及中， 會(huì)有越來越多的人使用太陽能集 熱器， 是發(fā)展趨勢； 國太陽能熱水器的市場 這 我 空間和產(chǎn)業(yè)規(guī)模都很大， 未來發(fā)展十分樂觀。

　　5結(jié)束語

　　真空磁控濺射鍍膜集熱板比目前使用的涂 漆集熱板、 陽極氧化集熱板和黑鉻涂層集熱板等 具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)和性能， 它具有良好的光譜 選擇性吸收特性， 從而使平板太陽能熱水器的熱 效率得到了極大地提高， 且生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生 任何環(huán)境污染， 層理化性能好， 高了涂層的 膜 提 使用壽命， 同時(shí)有利于連續(xù)式工業(yè)化。 因此， 是目 前新一代太陽能集熱板產(chǎn)品。 平板太陽能發(fā)展至今天，技術(shù)上已日趨成 熟。世界各國都力圖將太陽能與建筑密切結(jié)合， 布 管 尋求外形美觀、 局合理、 理規(guī)范的太陽能與 建筑一體化的設(shè)計(jì)。平板太陽集熱器作為建筑材 料實(shí)現(xiàn)太陽能利用與建筑物一體化， 有更強(qiáng)的國 內(nèi)外市場競爭力和生命力。

　　來源：中國太陽能工程