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平板太阳能与真空管式热水器性能对比

发布时间:2019-04-08 16:26

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  太阳能热水器是太阳能系统主要部件,目前市场常见有三大类,平板热水器、真空管太阳能热水器、其它类型(包括热管真空管热水器、闷晒太阳能热水器、真空管闷晒热水器等)太阳热水器。国内市场三种产品平板、真空管和其它产品分别约占20%、65%、15%;而国际市场现状是:平板、真空管和其它产品市场份额分别约占85%、8%、7%。

  太阳能热水器的主要性能指标是热性能,均由第三方测试机构给出测试报告。中国太阳能热利用专业委员会太阳能监测中心(CTS),四年来检测了117台太阳能热水器,其检测结果统计如下:

  众所周知,集热器效率方程基于不同参考面积,集热器效率方程中各参数不同,差别比较大。作为生产商,一般需给出集热器的总面积(占地面积)、采光面积、吸热器面积三个数据,供设计选型。基于吸热器面积,一般真空管集热器略高,但由于其结构使然,其总面积一般也大,基于总面积时,平板集热器效果最好,瞬时效率相比高50%以上。集热器总面积决定了可安装集热器数量,所以,比较起来,为达到同样效果,腾博会娱乐需要平板集热器数量最少,投资回报最好。

  几种工程上常用集热器性能比较如下图,从中可以看出,在低温热水(60oC)需求下,基于总面积的三种类型集热器效率差别不大,而基于吸热体面积时,平板集热器相比则有高大25%以上的优势。作为一般的太阳能热水工程,最好的选择是使用平板集热器。热性能报告取自瑞士SPF测试中心网站公布测试报告。

  不同吸热涂层的原理和说明(根据制备工艺不同,又可将选择性吸收涂层分为四类)。

  

  常用的电镀涂层主要有黑镍涂层、黑铬涂层、黑钴涂层等,均具有良好的光学性能。以黑铬和黑镍的效果最好,吸收发射比(α/ε)接近6~13。但电镀黑铬生产成本高,同时镀液中的Cr6+对环境有污染。电镀黑镍耗能少、成本低,镀液中不存在有毒物质。但黑镍涂层薄、热稳定性、耐蚀性较差,通常只适用于低温太阳能热利用。

  常用的电化学涂层有铝阳极氧化涂层,CuO转化涂层和钢的阳极氧化涂层等。其中铝阳极氧化涂层光谱选择性、耐腐蚀、耐光照性能良好,在太阳能热水器上得到了广泛应用。

  CuO转化镀涂层有一层黑色绒面,保护不好容易导致性能下降,钢的阳极氧化涂层抗紫外线和抗潮湿性能好。

  利用真空蒸发和磁控溅射技术制取,如利用直接蒸发制取的PbS/Al/Al涂层。利用磁控溅射制取的有不锈钢--碳/铜涂层、AlCN涂层、AlNxOy涂层和Ni-Cr涂层等。应用比较多的是多层渐变铝氮铝(Al-N/Al)涂层,该涂层具有良好的光谱选择性,但当温度升高时,发射率也随之急剧上升,只能在250℃以下使用。

  还有采用射频溅射制备的金属陶瓷复合涂层,主要应用在中高温领域,它是近年来新开发的工艺,如Ni-Al2O3涂层。

  Wu-AlNx选择性涂层,是将钨、铬等金属粒子掺入氮化铝介质,得到金属陶瓷复合涂层。基片采用铜、铝等反射率高的金属,集热温度可达350℃以上。

  德国Tinox和Bluetec公司所生产的产品就是采用真空镀膜,磁控溅射工艺。

  如PbS涂层,以0.1μm林蔓状晶体PbS为颜料,乙丙橡胶或氟树脂为粘结剂,吸收率为0.85~0.91,发射率为0.23~0.40,制备简单,但林蔓状结构易氧化失去转换性,防锈性能差;

  硅溶胶吸热涂层,以硅溶胶作粘结剂,Fe粉作发色体,涂层成本低、耐候性和防水性好,吸收率为0.94,发射率为0.41,但因为含有机物,使用寿命短。

  

  当高选择性的吸热涂层研发成功,如何采用合理、高效的技术来制造平板式太阳能集热器,并发挥其最大的效能,便成为了现代太阳能企业发展的核心竞争力。

  激光技术是采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,通过脉冲瞬间发出的激光焦点达到上千摄氏度,会在几毫秒内将金属熔化和蒸发,我们利用这一效应来进行太阳能集热器板芯流道与高选择性吸热涂层的焊接。

  我们将激光焊接用于平板式太阳能集热器板芯的制造,能够在最小程度破坏吸热涂层表面的前提下,使焊点更牢固,从而保证成品具有更高的吸热效率,同时大大提升了生产效能。

  超声波焊接作为目前平板式太阳能集热器主要的生产工艺,主要被欧洲众多的企业所采用,在此技术上生产的产品已被广泛应用于世界各地的项目案例中。

  近年来,一些企业开始的技术革新,在对比传统的超声波焊接会因为金属接触面积大,对吸热体正面涂层产生损坏,而被破坏的涂层自然热损失较大的问题,而转向采用更高性能的激光焊接。

  

  采用高效吸热涂层的平板式太阳能集热器使用寿命超长,设计寿命超过25年。(美国某品牌平板式太阳能,在我国驻美领事馆对面居民小区安装了13幢楼,从1982年到现在,还在正常使用。)

  真空管式太阳能热水器平均使用寿命8年左右,多数小厂不足6年。

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