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太陽能集熱器的分類和特點

作者:日期:2011-11-28來源:

 我國目前使用的太陽能集熱器可大體上分為兩大類:平板型太陽能集熱器和真空管型太陽能集熱器。

一、平板型太陽能集熱器
1、平板型太陽能集熱器的結構
平板型太陽能一般由吸熱板、玻璃蓋板、保溫層和外殼四部分組成,具體結構如圖1-1所示。 
                                                    圖1-1 平板太陽能集熱器的基本結構
1.1吸熱板(或吸熱板芯)
吸熱板式吸收太陽輻射能量并向集熱器工作介質傳遞熱量的重要部件。具體形狀如圖1-2所示。 
圖1-2 吸熱板的斷面形狀
目前國內已大量采用銅材作為吸熱板的材料,也有采用鋁合金、鋼材、鍍鋅板和不銹鋼材料作為吸熱板的材料。吸熱板的結構主要有管板式、扁合式、翼管式,目前國內市場上使用的較多是銅鋁復合式。
1.2吸熱板涂層
太陽能吸收涂層可分為兩大類:非選擇性吸收涂層和選擇性吸收涂層。
非選擇性涂料:非選擇性涂料有黑鎳、黑鉻和黑漆等,一般多用于常年環境溫度較高的華南地區。
選擇性涂料:選擇性吸收涂層可以用多種方法來制備,如噴涂方法、化學方法、電化學方法、真空蒸鍍方法、磁控濺射方法等。
1.3 玻璃蓋板
玻璃蓋板的作用是減小熱損失。用于透明蓋板的材料主要有兩大類,平板玻璃和玻璃鋼板,目前國內外使用更廣泛的還是平板玻璃。
1.3 保溫層
保溫層的作用是減少集熱器向四周散熱,以提高集熱器的熱效率。這就要求保溫層的材料保溫性能好,即導熱率小,不吸水。一般保溫層的厚度在3~5cm厚,四周的厚度為保溫層的一半。常用保溫材料有巖棉、礦棉、聚苯乙烯、聚氨酯等。目前使用較多的是巖棉。
1.4外殼
外殼是集熱器中保護及固定吸熱板、透明蓋板和隔熱層的部件。一般材料有鋁合金板、不銹鋼板、碳鋼板、塑料、玻璃鋼等。為了提高外殼的密封性,有的產品已采用鋁合金板一次模壓成型工藝。
2、平板太陽能集熱器的工作原理
平板太陽能集熱器的基本工作原理概括地說,陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上,其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收,轉變為熱能,并傳向流體通道中的工質。這樣,從集熱器底部入口的冷工質,在流體通道中被太陽能所加熱,溫度逐漸升高,加熱后的熱工質,帶著有用的熱能從集熱器的上端出口,蓄入貯水箱中待用。
二、真空管型太陽能集熱器
目前市面上全玻璃真空管太陽集熱器主要有三大系列產品,分別是:普通型全玻璃真空管太陽集熱器、熱管式全玻璃真空管太陽集熱器和
U型管式全玻璃真空管太陽集熱器三大系列產品。目前仍然以普通型全玻璃真空管太陽集熱器為主。
1、全玻璃真空管型太陽能集熱器
1.1全玻璃真空管的基本結構和工作原理
全玻璃真空管由外玻璃管、內玻璃管、選擇性吸收涂層、彈簧支架、消氣劑等部分組成,其形狀如圖2-1。
                                          圖2-1全玻璃真空管結構示意圖
1.2全玻璃真空管的工作原理
其工作原理是太陽光透過外玻璃管照射到內管外表面吸熱體上轉換為熱能,然后加熱內玻璃管內的傳熱介質,由于夾層之間被抽成真空,有效降低了向周圍環境散失的熱損失,使集熱效率得以提高。
1.3全玻璃真空管材質要求:
全玻璃真空管采用硼硅玻璃3.3(氧化鐵含量5%以下;熱穩定性好;熱膨脹系數低為3.3×10-6/℃;耐熱沖擊性好,耐熱溫差大于200℃;有較高的機械強度;較好的抗化學腐蝕性能;具有良好的光學性能,透光率≥ 0.89)。
1.4全玻璃真空管的技術要求
1)材料采用硼硅玻璃3.3;
2)空曬性能參數y≥175m2•℃/kW(當太陽輻照度G≥800W/ m2,環境溫度t在8~30℃之間)
3)悶曬到水溫增加35℃所需的太陽能曝輻量≤3.8MJ/ m2(當太陽輻照度G≥800W/ m2,環境溫度t在8~30℃之間)
4)平均熱損失系數≤0.9W/ m2·℃
5)真空度≤5×10-2 Pa;
6)耐熱沖擊應能承受25℃以下冷水和90℃以上熱水交替反復沖擊3遍而不損壞;
7)耐壓沖擊應能承受0.6Mp的壓力;
8)抗冰雹要求應在徑向尺寸不大于25mm的冰雹襲擊下不損壞。
1.5全玻璃真空管的選擇性吸收涂層
目前真空管的鍍膜工藝有兩種:漸變鍍膜工藝和干涉鍍膜工藝,過去常用的“曬樂”真空管就是采用漸變鍍膜工藝,為真空管式太陽能熱水器的推廣和普及奠定了堅實的基礎;干涉鍍膜工藝使得真空管的鍍膜技術得到了進一步的發展,吸收率更高、熱量耗散率更低。
1.6全玻璃真空管集熱器組成和特點
全玻璃真空管型太陽能集熱器的組成:真空管、聯箱、尾座、支架組成。分橫管和豎管兩種
全玻璃真空管集熱器的特點:真空管內直接對水進行加熱,吸熱效率最高;壽命長;成本最低;適用范圍廣,可以在零下三十度的環境下正常運行。目前市面上的太陽能集中供水工程80%使用該系列產品。該系列產品對系統的設計、安裝施工要求很高,如設計不當或安裝不良會出現爆管現象。
2、金屬-玻璃結構真空管型太陽能集熱器
全玻璃真空管太陽能集熱管的材料為玻璃放置在室外被損壞的概率較大,在運行過程中,若有一只管損壞,整個系統就要停止工作。為解決此問題,在全玻璃真空管太陽能集熱管的基礎上開發出金屬-玻璃結構真空管,即采用熱管直接插入真空管內和應用U型金屬管吸熱板插入真空管內的二種集熱管。
2.1 U型管式真空管型太陽能集熱器
1)結構
圖2-2 U型管式真空管結構示意圖
如圖2-2所示,在普通真空管內插入U型銅管,U型銅管外包鋁型翅片,鋁型翅片與真空管內壁接觸,起到傳遞熱量的作用。U型銅管與管路系統、水箱內的換熱盤管組成封閉的環路,通過介質的強制循環進行換熱。該系列集熱器主要用于高檔產品,系統可以實現間接換熱、承壓運行,水質更衛生,但集熱器的成本最高。
2)特點:可以實現間接換熱、承壓運行,炸管無泄漏,系統最穩定;壽命最長;熱效率較高;成本最高。主要用于高檔住宅和特殊意義的用水環境。
2.2熱管式真空管型太陽能集熱器
1)結構
圖2-3熱管式真空管結構示意圖
如圖2-3所示,在普通真空管內插入熱管,熱管外包鋁型材翅片,鋁型材翅片與真空管內壁接觸,起到傳遞熱量的作用。熱管是一根兩端封閉的盲管。其加工工藝是,使用純銅銅管(純銅含量≥99.99%,俗稱無氧銅)注入蒸餾水,并進行抽真空分離封堵。蒸餾水在真空狀態下其沸點極低,通過蒸餾水的蒸發吸熱和冷凝放熱兩個過程進行熱量傳遞,其傳熱效率很高。但是由于熱管的真空度對傳熱效率影響非常大,所以熱管的排氣(抽真空)對材料和工藝要求非常嚴格,材料必須使用無氧銅,無氧銅質密可以防止氧離子向管內滲透,當然這種材料的價格也是相當昂貴,造成熱管產品的成本居高不下。普通的生產工藝難以保證熱管的產品質量,生產環境和生產設備都要求非常嚴格,哪怕一點手漬的污染,也會造成真空度難以保證,一旦真空度下降,其傳熱效率將大大降低。目前國內只有一兩家的熱管產品能夠達到國標要求。熱管壽命一般在五~八年。
2)特點:破管無泄漏,系統穩定;熱效率較高;壽命較短,成本高。銅材要求嚴格,生產工藝要求嚴格。集熱器與地平面的夾角越大其效率越高。銅管內真空度高,一旦泄漏空氣,效率急劇下降直至失效。
                

 

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