平板型太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能低溫?zé)崂玫幕静考?，也一直是世界太?yáng)能市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。平板型集熱器已廣泛應(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。用平板型太陽(yáng)能集熱器部件組成的熱水器即平板太陽(yáng)能熱水器。平板型太陽(yáng)能集熱器主要由吸熱板、透明蓋板、隔熱層和外殼等幾部分組成。
 
當(dāng)平板型太陽(yáng)能集熱器工作時(shí)，太陽(yáng)輻射穿過(guò)透明蓋板后，投射在吸熱板上，被吸熱板吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，然后將熱量傳遞給吸熱板內(nèi)的傳熱工質(zhì)，使傳熱工質(zhì)的溫度升高，作為集熱器的有用能量輸出。
 

一
吸熱板



吸熱板是平板型太陽(yáng)能集熱器內(nèi)吸收太陽(yáng)輻射能并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的部件，其基本上是平板形狀。

1.吸熱板的結(jié)構(gòu)形式

在平板形狀的吸熱板上，通常都布置有排管和集管。排管是指吸熱板縱向排列并構(gòu)成流體通道的部件;集管是指吸熱板上下兩端橫向連接若干根排管并構(gòu)成流體通道的部件。吸熱板的材料種類很多，有銅、鋁合金、銅鋁復(fù)合、不銹鋼、鍍鋅鋼、塑料、橡膠等。吸熱板有如下主要結(jié)構(gòu)形式

(1)管板式。管板式吸熱板是將排管與平板以一定的結(jié)合方式連接構(gòu)成吸熱條帶(如圖2a)，然后再與上下集管焊接成吸熱板。這是目前國(guó)內(nèi)外使用比較普遍的吸熱板結(jié)構(gòu)類型。

(2)翼管式。翼管式吸熱板是利用模子擠壓拉伸工藝制成金屬管兩側(cè)連有翼片的吸熱條帶(如圖2b)，然后再與上下集管焊接成吸熱板。吸熱板材料一般采用鋁合金。翼管式吸熱板的優(yōu)點(diǎn)：熱效率高，管子和平板是一體，無(wú)結(jié)合熱阻;耐壓能力強(qiáng)，鋁合金管可以承受較高的壓力。缺點(diǎn)：水質(zhì)不易保證，鋁合金會(huì)被腐蝕;材料用量大，工藝要求管壁和翼片都有較大的厚度;動(dòng)態(tài)特性差，吸熱板有較大的熱容量。

(3)扁盒式。扁盒式吸熱板是將兩塊金屬板分別模壓成型，然后再焊接成一體構(gòu)成吸熱板(如圖2c)，吸熱板材料可采用不銹鋼、鋁合金、鍍鋅鋼等。通常，流體通道之間采用點(diǎn)焊工藝，吸熱板四周采用滾焊工藝。扁盒式吸熱板的優(yōu)點(diǎn)：熱效率高，管子和平板是一體，無(wú)結(jié)合熱阻;不需要焊接集管，流體通道和集管采用一次模壓成型。缺點(diǎn)：焊接工藝難度大，容易出現(xiàn)焊接穿透或者焊接不牢的問(wèn)題;耐壓能力差，焊點(diǎn)不能承受較高的壓力;動(dòng)態(tài)特性差，流體通道的橫截面大，吸熱板有較大的熱容量;有時(shí)水質(zhì)不易保證，鋁合金和鍍鋅鋼都會(huì)被腐蝕。
 
(4)蛇管式。蛇管式吸熱板是將金屬管彎曲成蛇形(如圖2d)，然后再與平板焊接構(gòu)成吸熱板。這種結(jié)構(gòu)類型在國(guó)外使用較多。吸熱板材料一般采用銅，焊接工藝可采用高頻焊接或超聲焊接。蛇管式吸熱板的優(yōu)點(diǎn)：不需要另外焊接集管，減少泄漏的可能性;熱效率高，無(wú)結(jié)合熱阻;水質(zhì)清潔，銅管不會(huì)被腐蝕;保證質(zhì)量，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化;耐壓能力強(qiáng)，銅管可以承受較高的壓力。缺點(diǎn)：流動(dòng)阻力大，流體通道不是并聯(lián)而是串聯(lián);焊接難度大，焊縫不是直線而是曲線。
 
2.吸熱板上的涂層

為了使吸熱板可以最大限度地吸收太陽(yáng)輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能，在吸熱板上應(yīng)覆蓋有深色的涂層，這稱為太陽(yáng)能吸收涂層。

太陽(yáng)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。非選擇性吸收涂層是指其光學(xué)特性與輻射波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的吸收涂層；選擇性吸收涂層則是指其光學(xué)特性隨輻射波長(zhǎng)不同有顯著變化的吸收涂層。


嘉普通太陽(yáng)能新推出的寬幅太陽(yáng)能吸熱涂層不僅性能好，性價(jià)比之高也將遠(yuǎn)在其他寬幅涂層之上，價(jià)格約為同性能進(jìn)口藍(lán)膜的1/3、國(guó)產(chǎn)黑鉻的2/3，經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)值突出。


3.吸熱板所用材料

(1)集管和支管采用TP2銅TP2銅磷脫氧銅是熔解高純度的原材料，把熔化銅中產(chǎn)生的氧氣用親氧性的磷(P)脫氧，使其氧含量降低到100PPm以下，從而提高其延展性、耐蝕性、熱傳導(dǎo)性、焊接性、抽拉加工性，在高溫中也不發(fā)生氫脆現(xiàn)象。

(2)條帶(整板)采用銅或鋁TU1無(wú)氧紫銅標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5231-2001)
特性及適用范圍：氧的含量極低，純度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性極好，延展性極好，透氣率低，無(wú)“氫病”或極少“氫病”;加工性能和焊接、耐蝕耐寒性均好。


二
透明蓋板


透明蓋板是平板型集熱器中覆蓋吸熱板、并由透明(或半透明)材料組成的板狀部件。它的功能主要有3個(gè)：一是透過(guò)太陽(yáng)輻射，使其投射在吸熱板上;二是保護(hù)吸熱板，使其不受灰塵及雨雪的侵蝕;三是形成溫室效應(yīng)，阻止吸熱板在溫度升高后通過(guò)對(duì)流和輻射向周圍環(huán)境散熱。

1.透明蓋板的材料

用于透明蓋板的材料主要有兩大類：平板玻璃和玻璃鋼板。兩者相比，目前國(guó)內(nèi)外使用更廣泛的還是平板玻璃。

(1)平板玻璃。平板玻璃具有紅外透射比低、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐候性能好等特點(diǎn)，在這些方面無(wú)疑是可以很好地滿足太陽(yáng)能集熱器透明蓋板的要求。然而，對(duì)于平板玻璃來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)透射比和沖擊強(qiáng)度是兩個(gè)需要重視的問(wèn)題。

目前常用的透明蓋板材料是厚度為3~5mm的平板玻璃，超白低鐵鋼化玻璃或超白低鐵布紋鋼化玻璃，透過(guò)率高，能夠抗冰雹，抗擊打，安全可靠。常用玻璃厚度為3.2mm和4.0mm兩種。
 
超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃，也稱低鐵玻璃、高透明玻璃。它是一種高品質(zhì)、多功能的新型高檔玻璃品種，透光率可達(dá)91.5%以上，具有晶瑩剔透、高檔典雅的特性，有玻璃家族“水晶王子”之稱。超白玻璃同時(shí)具備優(yōu)質(zhì)浮法玻璃所具有的一切可加工性能，具有優(yōu)越的物理、機(jī)械及光學(xué)性能，可像其他優(yōu)質(zhì)浮法玻璃一樣進(jìn)行各種深加工。
 
2.透明蓋板的層數(shù)及間距

透明蓋板的層數(shù)取決于太陽(yáng)能集熱器的工作溫度及使用地區(qū)的氣候條件。絕大多數(shù)情況下，都采用單層透明蓋板;當(dāng)太陽(yáng)能集熱器的工作溫度較高或者在氣溫較低的地區(qū)使用，譬如在我國(guó)南方進(jìn)行太陽(yáng)能空調(diào)或者在我國(guó)北方進(jìn)行太陽(yáng)能采暖，宜采用雙層透明蓋板;一般情況下，很少采用3層或3層以上透明蓋板，因?yàn)殡S著層數(shù)增多，雖然可以進(jìn)一步減少集熱器的對(duì)流和輻射熱損失，但同時(shí)會(huì)大幅度降低實(shí)際有效的太陽(yáng)透射比。

對(duì)于透明蓋板與吸熱板之間的距離，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)提出過(guò)各種不同的數(shù)值，有的還根據(jù)平板夾層內(nèi)空氣自然對(duì)流換熱機(jī)理提出了最佳間距。但有一點(diǎn)結(jié)論是共同的，即透明蓋板與吸熱板之間的距離應(yīng)大于20mm。


三
隔熱層


隔熱層是集熱器中抑制吸熱板通過(guò)傳導(dǎo)向周圍環(huán)境散熱的部件。

1.隔熱層的材料

用于隔熱層的材料有：巖棉、玻璃棉、聚氨酯、聚苯乙烯等。目前使用較多的是玻璃棉。雖然聚苯乙烯的導(dǎo)熱系數(shù)很小，但在溫度高于70℃時(shí)就會(huì)變形收縮，影響它在集熱器中的隔熱效果。在實(shí)際使用時(shí)，往往需要在底部隔熱層與吸熱板之間放置一層薄薄的玻璃棉或巖棉，在四周隔熱層的表面貼一層薄的鍍鋁聚酯薄膜，使隔熱層在較低的溫度條件下工作。即便如此，時(shí)間長(zhǎng)久后，仍會(huì)有一定的收縮，所以使用聚苯乙烯時(shí)，應(yīng)給予足夠的重視。

玻璃棉是將熔融玻璃纖維化，形成棉狀的材料，化學(xué)成分屬玻璃類，是一種無(wú)機(jī)質(zhì)纖維，具有成型好、體積密度小、熱導(dǎo)率低、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐飾、化學(xué)性能穩(wěn)定。

2.隔熱層的厚度
 
隔熱層的厚度應(yīng)根據(jù)選用的材料種類、集熱器的工作溫度、使用地區(qū)的氣候條件等因素來(lái)確定。應(yīng)當(dāng)遵循這樣一條原則：材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大、集熱器的工作溫度越高、使用地區(qū)的氣溫越低則隔熱層的厚度就要求越大。一般來(lái)說(shuō)，底部隔熱層的厚度選用30~50mm，側(cè)面隔熱層的厚度與之大致相同。
 

四
外殼


外殼是集熱器中保護(hù)及固定吸熱板、透明蓋板和隔熱層的部件。

1.外殼的技術(shù)要求

根據(jù)外殼的功能，要求外殼有一定的強(qiáng)度和剛度，有較好的密封性及耐腐蝕性，而且有美觀的外形。

2.外殼的材料

用于外殼的材料有鋁合金、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(chǎn)品已采用碳鋼板一次模壓成型工藝。目前平板集熱器外殼(邊框)應(yīng)用最多的材料是鋁合金和碳鋼板一次模壓成型。