平板太阳能与建筑结合的优点透析
来源：太阳能联盟网
目前，我国太阳能产业可谓“百花齐放”蓬勃发展，其中“平板太阳能”，在系统设计、制造安装方面处于国内领先地位，其有着与建筑结合一体化施工的优势，运用于节能建筑和既有建筑改造，颇受用户青睐，令业界刮目相看。但是太阳能热水器产业要进一步发展，根本出路在于与建筑结合。现阶段太阳能热水器还没能在城乡住宅、宾馆、饭店、工程建设中被广泛应用，主要原因是其产品本身的技术问题。要使太阳能热水器更好地与建筑结合，必须彻底解决其本身的不足。平板太阳能热水器在这方面进行了长期探索，取得了一些成功的经验。
对于平板太阳能的现状与发展。目前，世界发达国家在供热工程上对平板太阳能集热器的应用已占太阳能集热器的90%，而在我国对平板太阳能的应用仅占20%左右，还具有很大的发展空间。为促进平板太阳能的发展，九阳实业公司总经理杨德山表示：“这些年一直致力于技术创新，已在建筑结构型太阳能集热板、双回路水介质太阳能热水装置、新型双能源热水系统装置、双向单流阀、别墅型双能源热水器、一体化电蓄热池、多排并联管路流量分配限流阀、太阳能热水管接头等8项产品上取得专利技术。”
前些年，我国平板太阳能的发展相对滞后，有着种种原因，其中也包括平板太阳能集热器应用中遇到的技术难点。应当说，平板太阳能集热器与其它太阳能集热器产品相比，具有整体性好，寿命长，故障少，安全隐患、成本造价低等优点，然而在冬季防冻问题上却难以解决。尽管这在世界发达国家已采用防冻液介质换热方案来解决问题，然而其采用大量的防冻液花费较高，却不符合中国的国情。那么，我们如何从技术上来解决这一问题呢？九阳公司采取了逆向思维，即不是采用防冻液的“灌入”来“保温”，而是采取将“排空”技术来“防冻”。杨德山从1994年就开始钻研这一技术，做了无数次试验，到2000年，终于采用排空防冻技术解决了平板太阳能集热器系统冬季不能使用的缺憾，并在几百个工程应用中达到了十分理想的效果。
平板全天候太阳热水系统的优点
1.产水量大。现有太阳能热水器主要有真空管和平板两大系统产品，经长期测试结果显示，全年总产水量平板全天候太阳能热水器比真空管系统多产水10～20％。
2.全天候提供热水。采用太阳能源和常规能源完美结合，可在任何天气条件下24小时为用户提供热水。另外，由于是集中供应热水，从而避免了分户安装热水器的局限性，使之更加节约能源和费用。
3.自动运行，无人值守。采用高智能化电脑控制技术，使水位、水温、能源转换等功能全部自动化完成，无须专人值守，并可实现远程监控，从而使用户更加方便、放心。
采用了排空防冻技术，彻底解决了各种低温条件的设备和系统的防冻难题，使之不会发生冻损现象。采用了太阳能源与常规能源分别独立运行等技术，实现了最优先、最全面地使用太阳能源、最少使用常规能源的理想，进而达到了最大限度节能运行。九阳专利技术“平板全天候太阳能热水系统”的问世无疑为太阳能更好地与建筑结合开辟了道路。
平板太阳能热水系统与建筑结合的几个问题
1.集热器摆放和占用面积：平板型集热板产品单板为2平方米，自重42千克，容水量2．4千克。每块板之总占地面积为3.8平方米。
2.集热板与楼顶联接方式：对于平顶楼房可考虑按金属（角钢）支架或砼梁支承集热板；对坡顶楼房则应考虑两种情况：楼顶坡度近似42度或二者有较大差值，对后者尚应设计特种支架，对建筑本体均应设计出预置的联接结构。
3.保温储水罐：无论卧式圆罐或卧式矩形罐，由于其应有足够的储水量，故均有大的容积与外形，安装时必须考虑其足够的承重条件和装卸条件，以确保其安全工作和必要的维修要求。
4.电热水箱：其安装位置应不高于补水箱底部，且应与保温储水罐有较近的位置。
5.补水箱：安装位置不高于保温储水罐底部，但应高于电热水箱。有一定容积（约1立方米），应有适当承重条件，并有防冻的环境。
6.水泵：应装于补水箱附近，并应考虑环境要求，保证不会冻损，必要的防震以消除噪音。
7.管路：在于通至各用户的管路，应在建筑上有由保温储水罐通至浴室之预留孔。
平板集热器与建筑物的结合与固定（防风）分平屋顶与斜屋顶，应在建筑设计时一并考虑，并应考虑施工时对防水的影响。考虑热水储水箱安放位置时，应同时考虑用户管线布置及热水供应方式和保证用户随时有热水使用（主管线路水温不能过低）。集热板系统及储水管设备安装后的检修应方便，并不影响建筑物的美观和整体结构。在相关辅机、配件、材料的设计和选择上在注重质量寿命的同时还应考虑到标准化和标准件通用性的问题。
产品简介
太阳集热器顾名思义是一种集热装置，其不能单独使用，但可根据需要拼装组合成不同采光面积的集热系统。它的主要用途是用来收集热量，然后再与其它装置进行热交换。集热器是主要的集热部件，其作用就是吸收太阳光的辐射并进行光热转换，从而达到加热的目的。目前主要有平板型、全玻璃真空管、真空热管三种太阳能集热器，各种太阳能集热器各有优缺点，分别使用于不同的地区、不同的用途，性能价格比也不同。
我公司生产的集热器主要有三种：全玻璃真空管太阳集热器、超导热管式太阳集热器、金属热管式太阳集热器、平板型集热器。
一、全玻璃真空管太阳能集热器：太阳能全玻璃真空集热管因其保温性能好、涂层太阳吸收比大、发射比小、热效率高等优点得到广泛使用，主要由真空管、集联箱、尾架、密封件等组成，主要有单面竖管和非字形两种形式。但也有缺点有待解决：如全玻璃真空集热管口部与联集箱内胆之孔用密封圈直接连接，致使真空集热管耐冷热冲击性能较差，若真空集热管破碎一支，会严重漏水，其次真空管内的高温水易结水垢，影响性能。
特点：
1、全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-20℃的地区使用。
2、不承压，使用时不能缺水空晒，否则易爆裂玻璃管。
3、规格：有多种规格可供选择，无云晴天产55℃热水量：70－130kg／平方米。
4、高吸收率：αs≥90％，低发射率：εh≤8％，日平均热效率ηd≥50％。
二、超导热管式太阳集热器：超导热管式真空管以其独到的结构原理和性能，真空管内无水，遇有真空管破裂，集热器可照常使用，得到了市场的认可并接受，但经过近些年来的实际使用，也出现了新的问题，由于其管内的吸热面与和管外冷凝头的散热面的比例是100：2，所以冷凝头温度很高，该温度若不及时带走则影响其热效率，再则温度过高在水中特容易结水垢，最终又使热效率下降。
特点：
1、真空热管太阳能集热器有很强的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-40℃的地区使用。
2、可承压，耐空晒，不易爆管。
3、热容量小，启动快，可用于产高温热水、开水。
4、规格：有多种规格可供选择，无云晴天产55℃热水量：70－130kg／平方米。
5、高吸收率：αs≥90％，低发射率：εh≤8％，日平均热效率ηd≥50％。
FORMAL分体热管式集热器具有以下优点：
热效率高、全年使用：先进的热管传热方式，优良的太阳选择性吸收涂层及高真空保温状态使集热系统的日平均热效率（即使在我国北方的冬季）达到50％以上。采用新技术、承压力强：TJ套管与水槽采用焊接连成一体，产品试验压力达11kg／CM2，解决了同类产品结垢效率下降及流量小，不稳定的缺点。克服了目前真空管爆管、密封及金属热管玻璃与金属封接问题。
安装、维修方便：集热器为单元结构，便于搬运安装。当系统中某根真空管需要维修时，可在不妨碍系统运行的情况下更换。
抗冻、抗冰雹冲击：高性能的热管传热方式使系统在-30度的气温条件下仍能正常运行，并具有抗直径25mm以下冰雹冲击的能力。
适合工程安装：由于采用水箱与集热器的分体形状，使之与房屋配套更合适，尤其更适合大型工程的采用，亦是"绿色""节能"住宅小区配套的首选产品。
产品性能：日照强度850W／CM2时，每平方米可产生1750-1800大卡热量，其热效率＞50％。
三、平板式集热器：结构为每块集热板上涂有选择性涂层，集热板为热导体金属，中间是水密封装置，此系统结构只有在0℃以上的气温下运行。
特点：
1、平板型太阳能集热器是金属管板式结构，热效率高，产热水量大，可承压，耐空晒，水在铜管内加热，质量稳定可靠，免维护，15年寿命。
2、无抗冻能力，适合于南方不冰冻的地区如广东、福建、云南、广西、海南等冬天不结冰地区使用，性价比高。
3、规格：1×2平方米，无云晴天产55℃热水量：75－140kg／平方米。
4、高吸收率：αs≥92％，低发射率：εh≤10％，日平均热效率ηd≥55％。
平板太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。平板型太阳能集热器是太阳能集热器中的一种类型。是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。在加接循环管道，保温水箱后，即成为能吸收太阳辐射热，使水温升高。
1、特点：
平板型太阳能集热器结构简单，运行可靠，成本低廉，热流密度较低，即工质的温度也较低，安全可靠，与真空管太阳能集热器相比，它具有承压能力强，吸热面积大等特点，是太阳能与建筑一体结合最佳选择的集热器类型之一（真空管在北方天气较冷地区装置为宜，广东基本采用平板型集热器。）。
2、应用范围：
如企业事业单位、工厂、院校、宾馆酒店、医院、社区、游泳池（包括机关等集体单位和家庭），应该说：凡需用热水温度小于100℃的领域内，原则上都可以用平板型集热器作为热源。
二、平板型太阳能集热器的构造：
平板型集热器的工作过程是阳光透过玻璃盖板照射在表面有涂层的吸热板上，
吸热板吸收太阳能辐射能量后温度升高。
①要求：
有一定的承压能力，与水的相容性良好，热工性能良好，即吸热板吸收太
阳辐射量后转变成的热量能很快传递给水。一般广东地区使用的平板型太
阳能尺寸为1×2米（也可定向设计），每平方米采光面积可产能45—65℃
的热水约100公斤左右。
②盖板：
阳光与吸热板之间的辐射传热板上表面需有透明盖板，使之进去的能量大于散失的能量而提高温升。一般采用高强耐热透明玻璃和普通平板玻璃。盖板层数由使用地区的气象条件和工作温度而定，但从防尘、防水角度考虑，一般仍需要用单层盖板。盖板与吸热板之间的距离一般为2.5厘米左右。
③保温层：
减少集热器向四周环境的散热，以提高集热器的热效率。常用的保温材料一般采用：岩棉、矿棉、聚苯乙烯、聚氨脂等，底部保温层一般3—5厘米厚，四周保温层的厚度为底部的一半。（当然在平板太阳能中央热水系统工程方面，保温水箱、管网均需采用保温材料，做好保温，以确保热量不易散热。）
④吸热板（简称板芯）：
平板型太阳能集热器一般采用铜铝复合和全铜的材质，目前广东地区大部分采用铜铝复合太阳能集热板。这种集热板是由铜铝复合吸热翼片与铜质集热管连接而成的，这种吸热翼片的特点在于由两面铝板中间夹着铜管，通过压辗复合工艺，使铝铜和铝铝之间紧密结合（基本上达到冶金结合），其截面如图2所示：
上图为吸热翼片与中间工质通道接触紧密，传热的热阻小，因而具有很高的肋片效率，此外，这种吸热翼片的通道内壁为铜质，因而有耐腐蚀、寿命长等优点。
⑤涂层：
在吸热面板上涂有选择性或非选择性涂层，这种涂层既可使吸热面板吸收更多的太阳能辐射，又可减少吸热板向环境的辐射散热损失。
涂层在吸热方面特别重要，目前一般采用黑铬涂层。
⑥壳体：
一般采用铝合金、钢材等，组成一个整体并保持有一定的刚度和强度便于安装。
⑦支架：
一般采用热镀锌、铝合金、不锈钢等材质，加工成品，焊接于钢
结构棚架上。
2、平板太阳能集热器的基本工作原理：
平板太阳能集热器的基本工作原理十分简单。概括地说，阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。这样，从集热器底部入口的冷工质，在流体通道中被太阳能所加热，温度逐渐升高，加热后的热工质，带着有用的热能从集热器的上端出口，蓄入贮水箱中待用，即为有用能量收益。与此同时，由于吸热体温度升高，通过透明盖板和外壳向环境散失热量，构成平板太阳集热器的各种热损失。这就是平板太阳集热器的基本工作过程。
三、平板型太阳能中央热水系统工程的应用：
太阳能热水系统由集热器、储热水箱、循环管道及辅助装置等组成。
集热器是太阳能热水系统中的关键部件，其性能优劣直接影响到太阳能热水系统的性能，但系统的合理选择及设计，对充分地利用集热器所收集的太阳能也起决定性的作用。设计系统一般应考虑以下因素：
集热器类型、热负荷特性、采光面积、大小与储热水箱容积的配比，管道大小、场地安装条件、当地水压、供电情况、管道水平等等。
四、太阳能的发展趋势：
1、太阳能的价值意义：
由于常规能源的大力开发利用，造成世界范围内的环境污染日趋严重。世界上很多国家已经认识到，太阳能作为可再生能源，在持久使用环境资源为人类造福方面将起到十分巨大的作用。有着丰富太阳能资源的中国，已于2006年1月1日起正式实施《可再生能源法》，同时，国家“十一五”规划纲要也已把可再生资源的发展作为一项重要任务，因此太阳能热器本身具有巨大的潜在的推广应用价值。
2、平板型太阳能在建筑中的应用：
平板太阳能发展至今天，技术上已日趋成熟。世界各国都力图将太阳能与建筑密切结合，录求外形美观、布局合理、管理规范的太阳能与建筑一体化的设计。如：世界上使用太阳能热水器最普及的国家——以色列，平板太阳能与建筑一体完美结合的设计就占90%以上的市场份额。同时，实践证明，广东的气候更适合采用平板太阳能，并能与建筑一体完美结合。
综上所述，太阳能（特别是平板型）具有潜在的发展前景，人类将走向太阳能时代！
平板型太阳能集热器适用场所
*热效率高，维修极少，主要用于南方地区。
*工厂、学校、酒店、医院、机关、部队等各类企事业单位热水。
*别墅沐浴及生活用热水。
*工业生产用热水及中央供暖场所。
