对平板太阳能集热器技术发展路线的思考
来源：高元运
0引言
平板太阳能集热器（以下简称平板）接收太阳辐射最多、技术最成熟、成本最低廉和不需跟踪的特点适应了太阳能分散性强、能流密度低和不稳定的不足，是太阳能热利用解决人类最大量的低中温热能消耗的最有效的器件，其坚固可靠的板状结构又特别便于与建筑形体结合，这使其成为太阳能热利用赖以支撑的技术和硬件。
而在国家已明确将太阳能热利用纳入“十三五”发展规划的前提下，8亿平方米保有量的目标给行业提供了绝佳机遇，但面对行业存在的”创新驱动“乏力，技术发展停滞不前，特别是平板低价竞争，质量寿命不保的局面下，我们是否有能力迎接这个前所未有的严峻挑战，去完成国家在节能减排上赋予我们的重任，这是摆在行业同仁面前不可回避的使命，所以共同思考平板技术发展路线，先谋后战，夯实太阳能热利用的技术和产业基础，就是一个刻不容缓的课题。
1平板太阳能集热器问题的剖析
1.1 平板的水雾现象
平板是太阳能热利用上最卓有成效的产品，特别是在发达国家，其热工理论和产品评价方法趋于完善，其产品构成材料、在抗内部的高温高压影响和吸热板结构上都有极大进步，其应用份额高达90%。但抗雨水渗透还存在不足，作为集热器的围护腔体还不同程度的存在渗水，吸潮和排湿不好等情况。
一个最普遍最直观的表象和体验就是水雾，见以下图1、图2和图3 。
图1 泪流满面的水珠
图2 雾满平板
图3 这个阵列的集热器片片水雾，一个都没放过。
平板水雾让人尴尬，挥之不去，或去而复归，觉着很无奈。那么水雾是什么？为什么会有水雾？怎么去除水雾？由表及里，追根索源，这涉及平板的一个根本性的问题。
在居室窗户上，人们经常能见到水雾，这是室内水汽遇到冰冷的玻璃凝结为水珠后的结果，从机理上讲是玻璃温度低于水汽分压所对应的饱和温度（称之露点温度）时出现的凝结现象（结露），所以寒冷天气或者早晚最为多见。其原因都是房间空气里有水分。湿度大水分多，湿度小水分少，当气温18℃，相对湿度40%时，含湿量（d）为5g/kg(干空气)，而相对湿度80%时，含湿量为11g/kg(干空气)，可见含湿量增加了1倍。
平板有水雾也是一样的道理，平板腔体内的水分 是哪里来的呢？它是封装时，含有水分的空气，更多的是含有平衡水分的保温材料，如玻纤棉，这些称之为残余水分的水带进来的。
这里解释一下平衡水分(干基X)，它是材料与一定状态下的空气相接触所能达到的极限含水量，举个毛织物为例，相对湿度40%时，平衡水分(X)是11Kg/100kg(绝干物料)，而相对湿度80%时。平衡水分(X)是20，也是差不多增加了1倍。
按一片2000×1000×90的工程机粗略计算，大概相对湿度40%时，空气带进1g水，保温材料带进4g水,总计5g水.相对湿度80%时，这个量就是10g了。在太阳照射我时，我实际上就是个温室型辐射干燥器，我腔体内的空气状态变了，平衡水分值会降低，高于此值的水分就会释放出来，成为过热水汽，这时是看不到的，这些水汽也会有一些从不密闭的缝隙中排除，剩下的在无日照后，玻璃冷却下来，到了露点，就显露出来，你就看见了。
1.2 平板水雾的实质
水雾是人们对平板好坏的最直接印象，也是平板最令人头痛的事情，纠缠不休，看着、水雾，却又无能为力，有些排气管、排水管之类的做法却不能从根本上解决问题，只能让它任性了，当有日照，水雾化去，人们又会庆幸这一切好像又没问题。
其实，水雾只是一个表象，它的存在的实质是说明平板的腔体内有水，不会因由日照蒸发看不着了而不存在。
那么这些水分是怎么来的呢？分析起来有三个来源：
1）残余水分：集热腔体内的材料（特别是绝热材料）因与环境湿度平衡后所吸收的平衡水分在其被封装时带入腔体以内，在潮湿地区（如中国的两广和江浙）此种残余水分就会更多，而在干燥地区（如中国的西北和内蒙）相对就会好一些；
2）渗入水分：因集热腔体的不密闭而由外部渗入的水分，如雨水，特别是狂风暴雨的时候。
3）返潮水分：在潮湿环境下（如潮湿地区或雨季）因内外湿度差（外部湿度大，内部湿度小）形成的内部材料吸湿而产生的水分增加，实际也是为平衡湿度而形成的平衡水分。
图3 平板阵列位于甘肃河西的金川，里面的片片平板都是大面积水雾，可谓触目惊心。这些平板是从南方买来的，残余的平衡水分自然高些，也是情有可原，可想而知的，归根结底，终究都是水分惹的祸。
1.3 平板水分的危害
1）腔体里的水蒸发后在平板的透明盖层（玻璃）上凝结为水雾，透过率会受影响，我接受到的太阳辐射能量就会削弱.也加大了顶部空气夹层的对流热损失。
2）绝热受潮：绝热材料多为多孔物质，容易吸湿。水的导热系数为空气的25倍，冰的导热系数更大。材料吸湿后湿分占据了原被空气充满的部分气孔空间，引起其有效导热系数明显升高。研究表明，导热系数为0.03W/M K的绝热材料，吸取1%的水分后导热系数增加25%，以后并按倍数增加。
3）吸收表面衰退：专业的研究实验都认为吸收表面在盐雾实验中会产生程度不同的腐蚀，不同吸收表面的耐盐雾试验的能力也有差别，有试验介绍高质量的黑铬涂层能耐到120小时，而辐射特性特别好的蓝钛涂层甚至只有6个小时；作为非专业的用户也有自已直接使用的观察和经验，有企业的蓝膜阳台集热器在内蒙库存一个冬季后，即发现吸收表面出现白斑。这里摘贴几个代表性图片，如图4。
a）蓝钛膜24h盐雾后的腐蚀 b）阳极氧化膜24h盐雾后的腐蚀
图4 吸热膜的 腐蚀
1.4 平板水分产生的内因分析
水雾现象及其带来的问题是严重的，连bluetech 都退出中国市场，但这个表象和问题的根源是什么呢？逻辑的说是外因和内因叠加的结果，外因是环境的阴晴雨雪，狂风暴雨，温湿度的高低变化，大气中有害物质(特别是PN2.5)和细尘的侵袭，使平板腔体内部在不同程度上成为了酸碱盐雾 ，电解质弥漫的小天下；而内因，就不能怨天尤人了，得从平板集热器自身的结构和材料去找。由于这一问题使平板行业普遍感到烦扰和头疼，所以不少有识之士，有心之人在分析，探索，寻求对策。有代表性的就是青岛海尔热水器有限公司的孙京岩等所作的《对平板型太阳集热器内部水雾问题分析研究》。他们认为平板是太阳能领域的主导产品，但水雾的出现，严重影响了平板的热性能和寿命。为此对平板构成器件和材料进行逐一分解分析，通过潜在失效模式影响分析判定，根据风险顺序书排列，给出了产生水雾的主要因素。这就是保温材料含水吸湿过大、产品密闭不严和排气效果差等三个方面，他们作了大量的对比试验，得出了详实的数据，。虽然有些遗憾的是，在这篇文章里没最后提出彻底的技术解决方案，差在最后一公里，但找出问题，确认了内因就是平板的密闭和呼吸不良，就是成功了一半。
高元运 2015.7.16于武汉
（下期内容预告：
2 平板在可再生能源中的地位和作用
3 平板太阳能集热器应用方向、问题和前景）
