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真空镀膜平板太阳能集热器的应用前景

发布时间:2018-10-09 点击量:2127

  1概述

  在国际社会将 CO2、 2 排放量的大小与国家 SO

  源是发展的必然趋势。使用太阳能集热器是目前解 决我国能源与环境问题的一个积极有效的辅助手 段,平板太阳能集热器更容易与建筑有机结合起 来, 呈现良好上升趋势, 具有良好的市场前景。

  负责任形象直接相提并论的今天, 节能减排已经是 关系到国家经济、 生存环境是否可持续发展的大问 题。发达国家的集热能量使用数据显示, 年平均集 热用水使用能量所消耗的电力, 占国家年度总电力 消耗的 1/4; 加之世界原生能源材料的日趋减少, 因 此, 使用高效、 环保、 可替代煤炭、 石油等传统原生 能源材料来获取使用能量的技术, 是目前亟待解决 的问题。太阳能集热技术是将太阳辐射能通过集热 器表面膜层吸收后, 直接转化为热能来加热其它使 用介质。因其具有能量获取、 使用的直接性, 和使用 过程无二次环境污染的环保性, 所以是未来集热用 能源技术发展的主要方向,并被确定在未来 10 年 左右的时间内将得到普遍应用。太阳能将成为未来 世界能源舞台的主角, 逐步补充和最终替代传统能

  2平板太阳能集热器的结构与工作原理

  现有真空管式太阳能集热器最根本的问题 是真空管不能做为建筑板块整体结构与建筑相 结合; 此, 外一些发达国家一体化。平板太阳能集热器已被广泛应用于生 活用水加热、 游泳池加热、 工业用水加热、 建筑物 采暖与空调等诸多领域。 2.1 平板太阳能集热器的结构 平板太阳集热器一般由集热板芯、 盖板、 保 温层和外壳四部分组成。集热板芯采用铜铝复合和全铜的材质; 铜铝 复合集热板芯由铜铝复合吸热翼片与铜质集热 管连接而成的, 这种翼片的特点在于有两面铝板 中间夹着铜管 (排 管) 通 过 压 碾 复 合 工 艺 , 铜 , 使 铝和铜铜之间紧密结合; 而全铜集热板芯由铜箔 集热板与布设在集热板反面的铜质流体介质管 (排管) 通过超声波焊接组成。 通过集热板芯上下 两端的集管横向连接若干根排管构成流体通道 。 四周采用咬缝工艺连接在一起, 制成平板金属吸 热体, 部用镀锌板和保温棉垫底, 部用玻璃 底 上 板盖住, 四周用橡胶条密封。

  性吸收材料的研究工作已有近三十年的历史了。涂 层的制备工艺经历了从简单喷涂到选择性的硫化 铅、 金属氧化处理; 从化学溶液镀膜法到真空磁控 溅射镀膜法的更新换代过程。化学溶液镀膜法是指 在溶液中利用化学反应或电化学原理在基底材料 表面上沉积成膜的一种方法, 它包括各种化学反应 沉积、 阳极氧化、 电镀等。采用化学溶液镀膜法制备 的光谱选择性吸收涂层目前有铝条带上阳极化着 色和铜条带上黑铬选择性涂层。但和真空镀膜相 比, 其工艺复杂、 手工操作多, 工艺设计或生产控制 不当, 废液的处理容易造成一定程度的环境污染。 目前国外公司采用电子束蒸发的方法将钛和 石英在电子射线枪的作用下被汽化, 汽化物在加入 氮和氧后发生化学反应生成氮氧化钛, 最后在金属 (铜) 带上沉积冷凝而成涂层。生产的钛系列 TiNOx 高选择性钛镀层, 该连续化生产线投资较大, 涂层 生产成本较高。由于这种集热涂层主要生产在铜 基体条带上,制造平板集热器板芯时需要对条带 进行切割;同时还要在每个翼片的背面通过超声 波焊接排管, 一方面在焊接过程中破坏膜层表面, 另一方面在整个板芯组焊过程中容易造成膜层的 二次污染, 影响集热板芯的集热效率。 针对平板式涂层制备技术的不足, 我们采用真空 磁控溅射技术、等离子监控技术和离子表面活化技 术, 开发了在光亮的铜基片或者铜铝复合基片上沉积 高反射率的金属铝作为底层的基膜, 然后在基膜的基 础上采用反应溅射沉积两层不同成分和金属含量的 铝氮复合膜作为吸收层,最后是反应沉积 AlN 和中 频溅射 SiO2 介质增透、保护层的光谱选择性吸收薄 膜设备与工艺。产品经国家太阳能热水器质量监督 检验中心检测: 涂层的吸收率 αs≥0.92~0.94, 红外 发射率 ε≤0.08~0.1;其涂层附着力和耐候性能良 膜层理 好, 可在大气环境下直接使用。制造成本低, 化性能好, 无污染, 非常适合大批量工业化生产。这 使我国平板集热器的集热涂层生产环保化、 使光热 转换效率与国际高端产品处于同类水平。 以提高集热膜层在大气中使用的耐候性能及集 热性能为目的的膜层、 膜系研究, 是当前太阳能集热 器光谱选择性吸收膜层研究、生产和发展的主要方 向。随着我国对环境污染治理的深化, 国家原则上已 不审批新的化学溶液镀膜生产线。因此, 可以说用磁 控溅射方法制备选择性吸收涂层是目前国内外平板 最有发展、 最环保的方法。 集热器制备工艺中最先进、

  1.透明盖层 2. 隔 热 材 料 (保 温 层) 3. 集 热 板 芯 4. 排 管 5. 外 壳 6.散射太阳辐射 7.直射太阳辐射 8.集管 图1 Fig.1 平板型太阳能集热器的基本结构 Schematic of flat plate solar collector

  2.2 平板太阳能集热器的工作原理 阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的 吸热体 (集热板芯)上, 其中大部分太阳辐射能为 吸收体所吸收, 转变为热能, 并传向排管通道中的 工质。这样, 从集热器底部集管入口的冷工质, 在 排管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集 管出口, 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。盖板则起允许可见光线透 过, 而红外热射线不能透过的作用, 使工质能带走 更多的热量而提高太阳集热器的热效率。 太阳能集热板芯是平板太阳能集热器的核 心 部 件 , 它 的 选 择 性 吸 收 性 能 (αs—吸 收 率 , ε—发射率) 决定平板太阳能热水器的热效率。海南太阳能,海南太阳能施工,海南太阳能方案设计,海南热泵工程,海南中央热水器,海南新能源,海南太阳能维修

  3目前平板集热器板芯选择性吸收涂层 的制备方法

  随着太阳能光热利用技术的发展, 我国对选择

  4平板太阳能集热器的应用前景

  随着新能源的推广和普及, 以及科技的进步和发展,太阳能利用与建筑一体化对太阳热水器 技术要求越来越高, 场需求越来越迫切, 空 市 真 管太阳能已经逐渐无法解决其在建筑应用中遇 到的所有技术和质量难题; 这为平板太阳能集热 器的发展带来了新的机遇。

  4.1 平板太阳能集热器的结构和技术优势 平板集热器具有承压性、 循环系统、 于 双 易 与建筑结合、 提供更多的生活热水等自身的技术 因此, 在太阳能系统工程、 分体式太阳能热 优势。 水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所, 平 板集热器比全玻璃真空管集热器在系统结构 、 寿 命、 维护与建筑结合等方面具有明显优势。比如 2008 年北京奥运会工程之一 “奥运村” 采用的就 , 是平板太阳能集热器。 采用磁控溅射制备光谱选择性吸收涂层, 可 以克服其他制备工艺的缺点, 提高光热转换效率 和涂层的使用寿命, 同时磁控溅射工艺具有沉积 速度快、 膜层均匀、 致密, 便于大面积沉积和工艺 环保等特点, 有利于集热板芯真空镀膜大批量工 业化生产, 一步减低成本, 高产品的稳定性 进 提 和一致性。从测试结果可以看出, 高效平板集热 器太阳能热水系统的产水量要高于同等面积的 真空管集热器系统。 平板集热器太阳能系统一般采用回流排空 技术, 冻技术, 北方地区可方便地解决集热 防 在 器过冬防冻问题, 集热器冻坏的后顾之忧, 无 并 且可以解决夏季 (或 热 水 负 荷 不 匹 配 时)系 统 过 热问题, 这一特点对太阳能采暖系统非常有利 。

  4.2 国家的扶持政策2008年国家出台了太阳能热水器鼓励支持 发展的政策,全国10多个省、市建委出台了对12层以下房屋强制安装太阳能热水器的政策配套文件,极大地释放了城市市场。2009 年太阳能热水器下乡 ”太阳能热水“是 器行业的一件大事,标志着太阳能热水器得到国 家认可,我国太阳能热水器行业已迈入新的时 太阳能热水器“下乡”正式启动意味着太阳能代。热水器行业得到了政策支持,阳能热水器下太“乡”如一缕春风,使整个行业焕发强大的生命力。我国必将步入更为多元化、洁、效的能清高源消费新时代。因此,应当大力倡导发展太阳能 这样的可再生能源。4.3市场的的应用前景《2010-2015年中国太阳能利用产业投资分 析及前景预测报告》“2007年中国太阳能热水显示器产量的增长速度约为 30%,年产量达2340万m2。海南太阳能,海南太阳能施工,海南太阳能方案设计,海南热泵工程,海南中央热水器,海南新能源,海南太阳能维修

  (16380 MWth), 总 保 有 量 约 为 10800 万 m2 (75600 MWth 。2007 年太阳能热水器市场销售额 ) 约为 320 亿元人民币, 产值亿元人民币以上的企业 有 20 多家。2008 年我国太阳能热水器行业继续稳 步快速发展。其中, 产值达 430 亿, 出口达 1 亿美元。 中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的 2 倍, 北 美的 4 倍,现已成为世界上最大的太阳能热水器 生产国和最大的太阳能热水器市场” 。预计中国太 阳能热水器在近 3 年时间内还将保持 30%以上的 增长速度, 市场潜力巨大。 随着中高温太阳能热水器的开发以及太阳 能与建筑一体化技术的日益完善, 未来太阳能热 水器产品进入住宅工程是必行之路。目前城镇环 保要求必需使用清洁能源,在今后 10 年左右 的 热水器普及中, 会有越来越多的人使用太阳能集 热器, 是发展趋势; 国太阳能热水器的市场 这 我 空间和产业规模都很大, 未来发展十分乐观。

  5结束语

  真空磁控溅射镀膜集热板比目前使用的涂 漆集热板、 阳极氧化集热板和黑铬涂层集热板等 具有无法比拟的优点和性能, 它具有良好的光谱 选择性吸收特性, 从而使平板太阳能热水器的热 效率得到了极大地提高, 且生产过程中不会产生 任何环境污染, 层理化性能好, 高了涂层的 膜 提 使用寿命, 同时有利于连续式工业化。 因此, 是目 前新一代太阳能集热板产品。 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, 布 管 寻求外形美观、 局合理、 理规范的太阳能与 建筑一体化的设计。平板太阳集热器作为建筑材 料实现太阳能利用与建筑物一体化, 有更强的国 内外市场竞争力和生命力。海南太阳能,海南太阳能施工,海南太阳能方案设计,海南热泵工程,海南中央热水器,海南新能源,海南太阳能维修

  来源:中国太阳能工程

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