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    平板式太阳能“吸热涂层结构浅析”

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    平板式太阳能“吸热涂层结构浅析”

      平板式太阳能热水在上世纪八九十年代淡出市场,复又在近几年卷土重来,平板式太阳能集热器是太阳能低温热利用的基本部件,也一直是世界太阳能热水器市场的主导产品。纵使有再多的人为环境因素叠加出了这种结果,平板式太阳能热水器产品本身的质量问题仍然是不容忽视的一个重要因素。平板式太阳能集热器已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。我们根据近几十年的发展,来一起探讨一下影响平板式太阳能热水器寿命的核心技术所在。平板式太阳能集热器部件组成的热水器即平板式太阳能热水器。平板式太阳能集热器主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。 
       黑铬镀膜技术是国际平板式太阳能热最成熟的吸收膜技术,目前也是应用最广泛的镀膜技术之一,曾经在世界平板式太阳能热水器应用上也占据重要地位,但随着德国蓝膜技术的发展,黑铬镀膜似乎正在退出历史舞台,此外黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。。据S&WE统计,2011年,70%的集热器中选择使用高选择性的PVD或溅射涂层(数据有待考究),11%采用黑铬镀层,该结果表明,采用磁控溅射涂层的高选择性吸收涂层目前是市场上的明星产品,其替代黑铬镀层似是大势所趋。
       目前平板式太阳能集热器镀膜技术有三种:阳极氧化镀膜技术、黑铬镀膜技术和蓝钛镀膜技术(蓝膜)。阳极氧化涂层性能较差,使用材质受限,现在很多平板太阳能热水器厂家不再选用此种产品。黑铬镀膜的热稳定性和抗高温性能好,但黑铬镀膜的发射率比较高,从而使吸热板的整个系统光热转换效率比较低,并且在生产过程中会造成较大的污染,需要花费很多成本处理,这和太阳能热水器节能产品的初衷相违背。目前比较受平板式太阳能热水器厂家欢迎的是蓝膜,相对来讲,污染较小,吸收率和发射率综合考虑达到了比较高的热转换效果,但是一般国内家技术上达不到,仅有的几家专门生产蓝膜的公司产品质量还有待考证,大多数厂家使用的膜层从国外进口,造成了成本较高,很多中小企业难以担负。 
       平板式太阳能集热器在整板镀黑铬技术诞生之前,黑铬镀膜技术以条带式为主,条带式镀膜除了影响吸热效果之外,拼装出的平板式太阳能集热器外观丑陋、条带之间的缝隙易腐蚀也是其逐渐被蓝膜代替的一个重要原因,通过磁控溅射生产的蓝膜外观整体一致,色差较小,天蓝色的外层也为蓝膜集热器增分不少,再加上蓝膜发射率远远低于黑铬镀膜的发射率,平板式太阳能热水器使蓝膜迅速占据了市场。更由于德国平板式太阳能公司的影响力,其在市场上占据的份额一路飙升,再加上很多企业的跟风,一时间形成了一面倒的局面。
       平板式太阳能集热器选择性吸收涂层,板芯是平板式太阳能集热器的核心部件,相当于人的心脏,他只要运转不好不能吸收足够的热量,那么任其他的部件再完美也是徒劳。而决定板芯提高热量吸收率和降低发射率的关键便是选择性吸收涂层,选择性表面吸收率越高,反射率越低越能保留所吸收的热幅射,较高的吸收率和较低的发射率会使整个系统有更高的转换率。平板式太阳能除此之外,还有几个性能是关系到平板式太阳能热水器使用寿命、安全性能、推广程度的较为重要的技术。
       德国拥有世界上最先进的太阳能镀膜技术,在蓝膜诞生之前,通行的国际标准是平板式太阳能膜层的寿命标准是十年,但在蓝膜技术诞生之后,在德国企业的主导下,平板式太阳能膜层寿命的标准目前调整到了六年。而也有细心的行业人士曾发现,某国际知名德国蓝膜镀膜厂家的宣传单页上对产品耐候性能玩起了文字游戏,在产品耐候性方面,其文字说明写的是膜层按照国际某标准进行盐雾试验,而紧跟着则罗列了一些标准的规定,而非产品本身的试验结果证明了其性能达到了标准要求。
       平板式太阳能蓝膜的高吸收率与低发射率使其成为一种性能优良的膜层,但是由于其膜层易腐蚀,不耐候性最终不能使其成为一种经久不衰的经典膜层,并且不会完全替代黑铬镀膜。随着哲能赫整板镀黑铬技术的成功研发,黑铬镀膜在市场上正在产生新的活力,黑铬镀膜将以超越蓝膜的稳定性在市场上获得一席之地。记者了解到,欧洲目前主流平板式太阳能集热器膜层还是黑铬,对于蓝膜产品的使用寿命还有很大的顾虑。因此,欧洲一方面向中国大量出口蓝膜产品,另一方面却从中国进口大量的黑铬产品,其中厦门缔安、广东双曜及印度的MaharajaTechnoChromes等公司就向欧洲出口了大量黑铬产品。
       平板式太阳能集热器吸热体主要由金属材料制成,金属吸热体可进行自然循环、强制循环,传热效率也高得多。平板式太阳能集热器常用材料是铜、铝合金、不锈钢、镀锌板、沿海水质较差的地方,也有平板式太阳能集热器用塑料或玻璃钢等材料。初期为钢管板绑扎结构,后来出现了焊接式、铝翼式、铜铝复合式。平板式太阳能集热器焊接工艺分为超声波焊接和激光焊接。传热效率和耐压能力比玻璃的提高很多。平板式太阳能集热器管板结合方式,吸热体的管板结合工艺,按吸热板的结构不同,可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圆管式和热管式。
    (1)管板式吸热板
      平板太阳能集热器管板式吸热板是将排管与平板以一定的结合方式连接构成吸热条带,然后再与上下集管焊接成平板式太阳能集热器吸热板。这是目前国内外使用比较普遍的吸热板结构类型。
    (2)翼管式吸热板
      翼管式吸热板是利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有翼片的吸热条带,然后再与上下集管焊接成吸热板。平板式太阳能集热器吸热板材料一般采用铝合金。
    (3)蛇管式吸热板
      蛇管式吸热板是将金属管弯曲成蛇形,然后再与平板焊接构成吸热板。这种结构类型在国外使用较多。吸热板材料一般采用铜,焊接工艺可采用高频焊接或超声焊接。这种焊接方式流动阻力大,流体通道不是并联而是串联;焊接难度大,焊缝不是直线而是曲线。
    (4)扁盒式吸热板
       平板太阳能集热器扁盒式吸热板是将两块金属板分别模压成型,然后再焊接成一体构成吸热板,吸热板材料可采用不锈钢、铝合金、镀锌钢等。焊接工艺难度大,容易出现焊接穿透或者焊接不牢的问题。并且焊点不能承受较高的压力。
       平板式太阳能保温层的作用是减少集热器向四周环境的散热,以提高集热器的热效率。要求保温性能好,即材料的热导率小,不产生有毒气体,材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯、聚氨酯发泡塑料等。平板式太阳能保温层外壳的作用是将吸热板、盖板、保温材料组成一个整体,因此它应有一定的刚度和强度,并便于安装。其材料一般用钢板、铝型材、玻璃钢或塑料。为了确保外壳的使用寿命,有些外壳表面需进行喷涂处理。一般涂层要求薄而均匀,有较强的附着力和抗老化性能,耐湿热,不生锈。
       当然,另一个广泛流传的说法也会误导平板式太阳能热水器行业从业者,那就是黑铬镀膜生产过程中会产生污染。针对这个问题,很多黑铬镀膜厂家纷纷喊冤。他们认为,无论是黑铬镀膜还是蓝膜,在生产过程中都不可避免的会产生一些有害物质,但由于电镀过程中需要重金属,更容易让人产生恐惧感,成为人们关注的焦点,所以才有了黑铬镀膜污染环境说法的流行。但当前国家对于污染物的排放是有标准可依的,只要满足国标要求,工业生产产生的废水完全可以排放到环境中。而哲能赫太阳能则另辟蹊径,在生产过程中产生的工业废水,哲能赫完全可以实现废物回收,变废为宝,不仅不会产生新的污染,反而会创造出新的效益,完全解决了污染问题。
       平板式太阳能热水器防冻性能,业界一直有句话是“平板不过江”,说的即是在温度较低的北方冬季,启动温度成为制约平板式太阳能热水器发展的“致命弱点”。真空管在气温高于零下10左右即可启动工作,而最早的平板式太阳能热水器则要在零度以上才能工作。这种问题主要是我国太阳能热水器发展初期采用自然循环造成的,现在的平板式太阳能热水器采用二次循环和防冻系统后,以特种防冻液作为导热介质,沸点低,热交换效率高,这个问题已经得到解决。也早有致力于平板发展的厂家做过实验,平板式太阳能热水器在我国最北端漠河进行的极端低温环境实验中,性能良好,稳定产出热水。
        总之,一件产品的好坏和寿命长短不是哪一个部件就可以决定的,所有部件共同作用才能使整个产品良好运行。这也就是众所周知的“木桶效应”,往往劣势决定着整个产品的质量水平。而从另一个角度讲,实际上由于目前蓝膜技术的不成熟性,国内的蓝膜普遍在使用几年内出现不同程度的衰减,吸热效果越来越差,一些企业更是为了自身利益迎合市场需求推出质量较差的蓝膜,这些寿命较短的产品会在几年之内会成为一堆废品,不仅会浪费更多的原材料,还会形成另外一种形式的污染。对于黑铬镀膜和蓝膜的好坏,目前尚无定论,但是黑铬膜层已经经历了40年的市场见证。目前大多数企业在选择镀膜时,不应只关注眼前利益,盲目跟风,而应该选择适合自己需求的镀膜,让产品的质量可以禁受得住市场的考验。
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