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太阳能热水工程集热器种类的选择

作者:湖南智达新能源 来源:互联网 浏览次数: 日期:2013/7/13

太阳能集热器的类型应根据太阳能热水系统在一年中的运行时间,运行期内最低环境因素等确定。太阳能集热器在热水系统的应用中一般有平板集热器和全玻璃真空管集热器两种。这里将对这两种集热器进行一个对比,以便我们对太阳能热水工程中的太阳能集热器进行选择。

1、市场占有率的比较

目前,我国太阳能应用最为普及的是真空管太阳能与平板太阳能两种形式。云南省是最早普及太阳能的省份,也是平板太阳能应用最早最广泛的地区,在九十年代,其他省份的老百姓还不认识太阳能为何物时,云南已非常普及。八十年代与九十年代,云南省处处都是平板太阳能,而到了九九年后由于气候等因素的制约,生产工艺性要求,性能适应性条件等,导致真空管飞速发展,目前的比例为:平板太阳能占5%;真空管太阳能占95%。

2、工作原理、热效率、散热比较

1)、平板式太阳能工作原理是采用玻璃温室效应的原理实现对热水的加热。从它的制作方式就可知道平板式太阳能的低效率,作为一种集热板它在吸热的同时也会进行散热,而热量的传递只有三种方式:辐射,传导,对流。平板式太阳能的三种散热传热方式均很明显,发射率随集热器内的水温升高而增大。实际上平板式太阳能集热器的热效率不足54%。

2)、真空管太阳能工作原理是采用内管的吸热涂层对太阳光吸收,加热内管里的水,在与水箱或連箱进行交换,提高水温。作为一种集热板它在吸热的同时也会进行散热,而热量的传递只有三种方式:辐射,传导,对流。真空管太阳能的三种散热传热方式均很小,内管的水银涂层防止热量辐射;内外管中间的真空层防止热量传导;至于热量的对流散发对真空管太阳能而言,几乎为零。热效率达93.5%,比平板太阳能提高50-80%。

3、承压能力的比较

平板太阳能集热器构件为金属材料组成,集热器与热水箱之间的连接件也采用金属零部件,因而集热器与连接件都能承受一定的压力,实验压力可达0.8MPa,即承压≥0.6MPa。而真空管集热器的构件主要为玻璃耐压0.15Mpa。

4、防冻与抗冻性能

平板集热器由于板芯为金属板芯,其板芯内均为较小的毛细管道,且板芯与外界环境温度直接联通,故气温较低时容易结冰,抗冻性能较差;而真空管太阳能由于真空管为暖水瓶结构,管子外壁与内壁之间为真空状态,管子内水在较低气温下也不易结冰;

5、结垢

平板太阳能集热过程主要通过金属板芯内毛细水管吸热,故容易在此过程中水与热金属(铝管或铜管)接触后产生水垢,并且根据平板集热器结构当水在毛细水管中结构后是无法清洗排除,故平板太阳能热水器使用寿命远远低于真空管热水器;

而真空管热水器集热器均为玻璃管,水在玻璃管中吸收热量,在此过程中水与玻璃接触并不容易产生水垢,就像日常生活中,金属茶壶烧水容易产生水垢,而暖水瓶不容易产生水垢,且在产生水垢后,水垢与玻璃的亲和力较小,暖水瓶中水垢较容易倒出。

在排污方面,平板太阳能热水器下部设有排污阀,但排污阀无法排出平板毛吸水管中的水垢,只能排除集热器下部管道中的沉淀物;有人提出真空管有一个端头为封闭,容易沉积泥沙,而现今主要供水均为自来水供水,自来水均经过多次净化处理,并无过多沉积物,且真空管热水器真空管可拆下清洗,且比较容易。故真空管太阳能热水器使用寿命远远高于平板太阳能热水器。

6、抗老化及使用寿命比较

1)、平板:采用铜铝复合工艺,经轧制后形成铜质流道和铝质吸热翅片,板芯表面经阳极化处理形成选择性吸热涂层,或采用优质选择性涂层或电镀黑铬涂层。A.由于涂层材料在阳光的照射和空气的氧气的氧化下,在三至五年就开始老化,变成浅白色,从所安装的平板太阳能工程实例就可见一斑。B.集热器的铜管容易在水的作用下,产生铜绿,在水的冲刷下变薄,特别是焊接口,在几年后就容易穿孔,这也是不争的事实,使用铜管的平板式太阳能和热泵换热器均如此。C.平板型太阳能集热器是金属管板式结构,的寿命一般在5-8年后就开始经常会出现漏水和效率更低的问题。

2)、真空管:由于它的材料是高硼硅玻璃,而内外涂层在真空的环境里不受氧化,在不受外力的情况下寿命超20年以上。

7、抗风性对比

平板太阳能集热器必须连成整块,中间无空隙,故容易受风影响,若放在较高位置需做安全固定,存在安全隐患;真空管热水器集热器真空管为圆形,且管与管之间有一定空隙,风能直接穿过集热器,受风影响较小,故比较安全。

8、生产效率对比

真空管太阳能热水器规格型号较为统一,且配套性较好,可以大批量流水线生产,而平板太阳能热水器受限因素较多,以目前中国平板太阳能的生产模式,很难形成机械化流水线生产,特别难以达到远程运输。

9、抗空晒性能

平板太阳能集热器为普通玻璃,当长时间不用或者太阳能集热器内无水的时候,经太阳暴晒,板芯吸热后的热量直接传递给玻璃,而普通玻璃耐高温性差,平板太阳能热水器抗高温性能较弱,而真空管太阳能热水器的真空管空晒性能可承受250℃;

10、照射角

平板太阳能集热器对照射角及方位的要求较高,需尽量面南;而真空管热水器真空管为圆形,能有效吸收各个角度的阳光照射,故在方位较差或者日照较差的角度仍能使用真空管热水器。

总结:

1、平板集热器不耐冻、不保温,在运行当中,到冬季由于气候寒冷,环境恶劣,且持续时间较长。就湖南近几年情况,出现零度以下的天气还是有的,平板太阳能集热板及其回路随气候的变化而变化,只要温度达到零度,管道及其回路也相应达到零度,出现结冰情况,玻璃只要结冰,就会冻坏,造成整个工程瘫痪无法运行。

2、真空管集热器,造价适中,且在零下10℃气候中工作,可一年四季用,并且保温效果好,不需二次转换而直接工作,是目前普遍使用的产品,并且在湖南地区已做很多成功工程案例,运行良好。

所以,从以上对比来看,我们建议太阳能热水工程中太阳能产品采用真空管集热器(模块化)。

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