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平板型太阳能集热器的发展趋势

        一、平板型太阳能集热器的优点
  1.热效率较高
    首先,在日平均效率方面,平板型太阳能集热器要优于真空管太阳能集热器。目前,平板型太阳能集热器热效率一般为60%,而真空管太阳能集热器的热效率一般为50%。集热器内的水温处于50℃以下时,平板型集热器的瞬时热效率大于真空管集热器。而普通太阳能集热器的温度一般为中温或低温,所以普通的太阳能集热器在运行时,平板型集热器的瞬时效率要高于真空管集热器。
    平板型太阳能热水器的平均日效率约在48%~58%之间;全玻璃真空管太阳能热水器的平均日效率约在45%~55%之间。平板型太阳能热水器的热效率比全玻璃真空管太阳能热水器高约5%。即使在南方的冬季,相同条件下,平板型太阳能热水器的平均日效率也比全玻璃真空管太阳能热水器高约4%。所以一年之中,在相同条件下,平板型热水器能够提供更多的热水,即使是在寒冷的冬季,使用平板型热水器也能够得到不错的效果。
    2.有利于循环系统的使用
    目前国内的太阳能热水器主要是采用紧凑式自然循环系统,这种系统的特点是制造简单、价格低廉。但如果从太阳能热水器的重量、使用方便、安全、以及操作性等方面来看,分离式强制循环系统更能满足人们的要求。平板型集热器一般是金属制成的,集热器与储水箱之间的连接采用的是金属连接,因此可以承受较高的水压,密封性能也较好。而真空管热水器的集热管与储水箱之间的连接一般是用塑料或橡胶来密封,因此,在承压及密封方面效果差。在平板型太阳能集热器中,传热介质可以在集热器与贮水箱内的换热器之间无障碍地流动,通过换热器去加热贮水箱内的水,完成系统的双循环,这一点也是平板型太阳能热水器明显的优势所在。另外,平板型太阳能集热器多以铜铝等金属材料为主,其产品材料回收利用率高。
  3.良好的承压性能
    好的承压性是太阳能热水器的一个发展趋势。而平板型太阳能热水器的一个显著的优点就是具有良好的承压性能。平板型太阳能集热器能承压、寿命长、容易组成二次回路系统。国外的太阳能热水器基本上都是双回路承压型分体结构。真空管太阳能热水器若制成承压分体结构产品后,其成本将显著高于平板型产品。相对而言平板型太阳能热水器将更受用户欢迎。
  4.组成大系统时性能稳定
    对于一些大型的场所,如宾馆、游泳馆、学校、工厂、医院等地方,在使用太阳能热水器时,往往需要用很多块太阳能集热器以组成大规模的供水系统。
    平板型太阳能集热器与系统之间的连接是金属连接,受环境的影响较小,能保证整个系统的稳定性,产品热性能好。
  5.平板型太阳能集热器和热水系统安全可靠,有效采光面积大,热效率高。
    结合平板型太阳能集热器的诸多优势,在充分借鉴国外经验、进行技术创新的基础上,我国已开发出具有独立自主知识产权的高性能的选择性吸收涂层和高性能的新型平板型集热器和热水器。这对于完成我国的可再生能源规划,实现我国节能减排的阶段性目标,有着非常重要的意义。
    目前市面上的多数平板型太阳能热水器都采用欧盟标准。目前世界上最先进的第四代高效平板型太阳能热水系统,可承受1500公斤的静载和1040克钢球0.6米高自由落体冲击,单位有效采光面积比真空管太阳能能够提高40%以上,集热效率高达80%,使用寿命是国内真空管承压型产品寿命的2倍。
  平板型太阳能热水器通过优化设计,可实现集蓄分离,各部件独立安装,储热水箱还可以隐蔽在地下室、阁楼或楼梯间,解决了防水、美观和承重等问题,极大地满足了太阳能与建筑一体化的要求,并可延展出嵌入式、幕墙式、阳台挂壁式、落地式、平铺式、廊亭式等20多种和建筑结合的方案。
  从市场疲软现状到逆势发展的这一系列实际例子可以看出,中国的太阳能热利用市场发展逐渐显现出集中化趋势,零售或许将不再是企业销售的大占比模块,工程市场成为热门,海外出口也将成为弥补国内销售不足的重要方面,而在这些方面,显然高性能高质量的平板型太阳能产品比真空管太阳能产品更受青睐。众多太阳能制造企业也正是看重这点开始上马平板型项目,诞生了一批专业的生产平板型太阳能的企业。通过对市场的观察及各太阳能企业发展情况预计,改变的市场环境可能使中国的平板型太阳能各方面发展迎来一个新的契机。
  二、平板型太阳能集热器的发展方向
    平板型太阳能发展的关键是技术创新,研发出满足消费者需求的产品。完善技术,降低成本,是平板型太阳能发展的重要出路,满足消费者需求的平板型太阳能产品需要解决好四个技术问题:盖板技术;高效吸热体技术;提高保温和密封性;减少热损技术;开发工艺装备,实现工业化生产,提高效率,降低成本。需要认真研究市场发展趋势和消费者需求,在产品开发方面进行创新:
  1.开发阳台壁挂式平板太阳能。阳台壁挂式平板太阳能分体安装,施工方便,可解决高层建筑楼顶面积不足的问题;用户不受楼层限制,适合零售推广;符合太阳能与建筑一体化的大势所趋,可享受政策支持。
  2.开发平板与冷凝燃气锅炉组合产品。这是目前欧洲普遍采用的热水系统方式,可满足热水与采暖的双重需求。我国长江流域及北方寒冷地区具有采暖需求的建筑,均可选择平板式太阳能热水器与冷凝燃气锅炉组合的系统方式。
  这种产品存在由功能复合造成的产品差异,且有成功的经验可供借鉴,可与其他平板产品在性能上形成区隔,更适合终端零售推广。平板与冷凝燃气锅炉组合产品应用形式表现在,多层及高层建筑可选择阳台外挂平板太阳能与冷凝锅炉串联;别墅或斜面建筑可选用平板分体式太阳能与冷凝燃气锅炉并联,采用双盘管换热水箱分别加热;公共、商业场所可选择落地冷凝燃气锅炉与平板太阳能集中系统的组合。
  针对国内平板型集热器与国外的技术和质量的差距,应采取以下措施提高平板型集热器的性能和质量:
  1)研究开发适用于平板型太阳能集热器的选择性涂层,涂层应具有高吸收率、低红外发射率、优异的耐热耐湿耐候性能和适宜的加工成本;
  2)广泛采用低铁高透过率盖板玻璃。目前已有多个玻璃厂家开始生产适用于太阳能集热器的低铁玻璃,国内外玻璃质量差距越来越小;
  3)重视集热器的优化设计,改善制造工艺,保证结构的严密性,减小集热器的散热损失;
  4)选用钢化玻璃作为集热器盖板,提高集热器部件质量,采用优化结构设计,确保集热器可以经受防冰雹、雨淋、空晒、耐压、热冲击等性能试验,提高集热器寿命,减少系统维护费用;
  5)为适应寒冷地区、太阳能采暖和空调以及工业加热等特殊要求,应开发高效平板型集热器。尽快使双层盖板和透明蜂窝等技术产业化,并提高其性价比,使高效平板型集热器有较强市场竞争力;
  6)跟踪国外平板型集热器先进技术和工艺,开发新型平板型集热器太阳能系统,提高平板型集热器市场占有率。
  三、平板型太阳能集热器的应用展望
  作为技术相对成熟的太阳能光热利用产品,太阳能热水器(系统)在全球已得到了广泛的应用。它在减少常规能源消耗、促进节能减排中已发挥并继续发挥着重要的作用。我国拥有全球最大的太阳能热水器(系统)的生产能力,也是全球最大的太阳能热水器(系统)的应用市场。目前,随着世界能源价格的不断上涨和全世界环保意识的增强,面对严峻的节能减排形势,我国正在加速发展和利用可再生能源,太阳能技术和产品的进步以及太阳能热水器与建筑结合技术的发展,将使太阳能热水器(系统)继续保持快速增长的势头。
  平板型太阳能集热器和热水器在太阳能光热利用中,特别是在应对世界环境和完成节能减排的指标中有着极大的优势。随着社会和技术的不断进步,在太阳能与建筑一体化方面,平板型太阳能热水器近年来已取得了较大的技术进步。居民生活水平的提高也使得开发、生产高品质的太阳能热水器产品成为今后的发展方向。随着平板型太阳能集热器和热水器技术水平的提高,平板型太阳能集热器和热水器将会获得更大的发展,在市场中所占的份额也将不断增加。
  近年来,平板式太阳能热水器在城市工程市场呈现爆发式增长的趋势,全国同比递增50%以上,一些企业增幅更是达到100%。在此背景下,众多原本主产真空管太阳能热水器的企业,纷纷上马平板型太阳能热水器生产线。在节能减排的背景下,近几年来,各地纷纷出台有关太阳能产品的“强装令”。据不完全统计,全国目前已有数十个省市明确规定新建筑必须安装太阳能热水器。
  2010年,我国建筑节能产业产值已经逼近300亿元,到2012年将达到664亿元的规模。太阳能行业受重视,使太阳能企业在发展壮大之时,亦加剧了行业竞争。
  事实上,相对于真空管太阳能热水器产品而言,平板型产品更适于与建筑相融合,更有利于推动建筑一体化的发展。真空管太阳能集热器主要应用于农村市场,但随着我国城市化建设的不断深入,具有安全、可靠、高效、承压、易与建筑一体化等优势的平板型太阳能集热器有了很大的发展机遇。随着我国太阳能热水器与建筑一体化的进程不断加快,近年来,我国平板型太阳能集热器研发技术也取得很大进步。2008年北京奥运会使用的平板型太阳能集热器是德国产品,在广州举行的第16届亚运会,采用的就是国产平板型集热器,运行效果获得亚组委嘉许。随着城市发展进程的加快,平板型太阳能热水器越来越受到市场青睐已成为产业趋势。
  回顾近几年的发展,据中国太阳能热利用行业协会2010年数据显示,全国太阳能热水器生产企业年生产真空管热水器同比增长15%;生产平板型集热器同比增长50%。2011年下半年是国内平板行业高速发展的时期,主要体现为三点:第一,众多厂家新上平板项目;第二,生产制造技术不断提高;第三,产品技术研发快速推进。最近平板型太阳能市场上的利好趋势,实际上是因为城市市场开始迅速崛起,在80%~90%的市场为农村市场的真空管太阳能方面可能表现不明显,可是在太阳能热水器的城市市场,平板型太阳能就有很明显的利好表现。
  “十二五”期间,政府提出了多项关于节能减排、发展清洁能源、可再生能源的目标措施,全力发展太阳能等低碳无碳能源。
  纵观太阳能的应用,越是经济发达的城市,太阳能利用率却越低。真空管太阳能集热器主要应用于城乡,良好的抗冻性能、低廉的价格和随意的安装使得真空管集热器得到了很大的发展。但随着我国城市化建设的不断深入,特别中国是城市住宅的高层化,真空管集热器已难以满足太阳能建筑一体化和美观安全的要求,这对太阳能在城市高层建筑中如何应用提出了新的课题,如何解决其中的系统集成保证用户需求已成当务之急。
  随着国家对建筑节能的日趋重视,建设部先后出台了可再生能源城市示范、绿色建筑标识评定等措施,作为建筑节能最大潜力的太阳能将得到更大的发展和利用,平板型集热器具有安全、高效、承压、易与建筑一体化的优势,这给平板型太阳能集热器的发展提供了很大的发展机遇,平板型集热器在高层建筑中可采用嵌入式、壁挂式、遮阳板式、落地式等多种方式与建筑集成,利用分体承压、不冻液二次循环运行方式,保证了太阳能与建筑一体化的美观和安全运行。目前,随着国民生活水平的提高,越来越多的用户主动提出了采用平板型集热器的要求,生产平板型集热器的厂家也在迅速增加,这也反映了平板型集热器特别适宜在城市住宅中应用,具有良好的发展前景。2010年广州亚运会,这个仅次于奥运会的大型运动会的比赛场馆和亚运村,就使用了平板型太阳能热水器产品,而2008年奥运会使用的却是德国平板型太阳能热水器,这说明国内产品的技术革新近年来突飞猛进并取得了很大的进步。
  平板型集热器不仅可以作为热水器使用,还可以在其工艺基础上开发新的集热器产品,如利用其高效的选择性涂层、优化的翅片结构和空气流道开发高效空气集热器,空气集热器可用于主被动采暖和工农业干燥,具有广阔的应用前景,与真空管空气集热器相比,平板具有流动阻力低、效率高、安装方便、运行可靠等优点;同样,在平板集热器的基础上,利用激光焊接、整体层压工艺还可以开发光伏光热综合利用产品,如光伏热水器、光伏热泵、太阳能直接蒸发式热泵等等。
  太阳能热水制备只是太阳能应用的最初级模式,太阳能采暖供热、干燥、发电、采光照明、供冷及其行业应用将日趋广泛,随着国家对可再生能源应用、绿色建筑推广、可再生能源示范城市等措施的不断深入,平板型集热器以其独特的优势必将得到快速的发展。
    上世纪真空管太阳能在当时各种客观环境与条件下迅猛发展起来后,各类真空管技术也随之突飞猛进,并最终占据中国太阳能热利用市场分额的90%以上,而消费主力却一直处在二、三级市场终端。近几年,随着国家对太阳能热水器强制安装政策以及众多补贴的出台,各地一级市场的太阳能销售的占比相对增大,城市与农村两手抓成为企业销售方向的必然。随着新农村建设的发展,众多乡村开始开发土地兴建现代化小区,效仿城市,房地产开发商为了增强竞争力开始统一进行太阳能热水器工程安装,使太阳能热水器零售市场占比下降,太阳能热水器工程及太阳能建筑一体化逐渐成为太阳能热水器销售的重点;与此同时,各地政府为加强城市建设步伐,不断改善人们的生活环境,众多公共设施都会选择太阳能热水器。大部分新建小区的开发商也早已将太阳能热水器看作是自己楼盘建设的一部分,这样一来,从农村到城市,太阳能热水器工程市场显得尤为重要,几乎成为企业占量的一个重头戏。于是在国内环境看来,各类太阳能热水器工程已经成为各企业必争的份额。
  回顾20年太阳能的发展历程,在相当长的一段时间里,真空管太阳能热水器占据着巨大的市场份额。近几年,随着城市大型建筑、高层建筑的兴起,真空管太阳能在适用性方面受到一定限制。与此同时,承压性强的特点凸显出便于实施太阳能与建筑一体化相结合的优势,使得平板型太阳能越来越受到了市场广大用户的欢迎。事实上,相对于真空管太阳能热水器产品而言,平板产品更适于与建筑相融合,更有利于推动建筑一体化的发展。
  据《中国太阳能热利用行业协会2010年数据》显示,全国太阳能热水器生产企业去年生产真空管热水器同比增长15%;生产平板型集热器同比增长50%。在市场前景引导以及各级政府相关政策的大力支持下,平板型太阳能市场迎来更大发展。2008和2009年,平板型太阳能热水器年递增46%,真空管为35%,2010年平板型太阳能热水器年递增更达到50%,在太阳能热利用行业呈现比真空管太阳能更快的增长势头。2011年下半年更是国内平板行业高速发展的时期。

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