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平板太陽能集熱器1. 工作原理編輯

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來源:深圳市ag娱乐節能設備有限公司發布日期 2016-06-12 瀏覽:1566

平板太陽能集熱器是一種吸收太陽輻射能量並向工質傳遞熱量的裝置,它是一種特殊的熱交換器,集熱器中的工質與遠距離的太陽進行熱交換。平板太陽能集熱器是由吸熱板芯、殼體、透明蓋板、保溫材料及有關零部件組成。在加接循環管道,保溫水箱後,即成為能吸收太陽輻射熱,使水溫升高。

平板太陽能集熱器是太陽能低溫熱利用的基本部件,也一直是世界太陽能市場的主導產品。平板型集熱器已廣泛應用於生活用水加熱、遊泳池加熱、工業用水加熱、建築物采暖與空調等諸多領域。用平板太陽能集熱器部件組成的熱水器即平板太陽能熱水器。平板太陽能集熱器主要由平板太陽能集熱器吸熱板、平板太陽能集熱器透明蓋板、平板太陽能集熱器隔熱層和平板太陽能集熱器外殼等幾部分組成。

1. 工作原理編輯

平板太陽能集熱器的基本工作原理十分簡單。概括地說,陽光透過透明蓋板照射到表麵塗有吸收層的吸熱體上,其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收,轉變為熱能,並傳向流體通道中的

工質。這樣,從集熱器底部入口的冷工質,在流體通道中被太陽能所加熱,溫度逐漸升高,加熱後的熱工質,帶著有用的熱能從集熱器的上端出口,蓄入貯水箱中待用,即為有用能量收益。與此同時,由於吸熱體溫度升高,通過透明蓋板和外殼向環境散失熱量,構成平板太陽集熱器的各種熱損失。

2. 基本結構編輯

吸熱板

吸熱板是平板太陽能集熱器內吸收太陽輻射能並向傳熱工質傳遞熱量的部件,其基本上是平板形狀。

在平板形狀的吸熱板上,通常都布置有排管和集管。排管是指吸熱板縱向排列並構成流體通道的部件;集管是指吸熱板上下兩端橫向連接若幹根排管並構成流體通道的部件。吸熱板的材料種類很多,有銅、鋁合金、銅鋁複合、不鏽鋼、鍍鋅鋼、塑料、橡膠等。吸熱板有如下主要結構形式(如圖)。

平板太陽能集熱器吸熱板所用材料

⑴平板太陽能集管和支管采用TP2銅TP2銅磷脫氧銅是熔解高純度的。

原材料,把熔化銅中產生的氧氣用親氧性的磷(P)脫氧,使其氧含量降低到100PPm以下,從而提高其延展性、耐蝕性、熱傳導性、焊接性、抽拉加工性,在高溫中也不發生氫脆現象。

⑵平板太陽能集熱器條帶(整板)采用銅或鋁TU1無氧紫銅標準

平板太陽能集熱器吸熱板材料特性及適用範圍:氧的含量極低,純度高,導電導熱性極好,延展性極好,透氣率低,無“氫病”或極少“氫病”;加工性能和焊接、耐蝕耐寒性均好。

按吸熱板的結構不同可分類為:管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圓管式和熱管式。

⒈管板式吸熱板

管板式吸熱板是將排管與平板以一定的結合方式連接構成吸熱條帶(如右圖所示),然後再與上下集管焊接成平板太陽能集熱器吸熱板。這是目前國內外使用比較普遍的吸熱板結構類型。

⒉翼管式吸熱板

翼管式吸熱板是利用模子擠壓拉伸工藝製成金屬管兩側連有翼片的吸熱條帶(如右圖),然後再與上下集管焊接成吸熱板。平板太陽能集熱器吸熱板材料一般采用

鋁合金。

翼管式吸熱板的優點:熱效率高,管子和平板是一體,無結合熱阻;耐壓能力強,鋁合金管可以承受較高的壓力。

翼管式吸熱板的缺點:水質不易保證,鋁合金會被腐蝕;材料用量大,工藝要求管壁和翼片都有較大的厚度;動態特性差,吸熱板有較大的熱容量。

⒊蛇管式吸熱板

蛇管式吸熱板是將金屬管彎曲成蛇形(如右圖),然後再與平板焊接構成吸熱板。這種結構類型在國外使用較多。吸熱板材料一般采用銅,焊接工藝可采用高頻焊接或超聲焊接。

蛇管式吸熱板優點:不需要另外焊接集管,減少泄漏的可能性;熱效率

高,無結合熱阻;水質清潔,銅管不會被腐蝕;保證質量,整個生產過程實現機械化;耐壓能力強,銅管可以承受較高的壓力。

蛇管式吸熱板缺點:流動阻力大,流體通道不是並聯而是串聯;焊接難度大,焊縫不是直線而是曲線。

⒋扁盒式吸熱板

扁盒式吸熱板是將兩塊金屬板分別模壓成型,然後再焊接成一體構成吸熱板,吸熱板材料可采用不鏽鋼、鋁合金、鍍鋅鋼等。

通常,流體通道之間采用點焊工藝,平板太陽能集熱器扁盒式吸熱板四周采用滾焊工藝。 平板太陽能集熱器扁盒式吸熱板優點:熱效率高,管子和平板是一體,無結合熱阻;不需要焊接集管,流體通道和集管采用一次模壓成型。

扁盒式吸熱板缺點:焊接工藝難度大,容易出現焊接穿透或者焊接不牢的問題;耐壓能力差,焊點不能承受較高的壓力;動態特性差,流體通道的橫截麵大,吸熱板有較大的熱容量;有時水質不易保證,鋁合金和鍍鋅鋼都會被腐蝕。

塗層

為了使平板太陽能集熱器吸熱板可以最大限度地吸收太陽輻射能並將其轉換成熱能,在吸熱板上應覆蓋有深色的塗層,這稱為太陽能吸收塗層。

吸熱板的塗層材料對吸收太陽輻射能量起非常重要的作用。因為太陽輻射的波長主要集中在0.3~2.5μm的範圍內,而吸熱板的熱輻射則主要集中在2~20μm的波長範圍內,要增強吸熱板對太陽輻射的吸收能力,又要減小熱損失,降低吸熱板的熱輻射,就需要采用選擇性塗料。選擇性塗料是對太陽短波輻射具有較高吸收率,而對長波熱輻射發射率卻較低的一種塗料,目前國內外的生產廠大多采用磁控濺射的方法製作選擇性塗層,可達到吸收率0.93~0.95,發射率0.12~0.04,大大提高了產品熱性能。

吸收塗層可分為兩大類:

⑴非選擇性吸收塗層和選擇性吸收塗層。

⑵非選擇性吸收塗層是指其光學特性與輻射波長無關的吸收塗層;選擇性吸收塗層則是指其光學特性隨輻射波長不同有顯著變化的吸收塗層。

一般而言,要單純達到高的太陽吸收比並不十分困難,難的是要在保持高的太陽吸收比的同時又達到低的發射率。對於選擇性吸收塗層來說,隨著太陽吸收比的提高,往往發射率也隨之升高;對於通常使用的黑板漆來說,其太陽吸收比可高達0.95,但發射率也在0.90左右,所以屬於非選擇性吸收塗層。

選擇性吸收塗層可以用多種方法來製備,如噴塗方法、化學方法、電化學方法、真空蒸發方法、磁控濺射方法等。采用這些方法製備的選擇性吸收塗層,絕大多數的太陽吸收比都可達到0.90以上,但是它們可達到的發射率範圍卻有明顯的區別。從發射率的性能角度出發,上述各種方法優劣的排列順序應是:磁控濺射方法、真空蒸發方法、電化學方法、化學方法、噴塗方法。當然,每種方法的發射率值都有一定的範圍,某種塗層的實際發射率值取決於製備該塗層工藝優化的程度。

按吸熱板塗層可分類為:電鍍塗層、化學表麵轉化塗層、真空鍍塗層。

⒈電鍍塗層:

⑴黑鉻塗層

黑鉻塗層的吸收比α和發射比ε分別為0.93~0.97和0.07~0.15,α/ε為6~13,具有優良的光譜選擇性。黑鉻塗層的熱穩定性和抗高溫性能也很好,適用於高溫條件,在300℃能長期穩定工作。此外,黑鉻塗層還具有較好的耐候性和耐蝕性。但是,現在采用的電鍍黑鉻工藝,電流密度大(15~200A/dm2),溶液導電性差,電鍍時會產生大量的焦耳熱,需要冷卻和通風排氣才能維持正常生產。另外,黑鉻鍍在非銅件上,需要先預鍍銅,再鍍光亮鎳,最後鍍黑鉻,生產成本較高。

⑵黑鎳塗層

黑鎳塗層的吸收比α可達0.93~0.96,熱發射比ε為0.08~0.15,α/ε接近6~12,其吸收性能較好。黑鎳塗層很薄,為了提高塗層與基體的結合力和耐蝕性,常采用中間塗層(如Ni,Cu,Cd)或雙層鎳塗層。由於黑鎳塗層的熱穩定性、耐蝕性較差,通常隻適用於低溫太陽能熱利用。

⑶黑鈷塗層

黑鈷塗層的主要成分是CoS,具有蜂窩型網狀結構,其吸收比α可達0.94~0.96,發射比ε為0.12~0.14,α/ε為6.7~8。

⒉電化學表麵轉化塗層

⑴鋁陽極氧化塗層

鋁及鋁合金的陽極氧化可在硫酸介質中進行,但在太陽能熱利用中,主要用磷酸介質。鋁氧化塗層著色有多種工藝,其中電解著色工藝獲得的塗層,具有牢固、穩定、耐曬優良特性,並且可進行大規模生產。

鋁陽極氧化塗層是一種多孔膜,孔隙率達22%,電解著色時金屬易沉積在微孔中。用於電解著色的金屬鹽類有:鎳鹽、錫鹽、鈷鹽和銅鹽等。

鋁陽極氧化塗層,耐蝕、耐磨和耐光照等性能也相當好,在平板太陽能熱水器中已得到廣泛應用。

⑵CuO轉化塗層

以陽極氧化法製取的CuO轉化塗層,NaOH電解液的濃度為1mol/L,電流密度為2mA/cm2,溫度為50~57℃。塗層的吸收比可達0.88~0.95,法向發射比為0.15~0.30。這種CuO塗層有一層黑色絨麵,保護不好,會導致吸收比的降低。

⒊真空鍍塗層

可以采用真空蒸發和磁控濺射技術製備選擇吸收性能優良的塗層,但後者的設備比較簡單,工藝控製方便,容易在大麵積上獲得均勻一致的塗層。

目前,國內生產的全玻璃真空集熱管和高檔平板集熱器吸熱板都采用磁控濺射技術製備吸收塗層。