【摘要】太阳能技术以其清洁、经济的优势被广泛应用在诸领域，热能的利用以热水器最为普遍，其技术也最为纯熟。平板式设计具有承压能力强、结构简单、性价比高、日平均效率高、耐热冲击性能好、寿命长等特点，特别是与建筑物结合良好的独特优势，所以减少平板式太阳能集热器热损失，实现太阳能的高效利用有重要意义。

【关键词】平板式；太阳能集热器；热损失；措施和方法

前言

我国幅员辽阔，大部分国土面积能够享受充分的光照，合理地利用太阳能源能够减少污染性较大的能源消耗，具有经济效益和社会效益。据我国近年来太阳能源使用的实践总结，热水器主要因其管状设计原因存在冻裂、爆炸、不抗压的情况。平板式太阳能热水器具有承压、热效率高、免维护、寿命长等优点，随着对太阳能建筑一体化的要求越来越高平板式太阳能热水器将成为未来发展趋势。性能提升的技术要求使平板式设计成为研究的重点，也提供了更为广阔的发展平台。

1、平板式太阳能结构分析。

平板式太阳能集热器组成部分是：透明盖板、吸热板、四周围护边框、隔热保温材料和底板组成。

2、平板式太阳能集热器热量损失形成因素

太阳能光热利用主要通过采集-转换-贮存-输送的四大步骤。太阳能集热器采集到阳光后其内部温度比外界环境温度要高，而且太阳能本身有间断性和不稳定性的特性，太阳能集热器外部环境也发生变化，使集热器向外传热增大。风速增大对集热器热损失也增大。

吸收并贮存热能是集热器设计的重点，采用新型的涂层材料是外部的新改良，同时内部系统的热能保温贮存也是集热过程的关键。热能吸收由于天气、材料的限制，吸收量达不到理想预计，做好后期的贮存能够将热能使用率提升10%，并提高平均温度，因此讨论热能损失是研究的关键。

2.1集成空间设计不足。在光照条件下，同一介质因位置不同造成了两端温差存在10℃或以上，从而造成了在外层设计盖板的间隙中存在空气对流，空隙间的空气的流动将会带走以吸收的热能，同时考虑到集热器都是导热的材质，与外界形成空气交换后将会造成能量的消耗。

2.2集热器的框架的热能消耗。外层设计存在的空隙是产生对流和辐射的原因，因此盖板的间距、外层材质不同热量吸收率、不合理的外框设计是形成消耗的关键。

3、控制热能损耗的相关改进建议

平板集热器的热能消耗主要是由集热板向罩子以辐射和对流换热方式造成的。

为了提高它的热效率，目前主要通过选择透明盖隔板、选择隔热保温材料、吸热板上的太阳能涂层选择、优化空气夹层间距、选择吸热板结构和材料、加蜂窝结构、夹层抽真空、增加罩板层数等措施和方法，具体措施和方法如下：

3.1改进盖板的使用

相较于欧美国际盖板的性能而言，由于我国采用的盖板透明度不够，光线通过率低10%，改进盖板的通透性是提高热能采集效率的方法，可积极研发新工艺，在传统的玻璃盖板技术中引进中空部分填充氮气或采用性能优良的覆盖膜，研制适用于集热器的钢化玻璃，以减少因通透性不够、吸收热能不足等原因带来的热能损耗，以增加阳光的吸收量。

透明盖板采用4.0mm超白低铁布纹钢化玻璃，透过率高，达到92%以上，机械强度比普通玻璃高4倍，能够抗冰雹，抗击打，安全可靠，可防止产生玻璃反光污染。保证了长达25年以上的使用寿命。

除了盖板设计、材质的改进方法外，还可以通过减少空隙的方式，即加设PC板以减小吸热层和盖板的间距，形成的多层空间能够有效地防止对流形成，而PC板的性能虽不如玻璃，但其耐温、耐用、经济的性能能提高使用寿命。

3.2选择隔热保温材料

隔热层是集热器中抑制吸热板通过传导向周围环境散热的部件，对于隔热保温材料的使用时要注意选择聚苯乙烯等导热性能低的材料，以降低能量的损耗，有利于热量集中。

针对集热器的性能需要，选用能够有效集热的高效保温的纳米复合保温材料，在平板太阳能热水器中，聚氨酯泡沫因其密度小、热导率小、保温效果好的优势，利用有机聚合物-无机纳米复合技术研究新型具有热稳定性好、阻燃性高、抗腐蚀性强、力学性能及保温性能好，有效降低热损失。

3.3选用效能高的热量吸收涂层

质量好的热能吸收涂层能够有效的集中光能、热能，涂层用于集热板上，选用黑色等深颜色能够最大限度地吸收太阳辐射，减少光的反射。根据太阳辐射的波长范围值，选用吸热板时要考量其热辐射的波长波动范围，在全面吸收的数值之内能够有效地减少能源的浪费。即在改进集热器性能是要充分考虑各种板材、涂层的吸热性能，通过材料的选用升级以弥补盖板透明度不够的技术缺陷。热量吸收涂层涂料要能够最大化吸收短波太阳辐射，起到过滤其余因素发出的长波辐射，在最短的时间内积聚所需的太阳能，可以用磁控溅射方式控制涂层吸收率，相较于其他方法，热能吸收率远远高于别种。

太阳辐射通过大气层射入地面，经由大气层、微粒、水蒸气等影响，一部分直射地面，经测量，太阳辐射分为红外线（>0.76μm）、紫外线（<0.4μm）、可见光（0.4～0.76μm），前两者比重占太阳辐射的一半绝大部分的辐射光谱的波长波动在0.15～4.0微米，这数据相较于地面辐射波长，属于短波辐射。利用增加吸收率、减少发射率的方法能够有效吸收光能并转化为热能。涂层选用选择性吸收性能突出的意义在于，就涂层位置而论吸收效果没有明显差别。另外第二个考虑方面是涂层的发射率，发射率在红外区内较低，综合实际效果采用磁控溅射方法。

3.4调整隔热层设计

隔热层的厚度是影响太阳能储存、利用的关键，但就各地区实际情况不同，所需厚度设计也要及时调整，而不能一概而论。其厚度设计与集热器、涂层吸收率、导热性能、当地天气状况有关，集热器温度低同时常年气温高的条件时要选用厚度小的隔热层。

3.5优化吸热板设计

太阳能集热器主要依靠吸收热能、传递热量的工作原理达到使用目的，平板型太阳能更主要采用平板的设计，加大吸收面积，就常见的吸热板设计主要分为管状式和盒状式。经国内外的实践表明，将管体与平板设计相结合能够形成条状的吸收源，便于连接成一体的吸热板，材料普遍、加工难度小，且管状设计能够增加吸收面积，是性能高的设计结构。

目前大多采用全铜为吸热板材料，铜的导热系数很大，导热热阻集中在管子与板翅之间接触面上，管子的径向厚度相当薄，板翅也非常薄，管子和板翅上的导热阻力相对较小， 减少管板间结合接触热阻是提高集热器热效率的有效方法之一。采用超声波或高频焊接可使管板熔接在一起大大降低接触热阻提高热效率。

4、结语

综上所述，太阳能热水器产业是我国新能源战略性新兴产业的重要支柱之一。太阳能热水器优势是采用清洁能源并不用支付相关使用费用，是响应能源节约型社会建设要求的设施，并且安装条件不受城乡区域限制，适宜大面积推广。本文就平板式太阳能在能量吸收和储存过程中出现的问题予以分析，意在减少热能损耗、优化基本结构设计。

参考文献

[1]刘鉴民.太阳能利用：原理？技术？工程[M].北京电子工业出版社，2010.6

[2]郑瑞澄.民用太阳能热水系统工程技术手册[M].化学工业出版社，2006.2