摘 要 平板型集热器对太阳的直接辐射及被大气层反射和散射的漫辐射都能利用。这种集热器的结构比较简单，不需要太阳跟踪装置，故障少，维护管理方便。如选用合适的材料，制造工艺又比较先进，与其他类型的集热器相比，具有造价低和性能可靠的优点。近年来随着对集热器不断地研究改进，平板型集热器的集热温度和集热效率逐步提高，其应用领域越来越广。本文分析了在特殊条件下太阳能平板集热器性能。

关键词 集热器；太阳能热水系统；平板太阳能集热器

引言

本文以平板太陽能集热器为研究对象，分析了影响太阳能集热器热效率的因素，得出水温、太阳辐射对集热效率影响较大，若能保持集热器中的水温较低，集热效率会更高。

1 平板式集热器太阳能系统性能特点及应用

平板太阳集热器和其他太阳集热器相比具有几大特点：①平板集热器最适合用于承压系统；②最适合于双循环的太阳能热水器；③最有利于实现太阳能热水器与建筑结合；④系统寿命长，维护费用低；⑤大多数情况下可以提供更多的生活热水；⑥平板集热器用于太阳能采暖系统时能较方便解决非采暖季节的系统过热问题。因此，在太阳能系统工程、分体式太阳能热水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所，平板集热器比全玻璃真空管集热器在系统寿命、系统维护等方面具有明显优势[1]。

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 平板太阳能集热器在太阳能热水系统中的应用[2]

3.1 平板式阳台壁挂太阳能热水系统

自然循环，闭式，双回路系统，独特立式双腔夹层内胆，内置膨胀空间，结构简单，性能稳定，满足了高层建筑配套使用太阳能热水器的需求。

3.2 分体承压式太阳能热水系统

依据集热器的实测性能，设计与之相匹配的承压水箱，并通过实验对比，确定水箱容水量、介质容量、膨胀罐的配比，组成一套稳定、安全、高效的承压式热水系统，适用于别墅、联排别墅及中小型的热水中心，提升太阳能热水器的产品档次。

3.3 一体式平板太阳能热水系统

研究开发新型独特卧式夹层结构水箱，增加内置膨胀空间，二次循环换热，增加有效换热面积，提高换热效率，将作为现有产品的良好替代品。

3.4 平板式大面积热水系统

实现组装简单，模块化安装，自动化使用，达到全年安全稳定供应热水的功能。

4 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：

4.1 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。

4.2 选择隔热保温材料

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。

4.3 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地集中光能、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。

4.4 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。

4.5 优化吸热板设计

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。

5 结束语

平板集热器结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强、吸热面积大等特点，最有利于实现太阳能系统与建筑相结合，广泛应用于太阳能与建筑一体化中，这将会成为未来太阳能热利用主要发展方向。

参考文献

[1] 郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 高立峰.不同结构的平板式阳台壁挂太阳能热水系统性能分析[J]，山东科学，2012，25（1）：99-102.