[科普中国]-全玻璃真空太阳能集热器

研究背景

太阳能集热器的种类繁多,应根据使用要求、安装集热器所允许的空间大小、所处的地理位置和气候情况以及其它组件如储能系统、空调或热气机等的互配性等条件,选择相对合理的设计。随着太阳能利用的不断发展,平板集热器在集热温度、高温效率、年平均效率等方面已不能满足某些装置的需要。

近年来,国外正在积极开展真空集热器的研究工作。由此种集热器所用原料来源丰富,采用耐腐蚀及耐日光辐照的玻璃管代替金属作为结构材料,这样不但可以节约资源、降低成本,还可延长使用寿命。

发展历程1930 年G.C.Abbot 做出了真空太阳集热管：

20世纪80年代初期，美籍华人贝律昆先生送给我国几只全玻璃真空太阳集热管样品。不久，沈阳玻璃计器厂首先研制成功全玻璃真空管集热器，并代表中国参加了1982年在美国举办的世界能源博览会。

清华大学现电子工程系、上海硅酸盐研究所、沈阳玻璃二厂分别研制出全玻璃真空管集热器样机。

1997年，全国销量约4000000支。

现在国内的全玻璃真空管太阳能集热器生产和应用的规模居世界首位。1

构造玻璃真空集热管由三根不同直径的玻璃管组成（右图）。在外管与中管之间的夹层抽高真空10-6乇左右,在中管外壁加涂选择性吸收涂层。集热器上下分别由十根玻璃真空集热管组成。

真空管：切断集热器与透明盖板之间的导热和对流换热热桥。全玻璃真空管的构造由内玻璃管、太阳选择性吸收涂层、真空夹层、 罩玻璃管、 支承件（弹簧卡子）、 吸气剂等部分组成。

各集热管与集热器中间的联箱连接,联箱中间处各插入一根细管,使集热器上下连通连接处均用橡胶密封圈密封。联箱为左右连通,从而组成水的回路。

结构参数设计1、玻璃的选择

集热器的光热转换效率要求外层玻璃管的阳光透过率高集热器的使用和加工要求玻璃热膨胀系数小、抗热冲击性能好、耐压强度高。测试表明,弱料玻璃管能较好地满足上述要求。

2、选择性吸收涂层

集热器要求吸热玻璃管外壁加涂的涂层具有高的太阳能吸收系数及低的热辐射系数。经研制,选用真空沉积黑铬选择性吸收涂层。此种涂层的太阳能吸收系数为0.80~0.83,热辐射系数为0.07~0.09。

3、联箱保温材料的选择

联箱材料在本集热器内既作结构材料又作保温材料,故要求联箱材料具有轻质高强、低热导、耐热等优点。模型和浇注成型的聚氨脂硬质泡沫塑料不仅具有上述特点,而且安装时操作方便,施工效率高。

4、集热管间距的设计

合理选择集热管间距的目的是使玻璃管在阳光强度较高时互相不遮阴,并尽可能多地利用铝板反射的太阳能,效率。从而在成本较低和重量较轻的情况下仍能得到较高的日平均集热效率。

5、真空集热管内的真空度

真空度选择小于10-4乇时,同心圆柱体内残余气体的传导、对流热损与辐射热损相比可忽略不计。

特点全玻璃真空太阳能集热器的特点：

1.平板式太阳能在70年代就已经发明和应用，自从80年代发明全玻璃真空太阳能集热器后，在整个业界平板式太阳能就慢慢退出市场现在在我国只占不到5%的份额，太阳能热水器也经历了60年代的焖晒式太阳能，平板式太阳能，真空管式太阳能，真空热管式太阳能的发展历程，现在真空管已经发展到了三高真空管，真空热管真空管。

2.全玻璃真空太阳能集热器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，在与水箱或连箱进行交换，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。全玻璃真空太阳能集热器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全玻璃真空太阳能集热器而言，几乎为零。热效率达93.5%比平板太阳能提高50-80%。

3.全玻璃真空太阳能集热器的使用寿命：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。

4.各种环境的影响：散热小，保温效果好，抗冻能力强（在南极都有优良表现）；真空管对台风的阻力小，抗台风能力强；真空管是圆形的形状受外来冲击力小，抗冰雹能力强。1