[科普中国]-太阳能吸热板

传热流体流动

传热流体通常从太阳能吸热板的下部通过一排平行的排管或一根蛇形管流向太阳能吸热板的上部。在设计流体管道时必须考虑到使太阳能吸热板中的空气能自由向上流出，同时太阳能吸热板内的流体可以方便地排出，防止太阳能吸热板在冬季冻坏。当使用平板排管流道时，上、下集流管的直径要更大一些。一般来讲，上、下集热流管的压力降大约是太阳能吸热板总压力降的10%，这时的流体在管道中的流动才比较均匀。1

技术要求根据吸热板的功能及工程应用的需求，对吸热板有以下主要技术要求。

1.太阳能吸收比高：吸热板可以最大限度地吸收太阳能辐射能。

2.热传递性能好：吸热板产生的热量可以最大限度地传递给传热工质。

3.与传热工质的相容性好：吸热板不会被传热工质腐蚀。

4.一定的承压能力：便于将集热器与其他部件连接组成太阳能系统。

5.加工工艺简单：便于批量生产及推广应用。

吸热板材料吸热板是将太阳能转换为热能的关键部件，它对集热器的性能起重要作用。吸热板的材料种类很多，有铜、铝合金、铜铝复合材料、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等。因为铜具有极高的热导率和抗腐蚀能力，所以吸热板一般选用铜。

平板太阳能集热器吸热板上的流道材料必须保证其不与流体或与流体相连接的其他地方的材料发生电化学反应。例如：大多数饮用水中含有氯离子和重金属离子（如铜和铁等），这些离子会引起铝制流道的点蚀。而且经验表明，流体管道与吸热板简单的机械夹紧会大大影响平板集热器的热效率。为了使热量能从吸热板表面传递给流体，必须使流道与吸热板具有良好的热接触，铜焊、熔接和高温锡焊都可以不同程度地达到以上目的。选择合适的管板结合体系非常重要。为了增强太阳能转换为热能，一般要在吸热板表面（朝太阳一面）涂增强吸收太阳能的涂层。

板芯结构优化在太阳能平板集热器中，太阳能吸热板芯是它的核心部件，其性能的好坏不仅取决于其翅片效率和热效率因子的大小，最重要的还与其成本有关。目前，国内外有许多生产太阳能吸热板芯的厂家，不同厂家生产的吸热板芯的规格不同。同一规格的吸热板芯，各个厂家生产的结构尺寸也是不同的。市场上的平板集热器大都采用全铝吸热板芯、全铜吸热板芯和铜铝复合吸热板芯。文献通过对这三类吸热板芯进行结构优化设计，得出各类板芯的特征尺寸，进而达到节约材料降低成本的目的。2

加工工艺太阳能吸热板的连续加工工艺是一种轧制和冲压技术的复合生产过程，变形区受力复杂。目前，国内从事太阳能开发利用的厂家约有300多家。使用的吸热板均为冲压短带，生产效率低，成品尺寸受限制，不能大批量生产，而目前国内太阳能吸热板的年需求量约为900～1 500万条。文献3通过对太阳能吸热板的连续轧制成型和直径8mm铜管穿管轧制试验，证明连续生产方法可代替过去采用的冲压方法，还可显著提高劳动生产率。这种工艺是有效的。轧制工艺与冲压工艺相比，具有如下优点：

1.轧制吸热板的长度不受限制。如以前穿2000mm长的铜管，冲压钢带由5段组成，使成品表面留下4个接合面，造成传热效率低下。

2.轧制后的吸热板成品表面质量好。冲压制成的吸热板长约为300～400mm，钢带本身较薄，变形不均匀造成冲后表面不平整，使后续穿管十分困难。我们提出的方法可解决这一技术问题。

吸热与散热太阳能吸热板是靠它表面的黑色涂膜(即太阳能涂料)来吸收热能的，但黑色涂膜既吸热也散热，因而热散失较大。在如何使黑色涂膜只吸热不散热呢方面，日本大村野冶金研究所发现，当黑色涂膜的厚度小至三十分之一微米时，就可以达到只吸热不散热的效果(也起到“热逆止阀”的作用)。因此，他们在工艺上采用分子涂膜的工艺后即达到了这一要求，使太阳能吸热板的效率在原基础上提高了25%～40%，而且载热体底板的温度最高可升至200℃而不发生热散失。4

太阳能板是需要在一个理想的温度下才能发挥出它的最大性能，不过如果要用电动设备(如风扇)来为它散热的话，又好像有点本末倒置，所以Stanford大学的科学家就研制了一款新形的太阳能板，期望可以改善上述问题。这款太阳能板上有很多金字塔型和圆锥体结构，可以将以红外线辐射形式传递的热力反射走。此举可以只让太阳能板吸到有用的光，加强效率之余又可以加长硬件的寿命。该研究队伍指出他们还需要走到室外来实地的进一步测试才行，虽然距离商品化还有一段时间，但相信这一日终会来临。5

相关专利自然对流太阳能吸热板6采用背板安装翼翅片的方式，正面金属板是太阳光吸热板，后面金属板是安装了数个翼翅片，用来通风换热，该模板与热泵机连接后可以同时吸收太阳光和空气中的热能，使热泵机系统的设计更加合理，安装安装更加方便，节能效果更加显著。

相关标准标准7规定了平板型太阳能集热器吸热体的术语和定义、产品分类与标记、技术要求、外形尺寸、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存以及检测报告。本标准适用于利用太阳能辐射加热，传热工质为液体或气体的吸热体材料为金属的平板型太阳能集热器吸热体。