陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

周燕，金國庭，范新暉

（1.佛山市東鵬陶瓷有限公司，佛山 528031；2.佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司，佛山 528031）

陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

周燕1，金國庭1，范新暉2

（1.佛山市東鵬陶瓷有限公司，佛山 528031；2.佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司，佛山 528031）

本文綜述了陶瓷太陽能板集熱技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合各種集熱器優(yōu)缺點(diǎn)和熱效果測試數(shù)據(jù)，分析了陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，展望了陶瓷太陽能板集熱器的市場前景。

陶瓷板；太陽能集熱器；集熱器技術(shù)；現(xiàn)狀分析

1 前言

太陽能是天然大規(guī)?？稍偕茉?，1000億m2太陽能等于全球能源的總和，使用時(shí)需要對(duì)其熱量進(jìn)行收集后轉(zhuǎn)化為其他能源，現(xiàn)有太陽能裝置如單晶硅等，由于使用成本高、壽命短，壽命期間得到的能量少于為制造、使用太陽能裝置所消耗的常規(guī)能源，與使用常規(guī)能源相比，需要更多貨幣、造成更大的環(huán)境污染，所以不被廣泛推廣。

因太陽能是低密度的面能源，要形成大規(guī)?？稍偕娲茉葱枰薮蟮奶柲苁占娣e，陶瓷太陽能板集熱器產(chǎn)業(yè)要得到長足發(fā)展，必須采用成本低、壽命長、性能穩(wěn)定、效率高的材料、結(jié)構(gòu)及裝置進(jìn)行生產(chǎn)，其使用成本必須低于常規(guī)能源。實(shí)踐證明，陶瓷太陽能板集熱器具有生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)能耗低、生產(chǎn)成本低廉、壽命長、性能穩(wěn)定、效率高等特點(diǎn)。因此，值得應(yīng)用推廣。

2 太陽能集熱器的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 太陽能集熱器的定義

太陽能集熱器是吸收太陽輻射，并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的一種裝置。

2.2 太陽能集熱器的分類

（1）按集熱器的傳熱工質(zhì)類型分：液體集熱器、空氣集熱器；

（2）按進(jìn)入采光口的太陽輻射是否改變方向分：聚光型集熱器、非聚光型集熱器；

（3）按集熱器是否跟蹤太陽分為：跟蹤集熱器、非跟蹤集熱器；

（4）按集熱器內(nèi)是否有真空空間分為：平板型集熱器、真空管集熱器；

（5）按集熱器的工作溫度范圍分為：低溫集熱器、中溫集熱器、高溫集熱器；

（6）按集熱板使用材料分別為：純銅集熱板、銅鋁復(fù)

合集熱板、純鋁集熱板、玻璃真空管集熱器、陶瓷太陽能板集熱器。

表1 各種太陽能集熱器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

續(xù)表1

2.3 各種太陽能集熱器的對(duì)比

各種太陽能集熱器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

2.4 陶瓷太陽能板集熱器的技術(shù)分析

陶瓷太陽能板是以普通陶瓷為基體，表面涂施對(duì)陽光有高吸收率的材料，然后經(jīng)1200℃一次燒成的薄壁太陽能集熱體，太陽吸收比在0.93以上。其具有成本低、壽命長、性能穩(wěn)定；不腐蝕、不老化、不褪色；無毒、無害、無放射性；陽光吸收率不衰減等特點(diǎn)，并且有長期較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，與建筑同壽命，容易與建筑一體化結(jié)合安裝，是一種新穎的太陽能光熱材料。相同的安裝面積，陶瓷太陽能有效采光面積是真空管的1.3倍，是金屬平板的1.1倍，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。試驗(yàn)表明，夏日的晴天在濟(jì)南和福建每平方米陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)可將17～35公升自來水加熱到100～110℃；冬天在山東每平方米陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)可將31 kg負(fù)0.5℃的海水加熱至50℃，而在國內(nèi)外干旱、炎熱的荒漠、沙漠、戈壁地區(qū)，陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)可將更多的水加熱到更高的溫度。

陶瓷太陽能集熱板可與建筑同壽命（50年），與原房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層，使房頂具有更好的保溫隔熱效果。因此，太陽能集熱板的能源產(chǎn)出與能源投入是最實(shí)惠的、產(chǎn)出投入比也是最高的，將成為太陽能熱利用由單一型向集中型、家庭型向工程型，以及與建筑一體化發(fā)展轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵產(chǎn)品。

3 陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

陶瓷太陽能集熱器技術(shù)包括：陶瓷太陽能集熱板制造方法、陶瓷太陽能集熱板的零配件和組裝結(jié)構(gòu)、陶瓷太陽能集熱板與建筑墻面的結(jié)合這三大技術(shù)領(lǐng)域。

第一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樘沾商柊宓闹圃旆椒?，包括陶瓷基體的配方和制造方法和陶瓷吸熱面的配方和制造方法，涉及到與傳統(tǒng)陶瓷板接近但又有所不同的制造工藝。與傳統(tǒng)陶瓷板相比，雖然仍采用陶瓷粉料、成型、燒制等基本工藝，但因?yàn)榧療岚灞仨殲閮?nèi)部中空，以及表面必須為黑色或者深色的吸熱面，因此內(nèi)部中空的熱水流動(dòng)和被加熱的通道的成型需要特殊的模具，不能采用干式壓制，只能采用濕式的模具擠壓成型；吸熱面的涂層與常規(guī)陶瓷板不同，必須采取在表面噴涂某種吸熱材料的方法，該吸熱材料的噴涂方法、工具和材料的選擇均有所不同。

第二個(gè)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樘沾商柊宓慕M裝工藝和零部件。陶瓷太陽板必須是批量的橫縱隊(duì)列布置在一起，具有足夠的吸熱面才能獲得足夠的熱量，因此多個(gè)太陽板必須通過管道串聯(lián)在一起，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)與材料強(qiáng)度等多方面原因，太陽板內(nèi)部通道必須由一個(gè)集中連接件將多個(gè)通道集中到某條管道上再與其他太陽板貫通起來；所以相關(guān)的集中連接件以及管道的結(jié)構(gòu)、材料和設(shè)備均需要嚴(yán)格限定，這與普通陶瓷板的結(jié)構(gòu)也大為不同。

第三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榕c普通陶瓷板通過水泥或者其他粘合劑粘合的方式鋪設(shè)在地表或者墻面不同，陶瓷板必須安裝于外墻面或者屋頂，經(jīng)受長期的風(fēng)吹雨淋、光照日曬以及灰塵雜物等影響，其外部工作環(huán)境惡劣。因此，安裝方式需要更加牢固可靠，還有與屋頂結(jié)構(gòu)的防潮防漏水問題，還有熱水的保溫問題；因?yàn)殡y以避免的損壞和維修方面的原因，其不可能采取固定粘接的方式進(jìn)行安裝，一定會(huì)考慮到可替換損壞的陶瓷太陽板的問題，以及與建筑結(jié)構(gòu)本體的配合問題。因此，在屋頂設(shè)置什么樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行太陽板的固定，也是要考慮的重要問題。

表2 各種集熱器集熱效果測試數(shù)據(jù)日期：2013年5月13日 天氣：多云25-29℃ 風(fēng)力：南風(fēng)1級(jí)

4 結(jié)論

隨著全球氣溫變暖，世界各國對(duì)能源的利用，以及對(duì)環(huán)保問題的高度重視，太陽能這種新能源的利用已經(jīng)得到大家的認(rèn)可，進(jìn)一步研究太陽能的利用和開發(fā)對(duì)緩解我國能源具有現(xiàn)實(shí)意義?！秶窠?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》專設(shè)章節(jié)，明確提出“面對(duì)日趨強(qiáng)化的資源環(huán)境約束，必須增強(qiáng)危機(jī)意識(shí)，樹立綠色、低碳發(fā)展理念，以節(jié)能減排為重點(diǎn)，健全激勵(lì)與約束機(jī)制，加快構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)方式和消費(fèi)模式，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力，提高生態(tài)文明水平。2011年6月1日發(fā)布實(shí)施的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》在鼓勵(lì)類“十二建材”中特別將“建筑廢棄物的綜合利用”作為一個(gè)點(diǎn)單獨(dú)提出，并在“三十八 環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約綜合利用”中提出“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材環(huán)保及資源綜合利用等技術(shù)開發(fā)”的要求。而太陽能是低密度、綠色能源，其能源是散布在整個(gè)日照范圍，隨著我國太陽能利用技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能集熱器的研究和運(yùn)用開發(fā)不但能充分利用綠色清潔能源太陽能，扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢，更是是未來另一個(gè)重要的市場。此外，太陽能熱水工農(nóng)業(yè)應(yīng)用，如：太陽能海水淡化、太陽能干燥、太陽能游泳池加熱、印染熱水加熱等應(yīng)用也是構(gòu)成未來太陽能熱水器的潛在市場。

陶瓷太陽能板集熱器技術(shù)因其顯著的優(yōu)越性，越來越受到關(guān)注，但目前組裝還存著接口易老化等問題，通過接口結(jié)構(gòu)的一體化改良可以避免此類問題。另外，由于陶瓷材料吸熱涂層不易養(yǎng)護(hù)，應(yīng)開發(fā)出易于更換和養(yǎng)護(hù)的吸熱涂層材料，并且研究太陽能與建筑一體化，才能拓展其應(yīng)用。

[1]曹樹梁,許建華,楊玉國,等.陶瓷太陽板及其應(yīng)用[J].能源研究與利用.2011(02).

[2]修大鵬，曹樹梁，許建華，等.黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板集熱系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].山東科學(xué),2013,2.

[3]黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板大幅降低太陽能利用成本[J].墻材革新與建筑節(jié)能,2009(07).

[4]陳賢偉,范新暉,周子松.陶瓷板太陽能集熱器發(fā)展現(xiàn)狀及研究[J].佛山陶瓷,2014(02).