[发明专利]一种基于吸收颗粒的太阳能平板集热器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种太阳能集热器，特别是一种适合于各种高、中、低温太阳能热利用的、基于吸收颗粒的太阳能平板集热器。

技术背景

能源问题是全世界范围所面临最为突出的问题之一，而太阳能是人类取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能光热转换是目前世界范围内太阳能利用的一种最普及、最主要形式，其中最具代表性的就是太阳能热水器。我国已成为世界上生产太阳能热水器最多的国家，同时也拥有世界上最大的太阳能热水器市场。可以预见，太阳能热水器将成为不可取代的太阳能利用形式。

太阳能热水器的类型很多，其构造主要由集热器和蓄热器两大部分组成，其中集热器是技术关键，直接关系到太阳能热水器的利用效率、使用性能和能够正常运行的环境温度条件。目前广泛应用于日常生活中的太阳能热水器根据集热器的不同按使用季节基本上可分为三类：

第一类：只能在夏季或炎热气候下使用。一般有闷晒式和普通平板式。

第二类：能在春、夏、秋及最低环境温度高于零度时使用，主要类型有全玻璃真空管式和双层玻璃平板式。此类集热器在气温低于零度时须放水停用，否则将造成集热器的冻伤害。

第三类：可以在全年任何气候中使用，主要有热管玻璃真空管式集热器。20世纪80年代中期，以平板型太阳集热器为主要部件的太阳能热水器在我国已初步形成产业，这对于节约常规能源、保护自然环境和改善人民生活都发挥了积极的作用，然而由于平板型太阳能集热器只能提供低温热水而且一般不能全年运行，应用范围受到限制。为进一步提高集热器的工作温度，拓宽太阳能应用领域，研究开发了全玻璃真空管式太阳能集热器及热管一真空管式太阳能集热器。

已经大量应用的太阳能集热器主要有平板式太阳能集热器、全玻璃真空管式太阳能集热器、热管式太阳能集热器、热管一真空管式太阳能集热器，其中全玻璃真空管式太阳能集热器占领国内大部分市场。但理论上平板式太阳能集热器的日平均效率比真空管式太阳能集热器要高，而且国家正在大力提倡节能减排，由于平板太阳能热水器与储水箱分离，与建筑结合更灵活、更完美，容易实现与建筑一体化，已经引起了业界的关注。因此，从太阳能集能器的发展趋势来看，平板式太阳能热水器具有巨大的发展潜力。

20世纪80年代曾占我国太阳能热水器统治地位的平板太阳能热水器在近20多年内已逐渐被全玻璃真空管太阳能热水器替代，市场份额逐年下降，现已降至15％左右。然而同期国外太阳能集热器市场并没有发生这样的变化，平板太阳能热水器在国际上仍占主流地位。国外平板太阳能集热器的热性能与全玻璃真空管太阳能集热器相比，在提供家用热水时几乎没有差别。权威的瑞士SPF对多家生产厂检测结果表明(基于Aperture)，平板太阳能集热器效率曲线截距在0.78～0.81，热损系数在3.54～4.03W/(m²·K)；全玻璃管真空管集热器(内插热管或U形管)在0.53～0.61，热损系数在1.30～2.22W/(m²·K)。在提供生活用热水时，以瑞士中部气候为例，平板太阳能集热器全年输出为485～541W/(m²·K)，全玻璃管真空管集热器全年输出为466～561W/(m²·K)。尽管全玻璃管真空管集热器的热损系数远低于平板太阳能集热器，但平板太阳能集热器效率曲线的截距却远高于全玻璃管真空管集热器。需要指出的是SPF检测的全玻璃真空管太阳能集热器多是密排管。国内的全玻璃真空管太阳能集热器管间距要大得多，热效率还要更低一些。

虽然平板太阳能集热器理论上的日平均效率比真空管式太阳能集热器要高，而且国外平板太阳能集热器的热性能与全玻璃真空管太阳能集热器相比，在提供家用热水时几乎没有差别，仍占主流地位。但是，我国平板太阳能集热器的市场份额很低，而且效果差、成本高。国外的平板太阳能集热器普遍采用性能较高的选择性镀层吸热板，太阳光吸收率大于90％，红外发射率小于6％。而我国平板太阳能集热器的吸热板，性能最好的红外发射率也高于20％，如电化学处理的黑镍（用于铝板）或黑铬（用于铜板），有些生产厂家还在使用性能极差的黑漆涂料。

因此，平板太阳能集热器（尤其是我国的）还有大幅改进与提高的空间，关键在于提高集热效率和降低热损系数。由于选择性镀层的吸收率大小决定了整个集热器的集热效率，其发射率则决定了热损系数的高低，因而，最主要的改善途径就是提高选择性镀层吸热板的太阳光吸收率和降低红外发射率。