陶瓷太陽能板集熱器技術的發展現狀

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的發展現狀

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的發展應用現狀，并結合各種集熱器優缺點和熱效果測試數據，分析了陶瓷太陽能板集熱器技術的生產技術關鍵點，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；現狀分析

1 前言

太陽能是天然大規?？稍偕茉?，1000億m2太陽能等于全球能源的總和，使用時需要對其熱量進行收集后轉化為其他能源，現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能源，與使用常規能源相比，需要更多貨幣、造成更大的環境污染，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?？稍偕娲茉葱枰薮蟮奶柲苁占娣e，陶瓷太陽能板集熱器產業要得到長足發展，必須采用成本低、壽命長、性能穩定、效率高的材料、結構及裝置進行生產，其使用成本必須低于常規能源。實踐證明，陶瓷太陽能板集熱器具有生產工藝簡單、生產能耗低、生產成本低廉、壽命長、性能穩定、效率高等特點。因此，值得應用推廣。

2 太陽能集熱器的發展現狀

2.1 太陽能集熱器的定義

太陽能集熱器是吸收太陽輻射，并將產生的熱能傳遞到傳熱介質的一種裝置。

2.2 太陽能集熱器的分類

（1）按集熱器的傳熱工質類型分：液體集熱器、空氣集熱器；

（2）按進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

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缺點對比

續表1

2.3 各種太陽能集熱器的對比

各種太陽能集熱器優缺點對比如表1所示。

2.4 陶瓷太陽能板集熱器的技術分析

陶瓷太陽能板是以普通陶瓷為基體，表面涂施對陽光有高吸收率的材料，然后經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，并且有長期較高的光熱轉換效率，與建筑同壽命，容易與建筑一體化結合安裝，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，因而具有廣闊的應用前景。試驗表明，夏日的晴天在濟南和福建每平方米陶瓷太陽板集熱系統可將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可將31 kg負0.5℃的海水加熱至50℃，而在國內外干旱、炎熱的荒漠、沙漠、戈壁地區，陶瓷太陽板集熱系統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），與原房頂共用結構層、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出與能源投入是最實惠的、產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展轉化的關鍵產品。

3 陶瓷太陽能板集熱器技術的發展現狀

陶瓷太陽能集熱器技術包括：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構、陶瓷太陽能集熱板與建筑墻面的結合這三大技術領域。

第一個技術領域為陶瓷太陽板的制造方法，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，涉及到與傳統陶瓷板接近但又有所不同的制造工藝。與傳統陶瓷板相比，雖然仍采用陶瓷粉料、成型、燒制等基本工藝，但因為集熱板必須為內部中空，以及表面必須為黑色或者深色的吸熱面，因此內部中空的熱水流動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。

第二個技術領域為陶瓷太陽板的組裝工藝和零部件。陶瓷太陽板必須是批量的橫縱隊列布置在一起，具有足夠的吸熱面才能獲得足夠的熱量，因此多個太陽板必須通過管道串聯在一起，因為結構與材料強度等多方面原因，太陽板內部通道必須由一個集中連接件將多個通道集中到某條管道上再與其他太陽板貫通起來；所以相關的集中連接件以及管道的結構、材料和設備均需要嚴格限定，這與普通陶瓷板的結構也大為不同。

第三個技術領域為與普通陶瓷板通過水泥或者其他粘合劑粘合的方式鋪設在地表或者墻面不同，陶瓷板必須安裝于外墻面或者屋頂，經受長期的風吹雨淋、光照日曬以及灰塵雜物等影響，其外部工作環境惡劣。因此，安裝方式需要更加牢固可靠，還有與屋頂結構的防潮防漏水問題，還有熱水的保溫問題；因為難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行安裝，一定會考慮到可替換損壞的陶瓷太陽板的問題，以及與建筑結構本體的配合問題。因此，在屋頂設置什么樣的結構進行太陽板的固定，也是要考慮的重要問題。

表2 各種集熱器集熱效果測試數據日期：2013年5月13日 天氣：多云25-29℃ 風力：南風1級

4 結論

隨著全球氣溫變暖，世界各國對能源的利用，以及對環保問題的高度重視，太陽能這種新能源的利用已經得到大家的認可，進一步研究太陽能的利用和開發對緩解我國能源具有現實意義?！秶窠洕蜕鐣l展第十二個五年規劃綱要》專設章節，明確提出“面對日趨強化的資源環境約束，必須增強危機意識，樹立綠色、低碳發展理念，以節能減排為重點，健全激勵與約束機制，加快構建資源節約、環境友好的生產方式和消費模式，增強可持續發展能力，提高生態文明水平。2011年6月1日發布實施的《產業結構調整指導目錄（2011年本）》在鼓勵類“十二建材”中特別將“建筑廢棄物的綜合利用”作為一個點單獨提出，并在“三十八 環境保護與資源節約綜合利用”中提出“節能、節水、節材環保及資源綜合利用等技術開發”的要求。而太陽能是低密度、綠色能源，其能源是散布在整個日照范圍，隨著我國太陽能利用技術的不斷發展，太陽能集熱器的研究和運用開發不但能充分利用綠色清潔能源太陽能，扭轉生態環境惡化趨勢，更是是未來另一個重要的市場。此外，太陽能熱水工農業應用，如：太陽能海水淡化、太陽能干燥、太陽能游泳池加熱、印染熱水加熱等應用也是構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因其顯著的優越性，越來越受到關注，但目前組裝還存著接口易老化等問題，通過接口結構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護，應開發出易于更換和養護的吸熱涂層材料，并且研究太陽能與建筑一體化，才能拓展其應用。

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

[2]修大鵬，曹樹梁，許建華，等.黑瓷復合陶瓷太陽板集熱系統的應用研究[J].山東科學,2013,2.

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

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