平板太陽能冰箱平板太陽能起源

在由高碳走向低碳的碳革命中，太陽能熱利用的節(jié)能環(huán)保備受關注。據(jù)統(tǒng)計，太陽能熱水系統(tǒng)可以實現(xiàn)建筑節(jié)能10%至15%，而住宅采用太陽能供暖系統(tǒng)，將為建筑能耗節(jié)省45%左右。 在由高碳走向低碳的碳革命中，太陽能熱利用的節(jié)能環(huán)保備受關注。據(jù)統(tǒng)計，太陽能熱水系統(tǒng)可以實現(xiàn)建筑節(jié)能10%至15%，而住宅采用太陽能供暖系統(tǒng)，將為建筑能耗節(jié)省45%左右。 綜觀太陽能熱利用的現(xiàn)狀，國外主要以平板太陽能為主，國內(nèi)則以真空管為主。在能源利用效率方面，平板熱效率可達到76%以上。在太陽能與建筑一體化應用中，平板太陽能更符合建筑的美觀性，并且兼具屋面和集熱雙重功能。五星太陽能董事長胡廣良介紹說，太陽能與建筑一體化是讓太陽能成為建筑的一部分，在為用戶提供熱水的同時，也為整個建筑的節(jié)能減排發(fā)揮作用。 由于平板太陽能更節(jié)能、更安全及美觀耐用等優(yōu)點，在全球范圍內(nèi)使用頻率大大超過真空管太陽能，是國際市場上的主流產(chǎn)品。低碳化已成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流，隨著國家政策的出臺和國內(nèi)市場的需求，加上國內(nèi)各大型平板太陽能生產(chǎn)企業(yè)的努力，中國的平板太陽能必將迎來一個黃金時期。對此胡廣良表示:"上海仙能環(huán)保設備有限公司作為中國平板太陽能的研發(fā)、

制造企業(yè)的先行者，將會不遺余力地推動平板太陽能的普及和發(fā)展。

在我國太陽能冰箱市場上，目前真空管冰箱占有絕對優(yōu)勢是一個不爭的事實，而且發(fā)展勢頭也異?；鸨?，前景更是迷人。但我們不可忽視的是近年來平板冰箱異軍突起，成為展會上的亮點，國內(nèi)用戶的新寵，國際市場的主流，甚至還被一些專家學者認為是未來太陽能

冰箱的發(fā)展方向。如果我們沾沾自喜于真空管冰箱的規(guī)模和水平，而不去認真地研究平板太陽能冰箱的優(yōu)勢與發(fā)展，我們就不可能放眼長遠，把握未來，掌握進軍國際高端市場的主動權(quán)。

平板集熱器是平板冰箱的關鍵部件，其熱性能高低是衡量冰箱好壞的重要指標。它主要包括涂有選擇性吸收涂層的吸熱板、透光材料蓋板、保溫層和外殼四大部分。當陽光透過玻璃蓋板照在平板吸熱板上時，其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并傳向流體通道中的工質(zhì)。通過自然循環(huán)或強迫循環(huán)，而將儲水箱內(nèi)的水加熱。吸熱板的材料國外基本上都用銅和不銹鋼，國內(nèi)已經(jīng)大量采用銅材、鋁合金、鋼材、鍍鋅板，沿海水質(zhì)較差的地區(qū)，則可用塑料或玻璃來替代。因為金屬表面的反射率高，吸收率低，為了增強吸收效果，必須在金屬表面也即吸熱板上制備涂層。按制備工藝不同，可將涂層分為電鍍涂層、電化學轉(zhuǎn)化涂層、真空鍍膜涂層和涂料涂層四種主要形式。因為集熱器周圍是空氣，所以當集熱器的吸熱板在轉(zhuǎn)

變太陽輻射能量為水的熱能時，也向周圍環(huán)境散失熱量，這就使太陽輻射能量不能全部轉(zhuǎn)化成水的熱量。為了減輕這部分能量的損失，在吸熱板上面安裝透光材料蓋板，使蓋板透過可見光而不透過遠紅外線，從而減少能量散失，更有效地提高吸熱板和水的溫度。優(yōu)質(zhì)透光材料蓋板對冰箱的效率及壽命有很大影響。目前國內(nèi)外采用的蓋板材料主要有普通平板玻璃、鋼化玻璃和玻璃鋼等，其中應用最廣泛的還是鋼化玻璃。在吸熱板的四周和底部安放保溫材料，用來減少集熱器向四周環(huán)境散失熱量，以提高集熱器的效率。常用的保溫材料有巖棉、礦棉、聚苯乙烯和聚氨脂等。聚苯乙烯在溫度較高時會收縮，因此在使用它作保溫材料時，往往在它與吸熱板之間先放一薄層巖棉或礦棉。為了將吸熱板、透光蓋板和保溫層組成一個整體，并保持有一定的剛度和強度便于安裝，需要有一個較為堅固美觀的外殼，一般用鋁材、鋼材、塑料、玻璃等做成。此外，平板太陽能冰箱還有儲水箱、支架、管道極其配件等結(jié)構(gòu)要素。

平板太陽能冰箱在我國的發(fā)展經(jīng)歷了一個"U"字形過程，現(xiàn)在又在新的起點上逐步抬頭，引起了專家學者和企業(yè)界的高度關注。據(jù)有關資料表明，1997年我國太陽能冰箱的年產(chǎn)量達350萬平方米，其中平板太陽能冰箱約占45%，真空管冰箱約占30%。到2001年我國平板太陽能冰箱的比例就下降到了26.3%，而真空管冰箱上升到63.2%。截至目前，經(jīng)過近10年來的持續(xù)下滑，我國平板太陽能冰箱產(chǎn)量所占份額也就僅有90%左右了。然而，在國際市場上，平板太陽能冰箱卻始終是主導產(chǎn)品，國外(如日本、美國等)90%以上的太陽能熱水系統(tǒng)都采用平板型太陽集熱器，即使在冬季十分寒冷的丹麥、瑞典等北歐國家也毫不例。我國有關部門對全球太陽能冰箱發(fā)展情況進行了統(tǒng)計分析。被統(tǒng)計的歐洲、美洲、大洋洲和亞洲的21個國家中的433家太陽能企業(yè)中，有平板太陽能冰箱401家，占企業(yè)總數(shù)的92.61%;有真空管太陽能冰箱12家，占企業(yè)總數(shù)的2.77%;簡易太陽能冰箱20家，占企業(yè)總數(shù)的4.62%。顯然，在國外太陽能冰箱應用中，平板太陽能冰箱生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)遠遠大于其他產(chǎn)品類型企業(yè)數(shù)量。隨著新能源的推廣和普及，以及科技的進步和發(fā)展，我國平板太陽能冰箱的技術(shù)水平和產(chǎn)品性能、質(zhì)量也在不斷提高，并在一體化等多個方面表現(xiàn)出獨特的發(fā)展優(yōu)勢。2008年北京奧運會工程之一"奧運村"，在大規(guī)模太陽能熱水系統(tǒng)招標中，選擇了德國企業(yè)生產(chǎn)的平板太陽能集熱器，讓我國真空管太陽能冰箱生產(chǎn)企業(yè)不得不凝神反思。今年3月6日，在第六屆中國太陽能品牌產(chǎn)品博覽會上，海爾太陽能中標澳洲一萬平方米平板集熱器大單成為惹人眼紅的新聞。海爾集團從德國引進先進平板集熱技術(shù)，開發(fā)出適合中國市場的高溫平板太陽能集熱器，成功解決了平板太陽能的保溫性、密封性等行業(yè)難題。太陽雨、澳柯瑪?shù)葒鴥?nèi)品牌企業(yè)也紛紛投資平板太陽能冰箱項目。經(jīng)過太陽能冰箱行業(yè)和建筑業(yè)界的共同努力，我國平板太陽能冰箱正從低谷走向了新的發(fā)展階段。

平板太陽能冰箱經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)更趨成熟和完善，并具備了其它類型太陽能所不具備的優(yōu)勢特點。一是特別適合與建筑一體化要求。平板太陽能冰箱由于其平面結(jié)構(gòu)特性，在太陽能的建筑一體化應用中，形態(tài)結(jié)構(gòu)靈活隨意，設計時不受形態(tài)或尺寸的約束，易于實現(xiàn)與建筑構(gòu)件的結(jié)合。再加上它的集熱板為金屬材質(zhì)，可方便采用絲結(jié)、焊接等連接方式，為安裝、維護和使用提供了便利。二是具有較高的熱效率。因為真空管太陽能集熱器是由若干根真空管組成的，管子之間存在著間隙，在被太陽光照射時，有一部分太陽能沒有被集熱器所接受。平板太陽能集熱器卻是一個連續(xù)的平面，整個集熱器表面都可以接受太陽光。所以，在相同的采光面積和日照強度下，平板太陽能冰箱的日平均效率一般要高于真空管太陽能冰箱日平均效率6%以上。三是具有良好的承壓性能。由于平板太陽能集熱器的吸熱板是由金屬材料制成的，集熱器與貯水箱的連接也采用金屬零件，因此，可承受來自自來水和循環(huán)泵的壓力。目前，城市用水一般都采用集中供水系統(tǒng)，自來水壓力較高，這就要求從太陽能冰箱出來的熱水要有一定的壓力，從而，減小冰箱出水口與自來水出水口之間的壓差，為用戶使用提供方便和舒適。四是組成大系統(tǒng)時性能穩(wěn)定。對于一些大型的場所，如賓館、游泳館、工廠等地方，在使用太陽能冰箱時，往往需要很多塊太陽能集熱器組成大規(guī)模的供水系統(tǒng)。如果采用平板太陽能集熱器，在集熱器與系統(tǒng)之間用金屬連接，而不是和真空管太陽能冰箱那樣用橡塑件連接，就可以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在建立大規(guī)模太陽能熱水系統(tǒng)的時候，往往采用平板太陽能集熱。此外，由于平板太陽能冰箱結(jié)構(gòu)簡單，加工方便和易于規(guī)?；a(chǎn)，還使得它具有制造成本低、安裝費用省和使用壽命長等特點。當然，平板太陽能集熱器存在的熱損失偏高和防凍等問題，也需要通過科技創(chuàng)新進一步得到解決。為了積極參與國際競爭，開拓國內(nèi)高端市場，我們必須重視平板太陽能冰箱的研究與開發(fā)，以更加開放的心態(tài)，提高我國太陽能熱利用的技術(shù)水平和國際化水平。

21世紀90年代，中國已經(jīng)開始對太陽能吸附制冷冰箱的研究，但是大多數(shù)還局限在實驗室，尚未達到預期的實用化程度，主要原因是受到制取溫度高及太陽能的時間局限性的影響。同時，太陽能吸附制冷冰箱室外吸附床和室內(nèi)制冷器之間需要管路連接，也是影響太陽能吸附制冷冰箱進入批量生產(chǎn)階段的主要障礙。

為了解決以上各種缺陷，國內(nèi)研究人員從系統(tǒng)循環(huán)機理、吸附制冷工質(zhì)對的選擇、平板太陽能冰箱的性能、內(nèi)外特性分析及優(yōu)化設計等諸多方面對太陽能固體吸附式制冷技術(shù)進行了詳細分析研究。上海交通大學制冷所熱環(huán)境研究室孫長江經(jīng)過數(shù)年潛心研究，按照批量生產(chǎn)所要求的工藝和流程，制造了兩臺太陽能吸附式冰箱。實驗結(jié)果表明該冰箱性能較為穩(wěn)定，證明這種平板太陽能冰箱在技術(shù)上已經(jīng)具備了成熟的生產(chǎn)制造條件。

在太陽能吸附冰箱中，吸附工質(zhì)對的選擇非常重要。國內(nèi)研究人員嘗試研究不同的吸附工質(zhì)對的吸附特性，其中包括CoF2-NH3、SrCl2-NH3、活性炭-甲醇、活性炭-乙醇等。實驗結(jié)果表明，CoF2-NH3工質(zhì)對的單位吸附量大，達到最大吸附量時的溫度要求低，吸附周期短，并且多次重復吸附后既不結(jié)塊、也不膨脹，為化學吸附式制冷系統(tǒng)的小型化和實用化提供了新的可能性;SrCl2-NH3工質(zhì)對的吸附制冷量大，適宜太陽能或低品位余熱驅(qū)動，是性能優(yōu)良的工質(zhì)對;活性炭-甲醇工質(zhì)對較之活性炭-乙醇工質(zhì)對更適用于太陽能固體吸附式制冰機中。

高效太陽能集熱器是平板太陽能冰箱的關鍵部件，有非聚焦型太陽能集熱器和聚焦型太陽能集熱器兩類。其中，非聚焦型太陽能集熱器分為平板型、真空管和CPC型三種，這三種集熱器集熱溫度均不高，在250℃以下，屬于低溫或者中溫太陽能集熱器;聚焦型太陽能集熱器分為槽式、碟式和塔式三種，通常情況下，這三種聚焦型集熱器集熱溫度均可達300℃以上，屬于中高溫集熱器。對于平板太陽能冰箱而言，非聚焦型太陽能集熱器主要應用于太陽能吸附制冷冰箱系統(tǒng)，而聚焦型太陽能集熱器可應用于太陽能光電制冷冰箱系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外對太陽能集熱器的研究和利用多限于中低溫范圍。