一种平板太阳能集热器制造技术

本发明专利技术涉及一种太阳能集热器，自底层到顶层依次由隔热层、工作介质、金属基板、吸收膜及低辐射模块构成；隔热层位于集热器最底层；隔热层上部包覆的是盛装工作介质的铜质介质管或介质腔，介质管或介质腔则布设焊接于金属基板的下部；吸收膜沉积于金属基板上部，低辐射模块覆盖于吸收膜上部。所述低辐射模块自下而上依次由镀膜玻璃、沉积在镀膜玻璃上的低发射率膜、位于低发射率膜上方的中空层、支撑中空层的密封条，以及由密封条连接的位于中空层上方的上层玻璃组成。本发明专利技术显著提升了平板太阳能集热器的性能与效率，极大地拓展了平板太阳能集热器的适用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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平板集热器，属于太阳能

技术介绍
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O. 78 O. 81，热损系数在3. 54 4. 03 ff/ (m2 · K);全玻璃管真空管集热器(内插热管或U形管)在O. 53 O. 61,热损系数在I. 30 2. 22 ff/ (m2 ·Κ)。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485 541 W/(m2· K)，全玻璃管真空管集热器全年输出为466 561 W/(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。然而，由于现有的技术途径是希望在同一个材料体系上实现对于太阳光的高吸收率与中波红外的低发射率，需要在同一材料体系同时优化好这二方面性能是当前整个国内外产业界都在努力的方向，同时还在成本和耐侯性方面对整个材料体系提出了尽可能成本低、耐侯性好的要求。本专利技术专利就是针对这些问题提出了一种新的途径。
技术实现思路
针对现有平板太阳能集热器技术和产品的不足，本专利技术公开了一种将红外低发射与太阳光高吸收两种关键功能分离开来的平板太阳能集热器结构，二者可以分别做到最佳，而且具有相对较低的成本和良好的耐侯性能。因此可以很好地解决现有关键吸收层无法兼顾高吸收和低发射功能的难题，在提高太阳能集热效率的同时，降低辐射损失，达到进一步高效利用太阳能的目的。实现本专利技术目的的技术方案是一种平板太阳能集热器，自底层到顶层依次由隔热层、工作介质、金属基板、吸收膜及低辐射模块构成；隔热层位于集热器最底层；隔热层上部包覆的是盛装工作介质的铜质介质管或介质腔，介质管或介质腔则布设焊接于金属基板的下部；吸收膜沉积于金属基板上部，低辐射模块覆盖于吸收膜上部。所述低辐射模块自下而上依次由镀膜玻璃、沉积在镀膜玻璃上的低发射率膜、位于低发射率膜上方的中空层、支撑中空层的密封条，以及由密封条连接的位于中空层上方的上层玻璃组成。本专利技术所公开的平板太阳能集热器结构的基本工作原理是阳光通过低辐射模块入射到吸收膜上，被吸收膜全部吸收后转化为热量，通过导热性良好的金属基板将热量传递至工作介质，将工作介质加热，并由工作介质将热量带走至储热水箱的换热器进行循环换热，最终将水箱中的水加热使用。由于工作时平板太阳能集热器中温度最高的吸收膜和工作介质的下部有隔热层，防止热量由下部逃逸损失；上部有导热性差的玻璃及中空的低辐射模块，防止了热量由上部的传导及辐射损失，大大降低了产品的热损系数。所述的隔热层采用保温性能好，即热导率小的材料，不易变形或挥发，不产生有毒气体、不吸收，通常要求热导率不大于O. 06W/(m · °C ) O可选用的材料有岩棉、玻璃棉、聚氨酯、发泡剂、聚苯乙烯、气凝胶或酚醛泡沫。可根据工作温度选用合适的隔热材料。所述的工作介质为导热流体，优选的，所述的工作介质为防冻液，可使用泵驱动防冻液在平板太阳能集热器及储热水箱的换热器间循环换热，这样可以从根本上解决平板太阳能集热器中水的冻结与冻坏问题，同时可消除平板太阳能集热器中水结垢的问题。所述的金属基板为镀制吸收膜的基板,各种导热性能好的Au、Ag、Cu、Al、Ni金属或它们的合金及组合都可作为金属基板，其组合方式可以是在其中一种金属基板上镀制另一种金属膜。优选的，以成本低的Al为基板、或红外发射率低的Cu为基板、或成本与红外发射率均较低的Al上镀Cu膜为基板。所述的吸收膜为对发射率无限制要求的太阳光高吸收薄膜材料，由于太阳辐射能·主要分布在O. 3-2. 5Mm,常用的有禁带宽度在O. 5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板太阳能集热器，其特征在于：自底层到顶层依次由隔热层（1）、工作介质（2）、金属基板（3）、吸收膜（4）及低辐射模块（5）构成；隔热层（1）位于集热器最底层；隔热层（1）上部包覆的是盛装工作介质（2）的铜质介质管或介质腔，介质管或介质腔则布设焊接于金属基板（3）的下部；吸收膜（4）沉积于金属基板（3）上部，低辐射模块（5）覆盖于吸收膜（4）上部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆卫，王少伟，俞立明，王晓芳，陈飞良，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，上海德福光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：