太阳能平板集热器行业三大难题取得阶段性进展

　　太阳能平板集热器作为太阳能热水器中的一种，因其运行可靠、易与建筑相结合等优点被越来越多的人重视。据相关数据显示，2015全年真空管型集热器及系统完成3800万㎡，占比87.36%；平板型集热器及系统550万㎡销量，占比12.64%。国外主要以平板集热器为主，平板太阳能产品在欧美市场占有率达90%，国内则以真空管为主。平板太阳能产品在中国市场具有广阔的前景。在能源利用效率方面，平板效率可达到76%以上。由于平板太阳能更安全及美观耐用等优点，在全球范围内使用频率大大超过真空管太阳能，是国际市场上的主流产品。但纵观国内太阳能平板集热器行业，依然存在技术发展停滞不前、创新驱动乏力、低质低价竞争等问题。

　　设计：结合市场需求提升创新能力

　　太阳能平板集热器的设计是一个非常关键的环节。中国太阳能热利用产业联盟秘书长贾铁鹰日前在济南平板论坛指出，平板集热器的设计是行业的短板，行业内真正生产平板集热器的企业不多，创新力远远不够，大多数企业以模仿为主，造成了行业平板集热器技术发展进程缓慢，产品同质化严重等现象。因此，今后应不断加强企业的技术创新能力。

　　在涂层方面，有相关专家则认为，涂层应与市场的需求结合，不管是涂层工艺还是装备企业都需要将技术转化为产品。对于平板型太阳能热水系统而言，应考虑吸收比和发射比等问题，这两点是提高平板集热器高热性能的关键点。比如蓝膜耐盐雾性能差，但密闭呼吸平板解决了这个问题，具有可使用蓝膜的条件，才可以取得最好的热性能，也能让其热性能稳定而持久。其次避免高温空晒对集热器带来的损伤，其空晒考核一是配套材料工作温度是否能满足要求，若产品背部使用聚酯纤维保温效果差，其工作温度不到120℃,而最差的平板空晒时也会超过这个温度；三元乙丙橡胶密封条和集管密封圈长期工作温度150℃，按严格要求为不合格。二是目前多数的平板集热器做不到密闭，但偶尔做成密闭，空晒时玻璃易破碎，这就是平板技术必须要做到腔体密闭和可控呼吸的道理。三是空晒产生巨大的热变形，引起结构损坏、管路泄漏、背板剥离等。

　　水雾：形成自然呼吸

　　在发达国家平板太阳能集热器是太阳能热利用上卓有成效的产品，其热工理论和方法趋于完善，其产品构成材料、在抗内部的高温高压影响和吸热板结构上都有极大进步，其应用份额高达90%。但抗雨水渗透还存在不足，偶尔作为集热器的围护腔体还不同程度存在渗水，吸潮和排湿不好等情况。若不及时除去，将会导致吸热效果降低，长期会导致吸热体腐蚀，并降低保温层效果。

　　太阳能平板集热器水雾

　　专家认为，平板集热器将成为城市高层建筑太阳能工程主导产品，但水雾的出现，严重影响了平板的热性能和寿命。为此需对平板集热器构成器件和材料进行逐一分解分析，通过潜在失效模式影响分析判定，最后给出了产生水雾的主要因素：保温材料含水吸湿过大、产品密闭不严和排气效果差等三个方面。

　　集热器内部只要与大气相通就避免不了“水雾”现象，要解决水雾相关问题，必须要做好密封，并在集热器适当位置安装单向出气孔，内部温度升高后水雾自然消失。

　　也有专家认为，平板集热器最普遍表象就是水雾，水分受热蒸发，遇冷凝结为弥漫的水珠而形成，主要来自残余水分、渗入水分、返潮水分。这些现象有些是外部因素所造成，需通过内因才能起作用，内因主要是集热腔体的不密闭，产生了外部水分的渗入和返潮。不密闭的优点是所形成的缝隙具有呼吸功能，可将腔体内部的水分经受热蒸发后变成水汽呼出，但因缝隙大小是不可预见和控制，当缝隙大时可将残余水分排出。反之，则不足以排除水分，会有水雾出现。对此国内外普遍采用简单加装透气管的做法，有能将残余水分排出的效果，然而也正是这个透气管又人为的开通了后续的渗水、返潮通道。有报道称，环境因素的侵袭会直接或间接通过水分造成次生危害，非密闭平板集热器也难逃其灾，因而集热腔体必须是密闭才能拒环境危害于集热腔体之外，为集热器的集热体创造一个干燥良好的运行环境。

　　应尽可能采用“疏”而不是“堵”的理念，把水疏到集热器围护腔体边界以外。所以平板集热器为了防渗水必须是密闭，密闭后的平板集热器为了平衡运行中产生的正负压力，同时需要有可呼吸的通道，这个呼吸通道必须是防水和透气；有了防水透气通道后，还需可防尘、防潮的措施。研究表明用ePTFE防尘防水透气膜和吸湿快干竹纤维材料可以达到整个集热器防尘、防水、排湿、抗潮和自动平衡内外压力的可控呼吸的目的。可总结为，未来发展平板集热器腔体密闭和可控呼吸是提高热性能稳定、可靠性、耐久性和寿命延长的必由之路。

　　在接受采访的众多企业中，多数企业认为，要解决水雾问题一是在集热器适当位置安装单向出气孔；二是要保证产品密封性及排气结构防水性；三是采用吸温性低及含水量低的保温材料使足够干燥，可尽量避免水雾的产生。

　　密封技术与整个平板集热器的使用性能密切相关，边框结构设计存在的各种缺陷会导致背板不紧密等问题，背板与壳体的密封不足，易出现渗水、进水现象。导致吸热体腐蚀、保温层进水失效，进水严重的会导致壳体腐蚀。

　　常见的平板集热器边框组成结构

　　有专家指出，目前透明盖板处大多不用橡胶密封条，而采用涂胶或双面密封胶条的方式，再扣以基于杠杆原理的压条；下部设置了鳄鱼嘴，背板插入其中，再由背板压合机将其压紧咬合，四角的连接固定两种方式。外围结构的内角码、内撞角和背板压合较常见，在此基础上也会有小的差别，这些基本是外部无铆钉，相对于早期四角和背板都是铆钉的也算是一个和大进步。但面对平板新密闭性的要求，还需进一步提高。现在的平板结构并不是由于极其同质化而否定，而是内角码、内撞角和背板压合方式，在解决平板密闭问题时更困难和麻烦，因为在需要密闭之处会产生暴露和闪缝。关键的一点是四角的45°和鳄鱼嘴的背板咬合，它是一个弯曲变形过程，咬合处难以作到全部严密贴合，特别又是45°接缝处不易保证，对于大面积的背板，其整体平整会出问题。由于鳄鱼嘴与背板咬合的需要，此处占用空间较大，厚度又不能太薄，这就不得不增加耗材和成本了。为此，他提出的技术措施：一是边框形成外角码密闭几何；二是固化密闭结构，三是框架结构强化，通过背板加筋和板芯支撑来实现。

　　对于密封问题，受访企业给出的答案也不一致，有企业改用压条的方式，通过连续边框打胶，而不是用拼合边框，密封效果会好很多，不会有错位的现象，但是整体边框生产设备投资较大。有的企业是通过硅酮胶进行密封，优点是能提高产品的可靠性，具有很好的耐侯性、耐温性，温度范围在-55℃~210℃内具有很好的弹性和密封效果。

　　通过电话采访多方人士的意见和观点，对平板集热器的设计、水雾和密封问题进行理论分析，希望通过文中提到的几个关键点的控制，能提高产品的集热性能、最大程度地消除平板产品使用隐患及用户顾虑。未来，相信通过行业共同创新、优化，平板太阳能集热器可以持续不断地提升竞争力，并将绿色、环保、清洁的热水提供给用户。