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太阳能清洁能源_百度百科
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从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯发明了第一台利用加热空气膨胀做功而抽水的机器开始,人类将太阳能作为一种能源和动力直接加以利用,已有300多年的历史了。在我国,太阳能作为一种新兴的,对它的研究利用起步较晚。但由于太阳能具有的多种优势,加上国家的扶持政策,在我国已经形成了初步的太阳能产业链,并呈现出良好的发展前景。
太阳能清洁能源是将太阳的光能转换成为其他形式的热能、[1]电能、化学能,能源转换过程中不产生其他有害的气体或固体废料,是一种环保、安全、无污染的新型能源。 [2]1、光与热的转换。如太阳能热水器、太阳能灶、太阳能热发电系统等。 2、 光与电的转换,如太阳能电池板、太阳能车、船等。1973年10月的中东战争,引发了世界性的“能源危机”。许多国家,尤其是工业发达国家,加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持,在世界上掀起了开发利用太阳能的热潮。当年,美国政府就制定了阳光发电计划,太阳能研究经费大幅度增长;并成立太阳能开发银行,促进太阳能产品的商业化。1974年,日本政府也很快制定了“阳光计划”,对本国的太阳能研究利用给予大力支持。 [3]
世界上出现的开发利用太阳能热潮,对我国也产生了巨大的影响。1975年在河南安阳召开了“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”,推动了我国太阳能带来的发展。太阳能研究和推广工作随后纳入了我国的政府计划,获得了专项的经费和物资支持。
1992年联合国在巴西召开了“世界环境与发展大会”,通过了《里约热内卢环境与发展宣言》等一系列重要文件。世界各国都加强了清洁能源技术的开发,将利用太阳能与环境保护结合在一起。世界环保大会以后,我国政府对环境与发展十分重视,提出10年对策和措施,明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”,制定了《中国21世纪议程》,进一步明确了太阳能重点发展目标。1995年,国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》(),明确提出了我国在年新能源和可再生能源的发展目标任务以及相应的对策和措施。
1996年9月,津巴布韦召开的“世界太阳能高峰会议”提出了在全球无电地区推行“光电工程”的倡议时,我国政府立即作出积极响应,制定实施“中国光明工程“的计划。同年由国家计委牵头制定了“中国光明工程”计划。计划到2010年,利用风力发电和光伏发电技术解决2300万边远地区人口的用电问题,使他们达到人均拥有发电容量100W的水平,相当于届时全国人均拥有发电容量1/3的水平。同时还将解决地处边远地区的边防哨所、微波通讯站、公路道班、输油管线维护站、铁路信号站的基本供电问题。目前,我国已具有15MW的太阳能发电容量,光伏产业也形成了较好的基础。虽然光电成本仍然高于煤电,但在边远地区,与拉设电网相比,小型太阳能发电设施仍然相对便宜适用。
近年来,太阳能光伏电池的应用在我国西部地区逐渐扩大。国家电力公司在西藏无水利资源的地区先后建设了10座光伏电站,解决了7个无电县的工业和生活用电,1.2万余人从中受惠。而过去这些县大多用柴油机发电,各县财政每年要花数十万元购买柴油。另外,西藏还建立了众多的太阳能道班、学校、边防哨所、气象站和广播电视微波中继站。青海及周边地区的6万余无电散居户,利用便携式小功率光伏系统解决了家庭生活用电问题。青海省还在电网无法延伸也无水利资源的地区建成了10个太阳能光伏电站,深受当地干部群众的欢迎。新疆则在亚欧光缆、南北疆光缆等工程必经之地的无电地区,安装了100多座无人值站的光伏电源。在西藏地区已有7个县靠太阳能解决了用电困难。
相比于蓬勃发展的世界光伏工业,中国光伏工业还处于起步阶段。光伏产量和安装容量仅为世界1%左右。国际上方兴未艾的光伏集成建筑和非硅系列多晶薄膜电池领域在我国还几乎是空白。在国家实施西部大开发战略和国内绿色环保工业开始升温的背景下,近两年中国光伏工业保持了较快的增长速度,正向光伏工业世界十强挺进。
目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地。该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体、一期工程完成后可达到年产3MW多晶硅太阳能电池的能力,填补了我国在太阳能开发应用方面的多项空白,并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。另外,云南半导体器件厂、宁波太阳能电池厂等太阳能光伏企业正在积极进行技术改造;经国家和地方政府批准立项,除河北保定外,广东深圳以及天津也正在筹建年生产能力达3~5MW的多晶硅和非晶硅太阳能电池生产工厂。
但从整体上分析,国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚,尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平,整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明,国内目前仅建有5个(单晶硅)太阳能电池生产厂,年产量约有4.5MW,工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3%,比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍,我国太阳能电池平均转换效率不高,其主要原因是专用材料国产化程度低,如封装玻璃就完全依赖进口,低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求,科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。我国拥有丰富的太阳能资源。据统计,每年中国陆地接收的太阳辐射总量,相当于24000亿t标煤,全国总面积2/3地区年日照时间都超过2000h,特别是西北一些地区超过3000h。另一方面,随着当前世界光电技术及其应用材料的飞速发展,光电材料成本成倍下降,光电转换率不断提高,这将带来太阳能发电成本的大幅度下降。世界光伏界一般认为,到2010年太阳能光伏电池成本将降低到可以与常规能源竞争的程度。这为中国大力开发太阳能资源提供了可能。
1、中国的太阳能发展将以边远、欠发达地区为先导
目前,我国尚有7656万无电人口,16个无电县,828个无电乡和29783个无电村。由于这些县城、村镇及散居牧户地处边远,远离电网,用电负荷小而且分散,近20年之内不可能通过延伸电网实现供电。我国太阳能资源丰富,2/3以上地区的年日照大于2000h,年均辐射量约为5900MJ/m2。青藏高原、内蒙古、宁夏、甘肃北部、陕西、河北西北部、新疆南部、东北以及陕甘宁部分地区的光照尤为突出。而我国大多数无电人口恰好主要分布在这些地区。而且,这些地区的风力资源也相当丰富,发展风电也比较适宜。
从经济性上来讲,对于边远地区的村落(或其它集体),年光照大于2500h,在年平均风速大于5m/s的地区,当电网距离为25km以上时,常规电网供电成本大于光伏发电和风力发电的成本。在年光照大于2500h的地区,月用电量大于2100kW·h时,光伏发电系统的经济性就优于柴油发电机组。而对于分散的用户来说,在边远地区常规电网和内燃机发电成本是无法与风力发电、光伏发电户用系统竞争的。在风、光资源良好的地区,用户可以按照自己的需求选择不同的配置,其用电成本为2~6.5元/ kW ·h。通过技术经济分析,结论是显而易见的,在目前条件下采用风力发电和光伏发电技术(或风光互补)解决边远地区分散供电是可行的,符合可持续发展的政策,比延伸电网或柴油发电有明显的优势。
目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持,国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一,他们于1998年在国内首家引进了76 kW 国际上先进的屋面太阳能发电系统,至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12 kW ·h以上,可满足1个小康之家用电要求。河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿(Piikington)太阳能国际有了公司在中国独家总代理,现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料。其基地于1999年11月已在我国率先安装了100多m2的光电玻璃幕墙示范建筑物,现已竣工投入应用,其运行使用效果良好,已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。
另外,2008年奥运会,北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口,“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念,计划奥运会场馆周围80%~90%的路灯将利用太阳能光伏发电技术;采用全玻璃真空太阳能集热技术,供应奥运会90%的洗浴热水。届时在整个奥运会期间,我们将看到太阳能路灯、太阳能电话,太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等一系列太阳能技术的应用。
可以相信,通过北京2008年的这次“绿色奥运”,我国的太阳能发电产业能够得到一次长足的发展;而且,通过在首都举办的这次世界盛会,太阳能发电技术将成为我国发达地区提倡环保、建设环保,大举采用太阳能电力作为替代能源的良好开端。
2、国际组织、国外政府对我国太阳能发展的有关支持项目
我国对太阳能产业发展付出了不竭的努力。在技术开发上,除对相关产业出台了一系列有利其商业化的优惠、扶持政策外,还在“863高科技攻关计划”中专门设立了“太阳能薄膜电池”技术研究项目,中科院在其西部行动计划中,也计划在两年内投入2.5亿元开展一系列基础性、战略性、前瞻性的课题研究,包括建立若干太阳能发电、太阳能空调、太阳能供热、风光互补电站、地热利用等示范工程,并适时开展区域性推广工作。而“光明工程”更是专门的太阳能发展扶贫工程计划。
与此同时,我国也积极利用国际组织和国外政府的对华援助项目,积极从事太阳能利用事业。从1994年起,国家经贸委在有关部委的支持和配合下,积极组织利用全球环境基金、世界银行、联合国开发计划署和亚洲开发银行的资金,支持我国新能源和可再生能源产业化、商业化发展。目前,正在准备和实施的太阳能项目包括:
全球环境基金太阳能光伏发电项目 该项目将利用全球环境基金赠款2200万美元,支持我国西北地区(甘肃、青海、内蒙古和新疆以及西藏、四川西北部等地区)发展20~30万户太阳能光伏发电户用系统(总规模约10MW,平均每套系统发电容量为30至50峰瓦),为边远地区无电成民提供电力。其中全球环境基金赠款1500万美元将用于直接补贴,平均每瓦补贴1.5美元,其余费用由用户承担。同时,700万美元赠款支持建立太阳能户用光伏发电市场化体系、销售网络和技术服务、技术引进以及相应的机构能力建设。
全球环境基金技术开发项目 针对我国目前大型风力发电设备依赖进口,造成风力发电电价较高,初始投资大,限制大规模风力发电场发展的现状,将利用全球环境基金1000万美元赠款,通过竞标选择承担企业,重点支持大型风力发电和太阳能光伏发电设备关键部件的技术开发和技术引进,加快国产化步伐。
全球环境基金/联合国开发计划署加速中国可再生能源商业化发展能力建设项目 该项目由国家经贸委于1994年向联合国开发计划署提出,用全球环境基金支持。经过4年多的努力,1999年3月,该项目由联合国开发计划署、中国财政部和联合国经济与社会事务部签字生效,并于4月6日召开了项目启动会,项目已正式开始实施。该项目是联合国开发计划署在中国开展的投资最大的一个项目。项目总投资为2583万美元,其中赠款1443万美元。在1443万美元的赠款中,全球环境基金/联合国开发计划署赠款880万美元,澳大利亚政府赠款300万美元,荷兰政府赠款253万美元。项目引进国际上先进的可再生能源技术和设备,在山东、浙江、广东、广西等地组织示范项目和相关活动,包括:建立风光互补系统,解决偏远地区居民用电问题;工业规模的沼气利用;以蔗渣为燃料进行热电联产。同时,建立可再生能源工业协会,研究制定可再生能源发展的财政激励政策,帮助企业提高市场开拓能力,加强资源测评、信息传播工作和市场机制的建设。项目实施期为5年。
亚洲开发银行可再生能源开发技术援助项目 该项目1998年11月开始启动,项目资金总额为82.6万美元,其中亚行提供日本政府赠款65.6万美元。该项目涉及的可再生能源领域包括蔗渣发电、太阳能热利用系统和沼气系统。项目的主要内容有:对所选的可再生能源技术进行技术、财务、经济潜力评价;制定方针和激励政策,完善产品制造标准,促进可再生能源利用;提出增强可再生能源技术竞争力的措施;开发支持可再生能源商业化发展的财务机制;完成各子项目的技术性、财务性、经济性和环境性评价。项目主要在广西、广东、河北、江苏、河南、四川和云南等可再生能源资源丰富的省份实施。传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。
近几年国际上光伏发电快速发展,2007年全球太阳能新装容量达2826MWp,其中德国约占47%,西班牙约占23%,日本约占8%,美国约占8%。2007年,在太阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外,太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元,使得该产业规模不断扩大。虽然受金融危机影响,德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低,但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”,确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍,并在3-5年后,将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金,专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。日,美国参议院通过了一揽子减税计划,其中将光伏行业的减税政策(ITC)续延2-6年。
中国太阳能资源非常丰富,理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步,90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力,已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下,中国光伏发电产业迅猛发展。太阳能概述:收集日光能量,利用光能直接发电或加热液体来驱动涡轮。
太阳能优点:无限可再生和零排放能源,无噪音,对当地环境没有影响。
太阳能缺点:和风力一样存在间歇性特点。目前的光电转换设计复杂,广泛使用需要大量化学药品。国外多晶硅企业的倾销行为严重冲击国内市场
朱共山指出,多晶硅是信息和新能源产业的基础原材料,具有重要的战略地位,是国务院列为未来重点发展的七大战略性新兴产业中,新一代信息技术、新能源产业和新材料产业的重要内容。我国多晶硅产业经过多年努力和持续投入,已打破国外技术垄断,改变了多晶硅完全依赖进口的局面,尤其是经过近三年多的技术研发和产业化投入,部分技术已经同步或引领国际水平,产品单位能耗明显下降,副产物充分循环利用,多晶硅产业已经初步具备了参与国际竞争的能力。[4]
国内多晶硅产业的崛起,削弱了国外竞争对手的市场份额,引起竞争对手的反击。2012年,国外多晶硅企业以低于成本的价格向中国倾销产品,挤占中国市场,迫使国内多晶硅企业不得不降价销售,导致包括部分优势企业在内的一批企业停产或者限产。“国外企业的这种不正当竞争行为已经严重影响了中国光伏及半导体等战略性新兴产业的健康发展,使国内整个多晶硅行业的发展陷入困境”,朱共山透露。
为此,他提出以下建议,
第一,加快对进口多晶硅“反倾销反补贴”案件的裁定,打击国外多晶硅低价倾销的不公平竞争行为,同时将多晶硅进口列入加工贸易禁止类目录,回归一般贸易监管,以打击偷逃税款和规避“双反”措施的行径。
第二,为国内多晶硅企业提供财政补贴、金融信贷和税收、电价等优惠政策,以鼓励企业深化技术研发、科技创新。[5]
第三,希望多晶硅硅料和硅片等产品可以享受国家正常的高新技术产品出口退税政策,并享受17%的出口退税税率,确保我国多晶硅行业保持同等国际竞争能力。
太阳能等清洁能源的比例应逐步扩大
“扶持光伏行业发展、扩大太阳能等清洁能源的比例,对于打造‘美丽中国’大有益处”,朱共山表示。
近些年我国加紧了环境污染治理的步伐,但是雾霾等恶劣天气也屡有出现,这其中作为能源供应主力的燃煤和燃油是很大的污染源头。为此,朱共山指出,未来安全无污染的太阳能、风能等清洁能源将成为改善环境的最重要角色,也是能源革命的大势所趋,希望全社会可以形成支持清洁能源发展的良好氛围。
另外,实践表明,太阳能发电还可以同荒漠治理结合起来。据朱共山介绍,保利协鑫在宁夏中卫的“太阳能板固化沙漠”试点项目已经取得初步成功。该项目有别于一般的种植树木、植物等沙漠边缘治理,而是深入沙漠腹地安置太阳能板,在太阳能板下采用滴灌技术种植枸杞,还可以长草,可以有效解决沙漠迁移、扩大等问题,同时节省资金,所发电能还可以并网使用。
为了将这一有效做法扩大应用,朱共山呼吁国家尽快出台荒漠土地建设光伏电站的配套优惠政策,包括加快荒漠土地审批速度等,以利于尽快布局光伏电站,治理沙漠,改善环境。[4]
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  ①太阳能路灯的照明可以提高安全系数。当人们使用煤油灯照明,他们中可能会发生火灾的危险。在发展中国家,数千万人的死亡和受伤都是由煤油灯引起的火灾。与太阳能相比,安全和人体健康才是国家最根本的一个目标。
  ②太阳能路灯可以提高人的素养。在一定程度上,相比蜡烛灯,煤油灯,太阳能灯,使人们可以在晚上更容易进入学习状态,特别是为一些贫困学校的在昏暗的煤油灯下学习的孩子们,减少了青少年视力低下的症状发生。总之,无论成人或儿童,太阳能灯,将有助于他们更好地去学习去阅读。
  ③太阳能路灯可减少空气污染。通常用于照明的空气污染主要是指废气排放的热电站,也有一小部分是指煤油灯。有些农村地区的太阳能发电的出现,减少了使用小型柴油发电机。现在煤炭消费量和石油消费的两种传统的能源消耗有两个缺点:其一是它们是不可再生的能源资源,另一个是,他们将释放到大气中的废气和空气污染。作为新能源和可再生能源,太阳能,也被命名为“绿色能源”的意思,它是干净的,取之不尽,用之不竭的。
  ④太阳能路灯已经走进农村家庭,为夜间劳作的人民带来一丝的光明。由于太阳能照明,村庄的经济活动水平将会增加。
  ⑤太阳能路灯的技术可以减少劳动成本,节省的部分代替了传统路灯的日常维护费用。这些新的太阳能路灯安装和维护容易且它们不需要非常复杂的布线和安装工具。选择一个合适的地方和正确的与太阳的角度,将完成安装,有的在安装后无需维护。
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什么是太阳能电池?太阳能电池的优点是什么?
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连接到外电路则使得到功率输出太阳能电池的功率与光照强度有关光照越强,在操作过程重没有能量耗费。依据原理为光生伏打效应即依据PN结的内建电场使光生载流子分离达到结的两边而产生光电压,易于拆卸。
太阳能系统易于安装,同时使用太阳能也很经济实惠:
1。一般太阳能电池有如下优点. 循环使用寿命长
3太阳能电池就是将光能(主要为太阳光)转变为电能的装置,易于扩充,则功率输出越强. 良好的可充性能
4。另外此系统耐机械磨损,一个太阳能系统需要可靠的太阳能电池以便于接受和储存太阳能. 高荷电吸收能力
2,等优点
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平板太阳能集热器结构是什么?平板太阳能集热器选材特点有哪些?
    
  平板型太阳能集热器是太阳能低温热利用的基本部件,也一直是世界太阳能市场的主导产品。平板型集热器已广泛应用于生活用水加热、游泳池加热、工业用水加热、建筑物采暖与空调等诸多领域。用平板型太阳能集热器部件组成的热水器即平板太阳能热水器。平板型太阳能集热器主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成
  当平板型太阳能集热器工作时,太阳辐射穿过透明盖板后,投射在吸热板上,被吸热板吸收并转换成热能,然后将热量传递给吸热板内的传热工质,使传热工质的温度升高,作为集热器的有用能量输出。
  一、吸热板
  吸热板是平板型太阳能集热器内吸收太阳辐射能并向传热工质传递热量的部件,其基本上是平板形状。
  1、吸热板的结构形式
  在平板形状的吸热板上,通常都布置有排管和集管。排管是指吸热板纵向排列并构成流体通道的部件;集管是指吸热板上下两端横向连接若干根排管并构成流体通道的部件。吸热板的材料种类很多,有铜、铝合金、铜铝复合、不锈钢、镀锌钢、塑料、橡胶等。吸热板有如下主要结构形式(如图2)。
  (1)管板式。管板式吸热板是将排管与平板以一定的结合方式连接构成吸热条带(如图2a),然后再与上下集管焊接成吸热板。这是目前国内外使用比较普遍的吸热板结构类型。
  (2)翼管式。翼管式吸热板是利用模子挤压拉伸工艺制成金属管两侧连有翼片的吸热条带(如图2b),然后再与上下集管焊接成吸热板。吸热板材料一般采用铝合金。翼管式吸热板的优点:热效率高,管子和平板是一体,无结合热阻;耐压能力强,铝合金管可以承受较高的压力。缺点:水质不易保证,铝合金会被腐蚀;材料用量大,工艺要求管壁和翼片都有较大的厚度;动态特性差,吸热板有较大的热容量。
  (3)扁盒式。扁盒式吸热板是将两块金属板分别模压成型,然后再焊接成一体构成吸热板(如图2c),吸热板材料可采用不锈钢、铝合金、镀锌钢等。通常,流体通道之间采用点焊工艺,吸热板四周采用滚焊工艺。扁盒式吸热板的优点:热效率高,管子和平板是一体,无结合热阻;不需要焊接集管,流体通道和集管采用一次模压成型。缺点:焊接工艺难度大,容易出现焊接穿透或者焊接不牢的问题;耐压能力差,焊点不能承受较高的压力;动态特性差,流体通道的横截面大,吸热板有较大的热容量;有时水质不易保证,铝合金和镀锌钢都会被腐蚀。
  (4)蛇管式。蛇管式吸热板是将金属管弯曲成蛇形(如图2d),然后再与平板焊接构成吸热板。这种结构类型在国外使用较多。吸热板材料一般采用铜,焊接工艺可采用高频焊接或超声焊接。蛇管式吸热板的优点:不需要另外焊接集管,减少泄漏的可能性;热效率高,无结合热阻;水质清洁,铜管不会被腐蚀;保证质量,整个生产过程实现机械化;耐压能力强,铜管可以承受较高的压力。缺点:流动阻力大,流体通道不是并联而是串联;焊接难度大,焊缝不是直线而是曲线。
  2、吸热板上的涂层
  为了使吸热板可以最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能,在吸热板上应覆盖有深色的涂层,这称为太阳能吸收涂层。
  吸热板的涂层材料对吸收太阳辐射能量起非常重要的作用。因为太阳辐射的波长主要集中在0.3~2.5&m的范围内,而吸热板的热辐射则主要集中在2~20&m的波长范围内,要增强吸热板对太阳辐射的吸收能力,又要减小热损失,降低吸热板的热辐射,就需要采用选择性涂料。选择性涂料是对太阳短波辐射具有较高吸收率,而对长波热辐射发射率却较低的一种涂料,目前国内外的生产厂大多采用磁控溅射的方法制作选择性涂层,可达到吸收率0.93~0.95,发射率0.12~0.04,大大提高了产品热性能。
  太阳能吸收涂层可分为两大类:非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层;选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。
  一般而言,要单纯达到高的太阳吸收比并不十分困难,难的是要在保持高的太阳吸收比的同时又达到低的发射率。对于选择性吸收涂层来说,随着太阳吸收比的提高,往往发射率也随之升高;对于通常使用的黑板漆来说,其太阳吸收比可高达0.95,但发射率也在0.90左右,所以属于非选择性吸收涂层。
  选择性吸收涂层可以用多种方法来制备,如喷涂方法、化学方法、电化学方法、真空蒸发方法、磁控溅射方法等。采用这些方法制备的选择性吸收涂层,绝大多数的太阳吸收比都可达到0.90以上,但是它们可达到的发射率范围却有明显的区别。从发射率的性能角度出发,上述各种方法优劣的排列顺序应是:磁控溅射方法、真空蒸发方法、电化学方法、化学方法、喷涂方法。当然,每种方法的发射率值都有一定的范围,某种涂层的实际发射率值取决于制备该涂层工艺优化的程度。
  平板集热器常用的选择性吸收涂层:
  (1)电镀涂层
  黑铬涂层:黑铬涂层的吸收比&和发射比&分别为0.93~0.97和0.07~0.15,&/&为6~13,具有优良的光谱选择性。黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能也很好,适用于高温条件,在300℃能长期稳定工作。此外,黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。但是,现在采用的电镀黑铬工艺,电流密度大(15~200A/dm2),溶液导电性差,电镀时会产生大量的焦耳热,需要冷却和通风排气才能维持正常生产。另外,黑铬镀在非铜件上,需要先预镀铜,再镀光亮镍,最后镀黑铬,生产成本较高。
  黑镍涂层:黑镍涂层的吸收比&可达0.93~0.96,热发射比&为0.08~0.15,&/&接近6~12,其吸收性能较好。黑镍涂层很薄,为了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性,常采用中间涂层(如Ni,Cu,Cd)或双层镍涂层。由于黑镍涂层的热稳定性、耐蚀性较差,通常只适用于低温太阳能热利用。
  黑钴涂层:黑钴涂层的主要成分是CoS,具有蜂窝型网状结构,其吸收比&可达0.94~0.96,发射比&为0.12~0.14,&/&为6.7~8。
  (2)电化学表面转化涂层
  铝阳极氧化涂层:铝及铝合金的阳极氧化可在硫酸介质中进行,但在太阳能热利用中,主要用磷酸介质。铝氧化涂层着色有多种工艺,其中电解着色工艺获得的涂层,具有牢固、稳定、耐晒优良特性,并且可进行大规模生产。
  铝阳极氧化涂层是一种多孔膜,孔隙率达22%,电解着色时金属易沉积在微孔中。用于电解着色的金属盐类有:镍盐、锡盐、钴盐和铜盐等。
  铝阳极氧化涂层,耐蚀、耐磨和耐光照等性能也相当好,在太阳能热水器中已得到广泛应用。
  CuO转化涂层:以阳极氧化法制取的CuO转化涂层,NaOH电解液的浓度为1mol/L,电流密度为2mA/cm2,温度为50~57℃。涂层的吸收比可达0.88~0.95,法向发射比为0.15~0.30。这种CuO涂层有一层黑色绒面,保护不好,会导致吸收比的降低。
  (3)真空镀涂层
  可以采用真空蒸发和磁控溅射技术制备选择吸收性能优良的涂层,但后者的比较简单,工艺控制方便,容易在大面积上获得均匀一致的涂层。目前,国内生产的全玻璃真空集热管和高档平板集热器吸热板都采用磁控溅射技术制备吸收涂层。
  3、吸热板所用材料
  (1)集管和支管采用TP2铜TP2铜磷脱氧铜是熔解高纯度的原材料,把熔化铜中产生的氧气用亲氧性的磷(P)脱氧,使其氧含量降低到100PPm以下,从而提高其延展性、耐蚀性、热传导性、焊接性、抽拉加工性,在高温中也不发生氢脆现象。
  (2)条带(整板)采用铜或铝TU1无氧紫铜标准(GB/T)
  特性及适用范围:氧的含量极低,纯度高,导电导热性极好,延展性极好,透气率低,无&氢病&或极少&氢病&;加工性能和焊接、耐蚀耐寒性均好。
  二、透明盖板
  透明盖板是平板型集热器中覆盖吸热板、并由透明(或半透明)材料组成的板状部件。它的功能主要有3个:一是透过太阳辐射,使其投射在吸热板上;二是保护吸热板,使其不受灰尘及雨雪的侵蚀;三是形成温室效应,阻止吸热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热。
  1、透明盖板的材料
  用于透明盖板的材料主要有两大类:平板玻璃和玻璃钢板。两者相比,目前国内外使用更广泛的还是平板玻璃。
  (1)平板玻璃。平板玻璃具有红外透射比低、导热系数小、耐候性能好等特点,在这些方面无疑是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。然而,对于平板玻璃来说,太阳透射比和冲击强度是两个需要重视的问题。
  目前常用的透明盖板材料是厚度为3~5mm的平板玻璃,超白低铁钢化玻璃或超白低铁布纹钢化玻璃,透过率高,能够抗冰雹,抗击打,安全可靠。常用玻璃厚度为3.2mm和4.0mm两种。
  超白玻璃是一种超透明低铁玻璃,也称低铁玻璃、高透明玻璃。它是一种高品质、多功能的新型高档玻璃品种,透光率可达91.5%以上,具有晶莹剔透、高档典雅的特性,有玻璃家族&水晶王子&之称。超白玻璃同时具备优质浮法玻璃所具有的一切可加工性能,具有优越的物理、机械及光学性能,可像其他优质浮法玻璃一样进行各种深加工。
  超白玻璃的独特优势:
  A、玻璃的自爆率低:采用高纯度原材料,相对普通玻璃不含各种引爆杂质,从而大大降低了钢化后的自爆率。
  B、颜色一致性:超白玻璃采用先进的色度分析仪和分析软件,确保了玻璃颜色的一致性。
  C、可见光透过率高,通透性好:大于93%的可见光透过率,使集热器得到更多太阳能量。
  D、紫外线透过率低:降低对其他材料的老化影响。
  (2)玻璃钢板。
  玻璃钢板(即玻璃纤维增强塑料板)具有太阳透射比高、导热系数小、冲击强度高等特点,在这些方面无疑也是可以很好地满足太阳能集热器透明盖板的要求。然而,对于玻璃钢板来说,红外透射比和耐候性能是两个需要重视的问题。玻璃钢板的单色透射比与波长关系曲线表明,单色透射比不仅在2pm以内有很高的数值,而且在2.5pm以上仍有较高的数值。因此,玻璃钢板的太阳透射比一般都在0.88以上,但它的红外透射比也比平板玻璃高得多。
  玻璃钢板通过使用高键能树脂和胶衣,可以减少受紫外线破坏的程度。但是,玻璃钢板的使用寿命是无论如何不能跟作为无机材料的平板玻璃相比拟的。当然,玻璃钢板具有一些平板玻璃所没有的特点。例如:玻璃钢板的质量轻,便于太阳能集热器的运输及安装;玻璃钢板的加工性能好,便于根据太阳能集热器产品的需要进行加工成型。
  玻璃钢板作为集热器的盖板应用已经越来越少了,目前只在部分低端产品有应用。
  2、透明盖板的层数及间距
  透明盖板的层数取决于太阳能集热器的工作温度及使用地区的气候条件。绝大多数情况下,都采用单层透明盖板;当太阳能集热器的工作温度较高或者在气温较低的地区使用,譬如在我国南方进行太阳能空调或者在我国北方进行太阳能采暖,宜采用双层透明盖板;一般情况下,很少采用3层或3层以上透明盖板,因为随着层数增多,虽然可以进一步减少集热器的对流和辐射热损失,但同时会大幅度降低实际有效的太阳透射比。
  对于透明盖板与吸热板之间的距离,国内外文献提出过各种不同的数值,有的还根据平板夹层内空气自然对流换热机理提出了最佳间距。但有一点结论是共同的,即透明盖板与吸热板之间的距离应大于20mm。
  三、隔热层
  隔热层是集热器中抑制吸热板通过传导向周围环境散热的部件。
  1、隔热层的材料
  用于隔热层的材料有:岩棉、玻璃棉、聚氨酯、聚苯乙烯等。目前使用较多的是玻璃棉。虽然聚苯乙烯的导热系数很小,但在温度高于70℃时就会变形收缩,影响它在集热器中的隔热效果。在实际使用时,往往需要在底部隔热层与吸热板之间放置一层薄薄的玻璃棉或岩棉,在四周隔热层的表面贴一层薄的镀铝聚酯薄膜,使隔热层在较低的温度条件下工作。即便如此,时间长久后,仍会有一定的收缩,所以使用聚苯乙烯时,应给予足够的重视。
  玻璃棉是将熔融玻璃纤维化,形成棉状的材料,化学成分属玻璃类,是一种无机质纤维,具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热、吸音性能好、耐腐饰、化学性能稳定。
  酚醛泡沫是一种新型的可以提高平板太阳能集热器的高效保温材料。市场上已逐渐有厂家在使用。
  酚醛泡沫介绍:酚醛泡沫(PhenolicFoam,简称PF),是以酚醛树脂和乳化剂、发泡剂、固化剂及其他助剂等多种物质,经科学配方发泡固化而成的闭孔型硬质泡沫塑料。
  酚醛泡沫材料的特性总结如下:
  A、出色的保温隔热性能,导热系数&0.03W/m&K。
  B、较高的工作温度。酚醛泡沫能在-200℃~160℃(允许瞬时250℃)长期工作,无收缩。
  C、出色的耐候性。长期暴露在高温之下,仍然有较好的保温隔热性能,不会释放任何可能阻隔太阳能辐射的挥发性物质。
  D、不燃性。酚醛泡沫(100mm厚)抗火焰能力可达1小时以上不被穿透,且无烟,无有害气体散发。酚醛泡沫见明火时,表面形成结构碳,无滴落物、无卷曲、无融化现象。过火后,表面形成结构碳的石墨层,有效地保护了泡沫的内结构。
  E、环保。采用无氟发泡技术,无纤维,符合国家、国际的环保要求。
  酚醛泡沫与聚氨酯相比:相近的保温性能,却具有更高的工作温度,且不燃。
  酚醛泡沫与岩棉相比:更好的保温性能,更干净,对人体无害。
  2、隔热层的厚度
  隔热层的厚度应根据选用的材料种类、集热器的工作温度、使用地区的气候条件等因素来确定。应当遵循这样一条原则:材料的导热系数越大、集热器的工作温度越高、使用地区的气温越低则隔热层的厚度就要求越大。一般来说,底部隔热层的厚度选用30~50mm,侧面隔热层的厚度与之大致相同。
  四、外壳
  外壳是集热器中保护及固定吸热板、透明盖板和隔热层的部件。
  1.外壳的技术要求
  根据外壳的功能,要求外壳有一定的强度和刚度,有较好的密封性及耐腐蚀性,而且有美观的外形。
  2.外壳的材料
  用于外壳的材料有铝合金、不锈钢板、碳钢板、塑料、玻璃钢等。为了提高外壳的密封性,有的产品已采用碳钢板一次模压成型工艺。目前平板集热器外壳(边框)应用最多的材料是铝合金和碳钢板一次模压成型。
  铝合金:一般应用的为6063T5的铝合金型材。6063系列铝合金广泛用于建筑铝门窗、幕墙的框架,为了保证门窗、幕墙具有高的抗风压性能、装配性能、耐蚀性能和装饰性能,对铝合金型材综合性能的要求远远高于工业型材标准。
  各种铝型材表面处理的比较和选用
  铝合金边框:
  碳钢板一体冲压成型:
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