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平板太阳能集热器的常见问题及解决方法

    平板太阳能集热器作为太阳能热水器中的一种,因其结构简单、运行可靠、成本低廉、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%;平板太阳能集热器及系统550万㎡销量,占比12.64%。国外主要以平板太阳能集热器为主,平板太阳能产品在欧美市场占有率达90%,在中国不到10%,国内则以真空管为主。由此可见,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,平板光效率可达到76%以上。由于平板太阳能更节能、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。但纵观国内平板太阳能集热器行业,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。

    一、结合市场需求提升创新能力

    平板太阳能集热器的设计是一个非常关键的环节。平板太阳能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,但密闭呼吸平板太阳能集热器解决了这个问题,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99%的平板集热器做不到密闭,但偶尔做成密闭,空晒时玻璃会爆破,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。

(天尚密闭呼吸平板太阳能集热器)

    二、自然呼吸形成水务

    平板太阳能集热器是太阳能热利用上卓有成效的产品,特别是在发达国家,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的存在渗水,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。

专家认为,平板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。最大的问题是平板的密闭和呼吸不良

    三、平板太阳能集热器水雾

    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,主要来源残余水分、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,内因就是集热腔体的不密闭,正是这种条件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,但因此种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,也有能将第一次的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。

    四、提高边框的密封结构

    密封技术与整个平板太阳能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密封效果问题,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。

    平板太阳能集热器的组成结构主要取决于集热器边断面的结构。有专家分析到,目前其结构基本是上部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,在采访企业的过程中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,温度适应范围在-55℃~210℃内具有很好的弹性和密封效果。

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