如何选择太阳能集热器类型
太阳能集热器的类型与特点分析
太阳能集热器的类型与特点分析作者：夏伟淳来源：《中国科技博览》2018年第13期[摘要]随着环境的破坏和能源的大量消耗，发展新能源技术已经成为21世纪的重点领域，与传统能源相比，太阳能取之不尽、用之不竭，无污染，是一种理想的能源。
太阳能集热器是一种将分散的太阳辐射能集中起来并转换为热能的装置，在多个领域都有应用，本文就太阳能集热器的类型与特点进行分析。
[关键词]太阳能集热器类型特点中图分类号：R735 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0040-01太阳能集热器是一种将分散的太阳辐射能集中起来并转换为热能的装置，是太阳能热利用系统中的关键装置和核心部分。
太阳能集热器可以应用于太阳能热水器、太阳能干燥器以及太阳能热电站等不同的领域。
要想更好地利用太阳能集热器，就必须了解太阳能集热器的分类及特点。
一、太阳能集热器的分类电子技术的发展为太阳能集热器类型的多样化发展提供了可能。
首先，按照进入采光口的太阳辐射方向可以把太阳能集热器分为聚光型集热器和非聚光型集热器；而依照传热工质类型，可以把太阳能集热器分为液体型集热器和空气型集热器；有真空空间的太阳能集热器是真空管型集热器，不存在真空空间的为平板型太阳能集热器。
其中平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器是我们日常生活中最为最为常见的类型。
1.平板型太阳能集热器平板型太阳能集热器的主要构件有吸热体、透明盖板、隔热层和外壳等，在太阳能低温热利用体系中属于基本器件。
太阳光透过透明盖板投射在吸热体上，大部分太阳辐射能会被吸热体吸收，而后自动转换为热能，然后将热能传递给吸热体内的传热工质，温度会随着太阳辐射的增多而逐渐升高，有用热能慢慢在集热器中聚集。
同时，随着吸热体内温度的升高，透明盖板和外壳向会将吸附的热量向周围环境缓慢疏散，成为平板型太阳集热器的重要的热损失途径。
2.真空管型的太阳能集热器真空管型太阳能集热器是以平板型太阳能集热器为基础而研发的新型集热装置。
太阳能集热系统设计要点
太阳能集热系统设计要点1.集热器选择：太阳能集热器是太阳能集热系统的核心部件，其选择对系统的效率和性能至关重要。
常见的太阳能集热器有平板式、真空管式和抛物面式等。
平板式集热器结构简单，造价低廉，适用于低温热水供应或采暖；真空管式集热器具有较高的效率和稳定性，适用于高温热水供应或其他高温热负荷；抛物面式集热器则可以实现对太阳光的更好聚焦效果。
2.集热面积设计：太阳能集热器的面积需要根据用户的热水需求和当地的日照情况进行合理设计。
面积过小可能无法满足需求，面积过大则会带来过度投资。
一般来说，每个用户的热水需求和日照条件都有所不同，因此需要根据具体情况进行计算和调整。
3.系统循环设计：太阳能集热系统的循环方式一般有自然循环和强迫循环两种。
自然循环是利用热水的密度差异实现自然对流，适用于低温热水系统；强迫循环则需要配备循环泵来强制循环热水，适用于高温热水系统。
循环管道的设计应考虑到循环效率、水压损失和管道阻力等因素，确保系统的正常运行。
4.热储备设计：为了确保系统在夜晚或连续阴天时仍能够正常供热，需要设计合适的热储备装置。
常见的热储备方式包括水箱、水塔和热储砂等。
热储备装置的容积设计需根据用户需求和系统运行条件进行合理配置，以确保系统的稳定性和可靠性。
5.系统管道及绝缘设计：太阳能集热系统中的管道需要合理布局和绝缘保护，以最大程度减少热损失和能量浪费。
管道的材质和直径应考虑到输送介质的压力和温度等因素，从而保证系统的运行效率和安全性。
同时，在低温系统中采用合适的绝缘材料将热量损失降至最低。
6.控制系统设计：太阳能集热系统需要配备合适的控制系统来实现对系统的监控和调节。
控制系统可以根据系统的运行状态和室内外环境的变化，切换系统的循环方式、改变集热器的角度或关闭循环泵等，以最大限度地提高系统的效率和性能。
7.维护和清洗：定期的维护和清洗对太阳能集热系统的正常运行至关重要。
太阳能集热器表面的灰尘、沙尘和雨水等会影响集热器的吸收效率，因此需要定期对集热器进行清洗和检查。
太阳能集热器
通常，反射率ρ和透射率τ可以用下式表示：
其中，下标b和s分别表示直射辐射和散射辐射， 下标R和e分别代表入射辐射的反射和透射部分。
盖板内的辐射实际上是经过了多次反射。
利用菲涅尔(Fresnel)公式，反射率可以表示为
其中，θ1和θ2分别为入射角和折射角。 根据光的折射定律，有
其中，n1，n2分别为空气和玻璃的绝对折射率； n21为玻璃相对于空气的相对折射率。
盖板对辐射的吸收，不论是在短波区域还是在长 波区域都要比较小。
玻璃在可见光区域透射率约为97%，在红外区的 吸收率约为94%。
根据基尔霍夫定律，红外区的高吸收率导致高发 射率，使得辐射热损失增加。
通过喷涂在红外区域透明的涂层(如氧化铟(In2O3)， 氧化锌(ZnO2))，可以大大减少红外辐射热损失。
(2)侧面热损 侧面热损主要由热传导和对流造成。 平板型集热器的侧面通常由框架与保温层构成。
由于框架的内部面对几种不同的温度，故侧面传 热应是二维的。为了获得关于侧面传热系数的比 较保守的估计，可以假定框架内部的温度处于最 高可能的温度(即吸热体温度T)，这样传热就变为 一维的。
侧面热阻Rs为
(2)盖层 允许太阳辐射透过但阻碍吸热体的长波辐 射以减少吸热体的热损。
(3)保温层 减少吸热体不直接吸收太阳辐射部分的 热损。
(4)工质及流动通道 使工质能与吸热体发生热接触。 集热器的工质为流体(液体或气体)。
(5)支架及框架 将集热器的各个部分连接成一个整 体并支撑其重力。
液体集热器用水或者水-防冻剂混合物作为工质， 有时也用轻油、硅油、乙烯等作为工质。
热损失可以表示为
其中，Qk为吸热体的传导热损失，W；Qc为吸热 体的对流热损失，W；Qr为吸热体向外的长波辐 射热损失，W。
太阳能集热器的选型
太阳能集热器的选型Abstract：An Introduction of the advantages and disadvantages of the flat plate solar concentrator, the glass vacuum tube solar concentrator and the heat pipe solar concentrator, comprehensively evaluating the different kinds of the solar concentrator.Key words: solar concentrator, type selection and comparison, comprehensive evaluation摘要：对目前常用的平板型、玻璃真空管型及热管型等太阳能集热器的优缺点进行了介绍，并对各种太阳能集热器进行了综合比较。
关键词：太阳能集热器，选型比较，综合评价1各种太阳能集热器的特点和应用范围太阳能集热器的类型主要有：平板型太阳能集热器、真空管型太阳能集热器两大类。
每一大类太阳能集热器又分多种品种，每一种的太阳能集热器各有其特点和应用范围。
平板型太阳能集热器类平板型太阳能集热器俗称平板集热器，其基本结构由透明盖板、吸热板、保温层和外壳组成。
其工作原理为：当太阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收涂层的吸热板上时，吸热板吸收太阳的辐射能，将其转换成热能，并将热能传给吸热板流道内的工质，使流道内的工质温度升高；从集热器进口进入吸热板的较低温度的工质，在吸热体流道内被加热升温后，从集热器出口流走，并将有用的热能带走；与此同时，吸热板温度升高，透过透明板和外壳向周围环境散失热能，为减少散热，在平板太阳集热器底部和边框四周填充保温材料。
平板集热器的主要热损失是吸热板和透明盖板之间的空间存在空气对流换热损失。
减少这部分热损失的最有效措施是将其间的空气抽去，形成真空。
太阳能热水器的集热器选型与性能优化
太阳能热水器的集热器选型与性能优化太阳能热水器作为一种环保、节能的能源利用设备，受到了越来越多家庭和企事业单位的青睐。
而其中最重要的组成部分就是集热器。
集热器的选型和性能优化对太阳能热水器的效率和使用寿命有着至关重要的影响。
首先，我们来看一下太阳能热水器的集热器选型。
太阳能热水器的集热器主要有平板式和真空管式两种。
平板式集热器是将太阳能转化为热能的关键部件，其主要由吸热板、导热板、隔热层和罩板组成。
平板式集热器具有结构简单、制造成本低等优点，适用于一般家庭和小型商业场所。
而真空管式集热器则采用了真空管的设计，具有更高的热转换效率和更好的保温性能，适用于大型商业和工业用途。
在选择集热器的时候，需要根据实际需求和使用环境来进行选择。
其次，我们来谈一下太阳能热水器集热器的性能优化。
性能优化主要包括提高热转换效率和延长使用寿命两个方面。
提高热转换效率可以通过以下几个方面来实现。
首先，选择合适的吸热板材料。
吸热板材料应具有良好的热导性和光吸收性能，以提高热转换效率。
其次，合理设计集热器的结构。
集热器的结构设计应考虑到光照角度、热损失和流体流动等因素，以最大程度地提高热转换效率。
此外，还可以采用辅助加热装置来提高热转换效率。
辅助加热装置可以在太阳能不足或天气不好的情况下提供额外的热能，保证热水的供应。
延长使用寿命是太阳能热水器集热器性能优化的另一个重要方面。
为了延长集热器的使用寿命，首先要选择耐候性好的材料。
太阳能热水器集热器常暴露在户外环境中，需要能够抵御紫外线、酸雨和高温等因素的侵蚀。
其次，要加强集热器的维护和保养。
定期清洗集热器的吸热板和罩板，清除上面的灰尘和污垢，以保证光的透过率和热的传导效果。
此外，还要检查集热器的密封性能，及时更换老化和损坏的密封件，防止漏水和热损失。
最后，要注意集热器的防冻措施。
在寒冷地区使用太阳能热水器时，需要采取相应的防冻措施，避免集热器因结冰而受损。
总之，太阳能热水器的集热器选型和性能优化对其效率和使用寿命有着重要的影响。
太阳集热器
太阳集热器太阳集热器是吸收太阳辐射能并向工质（水或空气）传递热量的装置，它是太阳热水器最重要的组成部分，其性能与成本对太阳热水器的优劣起着决定性作用。
太阳集热器的分类1、根据收集太阳能量方法分类（1）聚光型太阳热水器它是利用抛物面或凹面镜收集太阳的直射辐射能量。
由于吸热面积小于采光面积，所以热损失小，适用于高温集热。
其装置结构可分为跟踪与不跟踪两种。
（2）平板型太阳热水器它的采光面积与吸热面积相等。
它不仅可接收直射辐射还可接收散射辐射，因此一般不需要跟踪。
2、根据吸收太阳能的工质不同分类（1）工质为液体（水）它称为液态集热器，太阳热水器大部分集热器均以水为工质，也有部分集热器采用耐低温防冻介质。
（2)工质为气体它称为空气集热器，是太阳能干燥装置的重要部件。
其干燥温度范围一般为40～70℃。
3、根据集热器吸热体的不同结构分类（1）平板集热器它是以金属或非金属做成吸热板的集热器，其集热温度一般为中温或低温，即环境温度为θ0＋（20～40）℃或环境温度为θ0＋（10～20）℃。
特种平板集热器集热温度可达中高温为θ0＋（40～70）℃。
（2）全玻璃真空管集热器它是以全玻璃真空集热管组合而成，其集热温度范围为中温或中高温，即θ0＋（20～40）℃或θ0＋（70～120）℃。
当然，中低温也可以应用，但却未能充分发挥其特性。
（3）热管真空管集热器它是以热管真空管组合而成。
其集热温度范围为中温或中高温，即θ0＋（20～40）℃或θ0＋（40～70）℃。
太阳集热器的结构实例全玻璃真空管集热器和热管真空管集热器的结构将在相应的章节中予以叙述。
这里仅重点介绍几种平板型集热器结构实例。
1、常用平板型集热器单层玻璃并带有黑色涂层的集热器；表面涂层为选择性吸收膜；盖板采用塑料薄膜，质量轻耐冲击，但抗老化差些；在盖板和吸热体之间放入垂直蜂窝透明材料，以减少热损失；均考虑在寒冷地区使用。
2、特殊用途平板集热器当平板集热器用于中高温（如制冷需在90℃左右）集热时，则必须做成选择性涂层并加入透明的玻璃棉，以减少热损提高集热温度，这种结构是为了减少盖板一侧的热损；而同时也是为了减轻质量。
全玻璃真空管太阳集热器的分类及特点
全玻璃真空管太阳集热器的分类及特点目前市面上全玻璃真空管太阳集热器主要有三大系列产品，分别是：普通型全玻璃真空管太阳集热器、热管式全玻璃真空管太阳集热器和U型管式全玻璃真空管太阳集热器三大系列产品。
目前仍然以普通型全玻璃真空管太阳集热器为主，下面就三大系列产品的结构和特点逐一介绍。
（一）普通型全玻璃真空管太阳集热器1、组成：真空管、联箱、尾座、支架组成。
分横管和竖管两种。
（1）真空管构造：真空管是全玻璃真空管集热器的核心部件、是整个太阳能系统的发动机，其性能优劣决定着整个系统的得热性能和寿命。
真空管构造图④③⑦⑥⑤②①①罩玻璃管②内玻璃管③卡子④吸气剂⑤真空夹层⑥选择性吸收涂层⑦吸气膜（2）真空管材质要求：真空管采用硼硅玻璃3.3（氧化铁含量5%以下；热稳定性好；热膨胀系数低为3.3×10-6/℃；耐热冲击性好，耐热温差大于200℃；有较高的机械强度；较好的抗化学腐蚀性能；具有良好的光学性能，透光率≥ 0.89）（3）真空管技术要求：①材料采用硼硅玻璃3.3；②空晒性能参数y≥175m2•℃/kW（当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8～30℃之间）③闷晒到水温增加35℃所需的太阳能曝辐量≤3.8MJ/ m2（当太阳辐照度G≥800W/ m2,环境温度t在8～30℃之间）④平均热损失系数≤0.9W/ m2·℃⑤真空度≤5×10-2Pa；⑥耐热冲击应能承受25℃以下冷水和90℃以上热水交替反复冲击3遍而不损坏；⑦耐压冲击应能承受0.6Mp的压力；⑧抗冰雹要求应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下不损坏。
（4）真空管镀膜技术目前真空管的镀膜工艺有两种：渐变镀膜工艺和干涉镀膜工艺，过去常用的“晒乐”真空管就是采用渐变镀膜工艺，为真空管式太阳能热水器的推广和普及奠定了坚实的基础；皇明太阳能推出的干涉镀膜工艺是真空管的镀膜技术得到进一步的发展，吸收率更高、散热率更低。
太阳能集热器的选型
太阳能集热器的选型Abstract：An Introduction of the advantages and disadvantages of the flat plate solar concentrator, the glass vacuum tube solar concentrator and the heat pipe solar concentrator, comprehensively evaluating the different kinds of the solar concentrator.Key words: solar concentrator, type selection and comparison, comprehensive evaluation摘要：对目前常用的平板型、玻璃真空管型及热管型等太阳能集热器的优缺点进行了介绍，并对各种太阳能集热器进行了综合比较。
关键词：太阳能集热器，选型比较，综合评价1各种太阳能集热器的特点和应用范围太阳能集热器的类型主要有：平板型太阳能集热器、真空管型太阳能集热器两大类。
每一大类太阳能集热器又分多种品种，每一种的太阳能集热器各有其特点和应用范围。
1.1平板型太阳能集热器类平板型太阳能集热器俗称平板集热器，其基本结构由透明盖板、吸热板、保温层和外壳组成。
其工作原理为：当太阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收涂层的吸热板上时，吸热板吸收太阳的辐射能，将其转换成热能，并将热能传给吸热板流道内的工质，使流道内的工质温度升高；从集热器进口进入吸热板的较低温度的工质，在吸热体流道内被加热升温后，从集热器出口流走，并将有用的热能带走；与此同时，吸热板温度升高，透过透明板和外壳向周围环境散失热能，为减少散热，在平板太阳集热器底部和边框四周填充保温材料。
平板集热器的主要热损失是吸热板和透明盖板之间的空间存在空气对流换热损失。
减少这部分热损失的最有效措施是将其间的空气抽去，形成真空。
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如何选择太阳能集热器类型
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如何选择太阳能集热器类型
太阳能集热器的类型，目前国内市场上用的太阳能集热器的类型主要有：平板式、真空管式、热管式、U型管式四种，四种类型各有优缺点，没有一种是完美的、占有绝对优势的。
用户选择太阳能集热器类型应根据安装所在地的气候特征以及所需热水温度、用途来选定。
对于广东、福建、海南、广西、云南等冬天不结冰的南方地区的用户，选取用平板式太阳能集热器是非常合适的，因为不需要考虑冬天抗冻的问题，而平板型太阳能集热器的缺点是不抗冻，所以在南方地区使用，该缺点不会表现出来，而平板型的优点却是非常突出的：热效率高，金属管板式结构、免维护、15年寿命、性价比高。
长江、黄河流域地区的用户，因为冬天会结冰，而且冬天气温高于—20℃，所以选用真空管太阳能集热器是比较合适的，既可以抗冻，性价比也比热管、U型管高，但是真空管的主要缺点是：不承压、易结水垢、易爆裂。
在东北三省、内蒙古、新疆、西藏地区的用户就必须选用热管型太阳能集热器，因为热管抗—40℃低温，平板式、真空管都是无法抵抗如此低温，但是热管的造价很高，而且热效率最低。
对于工业用途的热水，最好选择平板型太阳能集热器。
工业热水用量大，需要很大面积的太阳能集热器，要求集热器不易损坏、易维护、可承压，平板集热器在此方面具有显著的优越性。
真空管、热管、U型管集热器都不能用于大工程，例如，真空管集热器平均每年有8‰的破损率，而一根管的破裂将导致整个系统瘫痪。
综上所述，不同类型的太阳能集热器没有绝对好、坏之分，重要的是要根据使用地区的气候特征和用途来选择最优性价比的类型，不要被某些厂家误导，多花冤枉钱。
太阳能热水系统中还会用到水管、保温水箱、控制系统等配件，配件的性能也直接影响到整个系统的优越性。
可以选择铜管、不锈钢管和PPR管而不要选择镀锌管作为水管，其中，PPR管性价比最高；不要选择采用保温棉来保温的水箱，因为保温棉会吸水；集热板底可以用保温棉而不要用聚苯乙烯来保温；控制系统最好选用进口品牌。
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