龍倩文

摘要：為了全面降低平板式太陽能集熱器的頂部熱損失，以此提升集熱器的熱效率，本文基于平板式的太陽能集熱器內部構造情況，提出了使用頂部結構透明蓋板的優(yōu)化方式，這樣就可以使太陽能集熱器蓋板在實際的使用過程中，發(fā)揮出應有的作用。經(jīng)過長期的發(fā)展與研究，當前已經(jīng)出現(xiàn)了多種不同的材料以及蓋板加工技術，本文主要對蓋板的研究現(xiàn)狀進行了分析，希望能夠為相關領域的研究人員提供一定的技術性參考。

關鍵詞：平板式太陽能 集熱器 涂層 雙層玻璃蓋板

Analysis on Research Status of Flat Plate Solar Collector Cover Plate

LONG Qianwen

（Jiangsu Hete Innovative Solar Solutions Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210048 China）

Abstract： In order to comprehensively reduce the top heat loss of the flat plate solar collector and improve the thermal efficiency of the collector， based on the internal structure of the flat plate solar collector， this paper proposed the optimization method of using the transparent cover plate of the top structure， so that the cover plate of the solar collector can play its due role in the actual use process. After long-term development and research， there have been many different materials and cover plate processing technologies. This paper mainly analyzes the research status of cover plate， hoping to provide some technical reference for researchers in related fields.

Key Words： Flat panel solar energy; Collector; Coating; Double glass cover

太陽一直都是地球最大的能源提供者，但是由于太陽會受到諸多因素的影響，就會導致一天當中的陽光會受到時間、云層的直接影響，同時受到節(jié)氣及晝夜的變化，讓這種能源始終無法提供一個穩(wěn)定的能量供給。因此，為了在進行太陽能使用的過程中，就需要提升相關設備的太陽能轉化率，這是保障對太陽能可以充分利用的關鍵所在。

1研究背景

伴隨著我國太陽能產業(yè)的不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)大量有關太陽能集熱器的性能優(yōu)化研究項目，并得到了全面的推進。當下在進行太陽能資源利用的過程中，基本上采用的都是真空管式的太陽能集熱器，或者使用平板式太陽能集熱器。而我國當下的發(fā)展中，相比較真空管式的太陽能集熱器，平板式太陽能集熱器的市場份額并不高。這主要是由于在實際的能源轉化過程中，始終無法與真空管式的相比較，同時在使用中，真空管式的太陽能板也相應地與建筑可以形成一體化的建設方式。為了保障集熱器熱損失問題得到解決，就需要明確出集熱器所在運行過程中的設計特征，以此進行針對性的優(yōu)化，提升平板式太陽能集熱器的性能。

2平板式太陽能集熱器

現(xiàn)階段的平板式太陽能集熱器的設計中，基本上由4個部位進行構成，分別為透明蓋板、吸熱板、保溫層及外殼所組成。在平板式太陽能集熱器的頂部位置，為透明的玻璃蓋板，是為了能夠在使用的過程中，起到保護吸熱板的作用，不會被外界因素所影響。其次，還需要阻隔吸熱板熱量的散失。這種透明蓋板的使用過程中，讓太陽能可以將其熱量輻射到吸熱板上。在實際的運行中，可以通過表面覆蓋的選擇性吸收膜，吸收到大量的太陽能輻射能，并將這些能量有效地傳遞到集熱器上。在保溫層的外殼填充過程中，需要將其安裝到透明蓋板及安裝到吸熱板的外部位置。這樣就可以在操作的過程中，形成一個完整的平板式的太陽能集熱器。

3透明蓋板的設計

3.1技術要求

首先在進行設計的過程中，要保障透明蓋板需要有著較高的太陽輻射透射率，特別是對于紅外線，需要有效將其控制在較低的透射率水平。其次，還需要有著較強得到熱熱阻，最好是具有著一個較高的沖擊強度。最后，則是需要保障有著較高的耐老化性能。

3.2透明蓋板材料

3.2.1平板玻璃

我國在現(xiàn)階段的研究過程中，在集熱器蓋板的材料使用上，基本上都會選擇平板玻璃，這是由于平板玻璃具備著較強的導熱熱阻，再者，紅外輻射的透射率也相對比較低，具有著較強的耐老化的效果。但是，由于這種材料當中的氧化鐵含量比較高，就會導致對于太陽輻射透射率并不高，同時在使用中的玻璃強度不高，容易發(fā)生碎裂的問題。

3.2.2玻璃鋼板

這是一種玻璃纖維增強塑料板，可以在使用的過程中，發(fā)揮出自身較強的太陽能輻射透射率、導熱熱阻高及強度高的特征，相比較傳統(tǒng)的普通玻璃板而言，可以提升玻璃的使命周期，并在加工環(huán)節(jié)也比較容易。

4涂層對透明蓋板的性能影響

進行玻璃蓋板的涂層設計，就是一種全面優(yōu)化蓋板的一種設計方式，可以很好地讓集熱器可以得到更多的熱量，但是也相應地會失去更多的熱量。在充分地保障蓋板對太陽能輻射的基本投射能力的前提下，也相應地需要降低熱量的方式，讓其紅外輻射可以從蓋板當中散射出去，還需要使用光譜選擇性的涂層，將其涂抹在蓋板表面，這是可以讓其涂層可以對紅外輻射有著較強的反射作用。進行實際的制作過程中，可以使用針對性材料，進行涂膜的加工制作，或者直接使用金屬膜的方式。這樣在太陽能板的使用中，極大地降低了太陽能輻射到蓋板之后，蓋板所需要的能量。通過提升蓋板對于太陽能的透過率，就可以在最大程度上保障集熱器可以獲得更多的能量。

5蓋板設計的發(fā)展

5.1雙層玻璃蓋板

在使用雙層蓋板的過程中，就是一種在亮面中間加個一段距離之后，將玻璃進行穩(wěn)定的固定，以此形成一種雙層的玻璃蓋板?，F(xiàn)階段我國的一些研究人員對其進行了深入的研究，通過與一些單層的玻璃進行比較后發(fā)現(xiàn)?？刂破渌麠l件相同的情況下，所使用的雙層玻璃的蓋板，可以在實際的運行過程中，能夠有效地提升蓋板的整體效率。這是由于雙層玻璃的設計方式，與單層蓋板相比有著較高的保溫性能。其次，在太陽輻射的過程中，由于透過率并不會比單層高，因此就會導致在出口溫度上較高^[1]。

5.2真空玻璃蓋板

這種玻璃蓋板就是在加工的過程中，使用兩層材料的玻璃，在二者之間進行抽真空處理，并將其真空程度控制在10^-1的真空程度。由于是基于兩層的玻璃夾層的設計方式，就會使得玻璃始終受到大氣壓的作用，因此為了保障玻璃的穩(wěn)定性，就要在二者之間使用支撐柱。

在我國一些研究人員的研究中，對雙層玻璃蓋板使用先進技術的方式，針對窄縫高真空玻璃蓋板的方式，進行全面的比較分析。在相同的條件下，真空玻璃蓋板的集熱器始終有著較高的溫升速率，同時在運行的過程中，溫度方面也比較高。為了能夠進行客觀有效的分析，就需要對集熱器模型進行針對性的分析，以此可以得到冬季工況下的集熱器模型的運行情況。這種對于該模型的分析方式下，發(fā)現(xiàn)真空玻璃的蓋板設計方式，相比較傳統(tǒng)的單層玻璃的設計方式，有著更高的隔熱能力，其次在防凍能力上也比較出眾。后續(xù)對玻璃板當中進行尺寸的分析中，得出柱間距越大的情況下，就會導致傳熱系數(shù)不斷增大，同時伴隨著玻璃厚度的增加，使得傳熱系數(shù)也會呈現(xiàn)出較快的提升效果。因此，現(xiàn)階段就需要在進行玻璃厚度增大的過程中，保障傳熱系數(shù)需要得到良好的處理，這樣就可以最大限度上滿足人們的實際使用需求^[1]。

5.3蜂窩形蓋板

現(xiàn)階段所使用的蜂窩形蓋板，就是一種利用透明蓋板與吸熱板進行組合，并在中間添加一定的蜂窩形隔層，這是一種蜂窩形蓋板的方式，提升集熱器熱性能的設計方案。一方面，在現(xiàn)階段的一些研究中發(fā)現(xiàn)，利用垂直方形蜂窩平面，將其插入到平板集熱器的氣隙當中，就可以最大程度上提升集熱器的熱效率;其次，還可以將完全凍結的時間，延后大約2.5h的程度。另一方面，從現(xiàn)階段的集熱器的蜂窩管的高寬比進行分析，集熱器的出口溫度會出現(xiàn)較大的提升。因此，通過上述的試驗分析后發(fā)現(xiàn)，當下所采用的單層玻璃蓋板與吸熱板當中，添加了蜂窩形的結構層，就可以很好地提升蓋板的自身保溫性能，其次也可以很好地提升集熱器的熱效率。在對蜂窩形蓋板的優(yōu)化過程中，需要重點考慮蜂窩結構的實際形狀及尺寸，這樣就可以最大程度上提升設計的效果^[3]。

5.4增效蓋板

這是一種在使用的過程中，可以讓更多的太陽輻射到透明蓋板上，經(jīng)過長期的技術研究，已經(jīng)有研究人員提出在透明蓋板上，增加一個增效蓋板，以此保障利用增效蓋板的方式，全面提升透過率。

其中一些學者的研究中，對于使用增效蓋板之后的集熱器效率變化進行了詳細的分析，相關調查中發(fā)現(xiàn)，增加了增效蓋板之后，會使得集熱器的平均效率得到了全面的提升，相比較普通類型的蓋板而言，基本上提升了7.3%的程度。在深入的研究中，也發(fā)現(xiàn)利用不同形狀下的增效蓋板，特別是在一些冬季工況下，可以很好地對其開展針對性的對比實驗分析，因此十分有效地得出了增效蓋板相比較傳統(tǒng)的蓋板而言，由于具備著反射的效果，就讓集熱器的效率得到了明顯的提升^[4]。另外，在拋物線的無反射蓋板處理中，可以具備著較強的蓋板效果。特別是在進行處理的過程中，可以利用較強的發(fā)射效果，保障提升蓋板的處理效果。現(xiàn)階段所使用的增效蓋板，是一種提升集熱器熱性能的重要設計方式。

6透明蓋板與SiO₂的氣凝膠結合

伴隨著技術的技術發(fā)展，當下所制作出的SiO₂氣凝膠，是一種納米級別的多孔網(wǎng)絡結構固體，同時在密度及質量上，相比較普通固體材料而言比較少。特殊的結構采用的是納米的多孔結構，因此將其運用到蓋板上之后，可以很好地起到較高性能的絕熱保溫性能。SiO₂氣凝膠的使用制備過程，本質是就是首先利用溶膠與凝膠的方式，制作出一個具體的凝膠，之后在經(jīng)過量化處理之后，或者進行后續(xù)的表面改性操作，以此得到強化的結構。最后在進行處理的過程中，需要將其與集熱器進行全面的結合，這是保障在運行的過程中，可以得到一個良好的結構質量，同時保障玻璃窗的運行中，能夠發(fā)揮出一個良好的保溫性能。相比較一般情況下的材料，這樣材料可以凸顯出明顯的優(yōu)勢^[5]。

6.1氣凝膠鍍膜蓋板

現(xiàn)階段在蓋板的制作過程中，基本上都是基于溶膠、凝膠法的方式，進行凝膠的制作，之后利用浸涂工藝的方式，將其覆蓋到凝膠蓋板上，讓蓋板可以在表面上形成一個較強的薄膜類型。利用這種SiO₂氣凝膠的方式，可以制作出性能較高的透明蓋板，其次在處理的過程中，也可以相應地全面提升自身的高透光性。

6.2 塊狀氣凝膠蓋板

現(xiàn)階段所使用的SiO₂氣凝膠本身存在著較強的保溫性能。但是基于導熱的基礎理論知識發(fā)現(xiàn)，這種材料厚度及材料的導熱系數(shù)設計中，基于導熱熱組的方式，需要保障凝膠可以有著更高的保溫性能，只有保障厚度充足，才能夠在最大程度上發(fā)揮出應有的價值及作用。但是，在SiO₂氣凝膠結構方面的特殊性，因此就需要在進行設計中，需要重視其易碎的特征，避免將其當做單獨的材料，所制作的蓋板會出現(xiàn)結構強度較低的問題。因此在進行設計的過程中，就要進行針對性的材料混合使用，以此保障玻璃內部有著較強的結構強度，但是在導熱方面存在著較強的優(yōu)勢性^[6]。

7 結語

綜上所述，進入到新時期之后，使得傳統(tǒng)能源越發(fā)的緊缺，因此就要大力發(fā)展以太陽能為首的技術，有效地對太陽能的平板式集熱器進行全面的優(yōu)化處理，這樣就可以最大程度上提升技術的效果，也相應地滿足當下太陽能處理的整體效果。

參考文獻

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