平板式太阳能集热器盖板的研究现状分析

龙倩文

摘要：为了全面降低平板式太阳能集热器的顶部热损失，以此提升集热器的热效率，本文基于平板式的太阳能集热器内部构造情况，提出了使用顶部结构透明盖板的优化方式，这样就可以使太阳能集热器盖板在实际的使用过程中，发挥出应有的作用。经过长期的发展与研究，当前已经出现了多种不同的材料以及盖板加工技术，本文主要对盖板的研究现状进行了分析，希望能够为相关领域的研究人员提供一定的技术性参考。

关键词：平板式太阳能 集热器 涂层 双层玻璃盖板

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，但是由于太阳会受到诸多因素的影响，就会导致一天当中的阳光会受到时间、云层的直接影响，同时受到节气及昼夜的变化，让这种能源始终无法提供一个稳定的能量供给。因此，为了在进行太阳能使用的过程中，就需要提升相关设备的太阳能转化率，这是保障对太阳能可以充分利用的关键所在。

1研究背景

伴随着我国太阳能产业的不断发展，已经出现大量有关太阳能集热器的性能优化研究项目，并得到了全面的推进。当下在进行太阳能资源利用的过程中，基本上采用的都是真空管式的太阳能集热器，或者使用平板式太阳能集热器。而我国当下的发展中，相比较真空管式的太阳能集热器，平板式太阳能集热器的市场份额并不高。这主要是由于在实际的能源转化过程中，始终无法与真空管式的相比较，同时在使用中，真空管式的太阳能板也相应地与建筑可以形成一体化的建设方式。为了保障集热器热损失问题得到解决，就需要明确出集热器所在运行过程中的设计特征，以此进行针对性的优化，提升平板式太阳能集热器的性能。

2平板式太阳能集热器

现阶段的平板式太阳能集热器的设计中，基本上由4个部位进行构成，分别为透明盖板、吸热板、保温层及外壳所组成。在平板式太阳能集热器的顶部位置，为透明的玻璃盖板，是为了能够在使用的过程中，起到保护吸热板的作用，不会被外界因素所影响。其次，还需要阻隔吸热板热量的散失。这种透明盖板的使用过程中，让太阳能可以将其热量辐射到吸热板上。在实际的运行中，可以通过表面覆盖的选择性吸收膜，吸收到大量的太阳能辐射能，并将这些能量有效地传递到集热器上。在保温层的外壳填充过程中，需要将其安装到透明盖板及安装到吸热板的外部位置。这样就可以在操作的过程中，形成一个完整的平板式的太阳能集热器。

3透明盖板的设计

3.1技术要求

首先在进行设计的过程中，要保障透明盖板需要有着较高的太阳辐射透射率，特别是对于红外线，需要有效将其控制在较低的透射率水平。其次，还需要有着较强得到热热阻，最好是具有着一个较高的冲击强度。最后，则是需要保障有着较高的耐老化性能。

3.2透明盖板材料

3.2.1平板玻璃

我国在现阶段的研究过程中，在集热器盖板的材料使用上，基本上都会选择平板玻璃，这是由于平板玻璃具备着较强的导热热阻，再者，红外辐射的透射率也相对比较低，具有着较强的耐老化的效果。但是，由于这种材料当中的氧化铁含量比较高，就会导致对于太阳辐射透射率并不高，同时在使用中的玻璃强度不高，容易发生碎裂的问题。

3.2.2玻璃钢板

这是一种玻璃纤维增强塑料板，可以在使用的过程中，发挥出自身较强的太阳能辐射透射率、导热热阻高及强度高的特征，相比较传统的普通玻璃板而言，可以提升玻璃的使命周期，并在加工环节也比较容易。

4涂层对透明盖板的性能影响

进行玻璃盖板的涂层设计，就是一种全面优化盖板的一种设计方式，可以很好地让集热器可以得到更多的热量，但是也相应地会失去更多的热量。在充分地保障盖板对太阳能辐射的基本投射能力的前提下，也相应地需要降低热量的方式，让其红外辐射可以从盖板当中散射出去，还需要使用光谱选择性的涂层，将其涂抹在盖板表面，这是可以让其涂层可以对红外辐射有着较强的反射作用。进行实际的制作过程中，可以使用针对性材料，进行涂膜的加工制作，或者直接使用金属膜的方式。这样在太阳能板的使用中，极大地降低了太阳能辐射到盖板之后，盖板所需要的能量。通过提升盖板对于太阳能的透过率，就可以在最大程度上保障集热器可以获得更多的能量。

5盖板设计的发展

5.1双层玻璃盖板

在使用双层盖板的过程中，就是一种在亮面中间加个一段距离之后，将玻璃进行稳定的固定，以此形成一种双层的玻璃盖板。现阶段我国的一些研究人员对其进行了深入的研究，通过与一些单层的玻璃进行比较后发现。控制其他条件相同的情况下，所使用的双层玻璃的盖板，可以在实际的运行过程中，能够有效地提升盖板的整体效率。这是由于双层玻璃的设计方式，与单层盖板相比有着较高的保温性能。其次，在太阳辐射的过程中，由于透过率并不会比单层高，因此就会导致在出口温度上较高^[1]。

5.2真空玻璃盖板

这种玻璃盖板就是在加工的过程中，使用两层材料的玻璃，在二者之间进行抽真空处理，并将其真空程度控制在10^-1的真空程度。由于是基于两层的玻璃夹层的设计方式，就会使得玻璃始终受到大气压的作用，因此为了保障玻璃的稳定性，就要在二者之间使用支撑柱。

在我国一些研究人员的研究中，对双层玻璃盖板使用先进技术的方式，针对窄缝高真空玻璃盖板的方式，进行全面的比较分析。在相同的条件下，真空玻璃盖板的集热器始终有着较高的温升速率，同时在运行的过程中，温度方面也比较高。为了能够进行客观有效的分析，就需要对集热器模型进行针对性的分析，以此可以得到冬季工况下的集热器模型的运行情况。这种对于该模型的分析方式下，发现真空玻璃的盖板设计方式，相比较传统的单层玻璃的设计方式，有着更高的隔热能力，其次在防冻能力上也比较出众。后续对玻璃板当中进行尺寸的分析中，得出柱间距越大的情况下，就会导致传热系数不断增大，同时伴随着玻璃厚度的增加，使得传热系数也会呈现出较快的提升效果。因此，现阶段就需要在进行玻璃厚度增大的过程中，保障传热系数需要得到良好的处理，这样就可以最大限度上满足人们的实际使用需求^[1]。

5.3蜂窝形盖板

现阶段所使用的蜂窝形盖板，就是一种利用透明盖板与吸热板进行组合，并在中间添加一定的蜂窝形隔层，这是一种蜂窝形盖板的方式，提升集热器热性能的设计方案。一方面，在现阶段的一些研究中发现，利用垂直方形蜂窝平面，将其插入到平板集热器的气隙当中，就可以最大程度上提升集热器的热效率;其次，还可以将完全冻结的时间，延后大约2.5h的程度。另一方面，从现阶段的集热器的蜂窝管的高宽比进行分析，集热器的出口温度会出现较大的提升。因此，通过上述的试验分析后发现，当下所采用的单层玻璃盖板与吸热板当中，添加了蜂窝形的结构层，就可以很好地提升盖板的自身保温性能，其次也可以很好地提升集热器的热效率。在对蜂窝形盖板的优化过程中，需要重点考虑蜂窝结构的实际形状及尺寸，这样就可以最大程度上提升设计的效果^[3]。

5.4增效盖板

这是一种在使用的过程中，可以让更多的太阳辐射到透明盖板上，经过长期的技术研究，已经有研究人员提出在透明盖板上，增加一个增效盖板，以此保障利用增效盖板的方式，全面提升透过率。

其中一些学者的研究中，对于使用增效盖板之后的集热器效率变化进行了详细的分析，相关调查中发现，增加了增效盖板之后，会使得集热器的平均效率得到了全面的提升，相比较普通类型的盖板而言，基本上提升了7.3%的程度。在深入的研究中，也发现利用不同形状下的增效盖板，特别是在一些冬季工况下，可以很好地对其开展针对性的对比实验分析，因此十分有效地得出了增效盖板相比较传统的盖板而言，由于具备着反射的效果，就让集热器的效率得到了明显的提升^[4]。另外，在抛物线的无反射盖板处理中，可以具备着较强的盖板效果。特别是在进行处理的过程中，可以利用较强的发射效果，保障提升盖板的处理效果。现阶段所使用的增效盖板，是一种提升集热器热性能的重要设计方式。

6透明盖板与SiO₂的气凝胶结合

伴随着技术的技术发展，当下所制作出的SiO₂气凝胶，是一种纳米级别的多孔网络结构固体，同时在密度及质量上，相比较普通固体材料而言比较少。特殊的结构采用的是纳米的多孔结构，因此将其运用到盖板上之后，可以很好地起到较高性能的绝热保温性能。SiO₂气凝胶的使用制备过程，本质是就是首先利用溶胶与凝胶的方式，制作出一个具体的凝胶，之后在经过量化处理之后，或者进行后续的表面改性操作，以此得到强化的结构。最后在进行处理的过程中，需要将其与集热器进行全面的结合，这是保障在运行的过程中，可以得到一个良好的结构质量，同时保障玻璃窗的运行中，能够发挥出一个良好的保温性能。相比较一般情况下的材料，这样材料可以凸显出明显的优势^[5]。

6.1气凝胶镀膜盖板

现阶段在盖板的制作过程中，基本上都是基于溶胶、凝胶法的方式，进行凝胶的制作，之后利用浸涂工艺的方式，将其覆盖到凝胶盖板上，让盖板可以在表面上形成一个较强的薄膜类型。利用这种SiO₂气凝胶的方式，可以制作出性能较高的透明盖板，其次在处理的过程中，也可以相应地全面提升自身的高透光性。

6.2 块状气凝胶盖板

现阶段所使用的SiO₂气凝胶本身存在着较强的保温性能。但是基于导热的基础理论知识发现，这种材料厚度及材料的导热系数设计中，基于导热热组的方式，需要保障凝胶可以有着更高的保温性能，只有保障厚度充足，才能够在最大程度上发挥出应有的价值及作用。但是，在SiO₂气凝胶结构方面的特殊性，因此就需要在进行设计中，需要重视其易碎的特征，避免将其当做单独的材料，所制作的盖板会出现结构强度较低的问题。因此在进行设计的过程中，就要进行针对性的材料混合使用，以此保障玻璃内部有着较强的结构强度，但是在导热方面存在着较强的优势性^[6]。

7 结语

综上所述，进入到新时期之后，使得传统能源越发的紧缺，因此就要大力发展以太阳能为首的技术，有效地对太阳能的平板式集热器进行全面的优化处理，这样就可以最大程度上提升技术的效果，也相应地满足当下太阳能处理的整体效果。

参考文献

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[2]周志华，刘俊伟，黄欣.两种集中式太阳能集热器集热效率对比研究[J].建筑节能，2019，47（5）：45-50.

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[6]李博佳，王敏，张昕宇，等.平板型太阳能集热器三维动態传热计算模型开发与应用[J].建筑科学，2021，37（8）：181-188.