集热板

吸收通过透明盖层入射的太阳光把光能转化成热能，由集热流体传热的板

集热板是吸收通过透明盖层入射的太阳光把光能转化成热能，由集热流体传热的板。在集热板表面喷涂无光黑名色涂料形成的选择性吸收膜，所用基材一般是导热率高的金属，也有用塑料的。集热板也叫吸收板、集热体、受热板。

集热板的技术要求

根据集热板的功能及工程应用的需求，对集热板有以下主要技术要求：

(1)太阳吸收率高，可以最大限度地吸收太阳辐射能；

(2)热传递性能好，产生的热量可以最大限度地传递给传热工质；

(3)与传热工质的相容性好，不会被传热工质腐蚀；

(4)具有一定的承压能力，便于将集热器与其他部件连接组成太阳能系统；

(5)加工工艺简单，便于批量生产及推广应用。

集热板的结构型式

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；集管是指集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。

集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。根据国家标准《平板型太阳能集热器》(GB/T 6424--2007)，吸热板有管板式、翼管式、扁盒式和蛇管式等结构型式。

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《吸热板结构型式示意图》所示，然后再与上下集管焊接成吸热板。这是国内外使用比较普遍的吸热板结构类型。

排管与平板的结合有多种方式，主要有热碾压吹胀、高频焊接、超声焊接等。北京市太阳能研究所于1986年从加拿大引进了一条具有国际先进水平的铜铝复合太阳条生产线，使我国平板集热器技术跨上一个新的台阶。之后，该项技术先后辐射到沈阳、烟台、，“州、昆明、兰州等地，在全国又相继建立起十几条铜铝复合太阳条生产线。该项技术是将一根铜管置于两条铝板之间热碾压在一起，然后再用高压空气将它吹胀成型。铜铝复合板芯的优点是：

(1)热效率高，热碾压使铜管和铝板之间达到冶金结合，无结合热阻；

(2)水质清洁，太阳条接触水的部分是铜材，不会被腐蚀；

(3)保证质量，整个生产过程实现机械化，使产品质量得以保证；

(4)耐压能力强，太阳条是用高压空气吹胀成型。

近年来，全铜吸热板正在我国逐步兴起，它是将铜管和铜板通过高频焊接或超声焊接工艺而连接在一起。全铜吸热板具有铜铝复合太阳条的所有优点：

(1)热效率高，无结合热阻；

(2)水质清洁，铜管不会被腐蚀；

(3)保证质量，整个生产过程实现机械化；

(4)耐压能力强，铜管可以承受较高的压力。

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，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是：

(1)热效率高，管子和平板是一体的，无结合热阻；

(2)耐压能力强，铝合金管可以承受较高的压力。

缺点是：

(1)水质不易保证，铝合金会被腐蚀；

(2)材料用量大，工艺要求管壁和翼片都有较大的厚度；

(3)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。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是：

(1)热效率高，管子和平板是一体的，无结合热阻；

(2)不需要焊接集管。流体通道和集管采用一次模压成型。

缺点是：

(1)焊接工艺难度大，容易出现焊接穿透或者焊接不牢的问题；

(2)耐压能力差，焊点不能承受较高的压力；

(3)动态特性差，流体通道的横截面大，吸热板有较大的热容量；

(4)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，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是：

(1)不需要另外焊接集管，减少泄漏的可能性；

(2)热效率高，无结合热阻；

(3)水质清洁，铜管不会被腐蚀；

(4)保证质量，整个生产过程实现机械化；

(5)耐压能力强，铜管可以承受较高的压力。

缺点是：

(1)流动阻力大，流体通道不是并联而是串联；

(2)焊接难度大，焊缝不是直线而是曲线。

集热板上的涂层

为使集热板最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能，在集热板上应覆盖有深色的涂层，该涂层称为太阳能吸收涂层。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。

1)电镀涂层

(1)黑铬涂层

黑铬涂层的吸收率α和发射率ε分别为0.93～0.97和0.07～0.15，α/ε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，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。

(2)黑镍涂层

黑镍涂层的吸收率α可达0.93～0.96，热发射率ε为0.08～0.15，α/ε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。

(3)黑钴涂层

黑钴涂层的主要成分是CoS，具有蜂窝形网状结构，其吸收率α可达0.94～0.96，发射率ε为0.12～0.14，α/ε为6.7～8。

2)电化学表面转化涂层

(1)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、耐晒的优良特性．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，在太阳热水器中已得到广泛应用。

(2)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℃。涂层的吸收率可达0.88～0.95，法向发射率为0.15～0.30。这种CuO涂层有一层黑色绒面，若保护不好，则会导致吸收率的降低。

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，但后者的设备比较简单，工艺控制方便，容易在大面积上获得均匀一致的涂层。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。

集热板的材料

(1)集管和支管采用TP2铜

TP2铜(磷脱氧铜)是熔鳃高纯度的原材料，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100×10-6以下，从而提高其延展性、耐蚀性、热传导性、焊接性和抽拉加工性，在高温中也不发生氢脆现象。

(2)条带(整板)采用铜或铝

TUl无氧紫铜(标准见GB/T 5231—2001)特性及适用范围：氧和杂质含量极低，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、焊接性能和耐蚀耐寒性均好。

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