平板型太阳集热器的瞬时效率曲线的统一性分析

2、国外研究现状
国外对平板式太阳能集热器盖板的研究主要集中在纳米技术、光电转化技术 等领域。例如，有些研究者将纳米技术应用于盖板材料中，以提高其光电转化效 率和保温性能；有些研究者则盖板的光电转化性能，将太阳能转化为电能，以提 高能源利用效率
。此外，国外研究者还对盖板的制造工艺进行了深入研究，探究如何提高生 产效率和降低成本。
一、研究背景
平板式太阳能集热器主要由吸热板、隔热层和外壳等组成，其中吸热板是集 热器的核心部分，用于吸收太阳辐射能。而盖板则位于吸热板上方，主要作用是 减少热损失、提高集热效率。在太阳能热水系统中，平板式太阳能集热器的使用 可以大大降低能耗，对节能减排具有重要意义。
二、研究现状
1、国内研究现状
在过去的几十年中，热管平板式太阳能集热器和太阳能热水系统已经得到了 广泛的研究。然而，由于太阳能的间断性和不稳定性，这两种技术仍存在一些问 题和局限性。例如，太阳能集热器的热效率不高，热水系统的存储和分配问题等。
因此，本次演示将提出一些研究问题和假设，旨在解决这些问题，提高太阳 能的利用效率。
本次演示的研究方法将包括文献综述和实验研究。首先，我们将对热管平板 式太阳能集热器和太阳能热水系统的相关研究进行梳理和评价，找出已有研究的 不足和局限性。然后，我们将设计实验，通过实际测试和分析，探究这两种技术 的性能和应用情
国内对平板式太阳能集热器盖板的研究主要集中在材料、结构和优化设计等 方面。在材料方面，研究者们主要盖板的保温性能、抗老化性能和抗紫外线性能 等。例如，有些研究者将高保温材料应用于盖板中，以提高其保温性能；有些研 究者则盖板的抗老化性能，探究不同材料的老化速度和机理。
在结构方面，国内研究者主要对盖板的形状、尺寸和构造等进行研究。例如， 通过对盖板的结构进行优化设计，减小集热器表面温度差异，从而提高集热效率。 此外，有些研究者还盖板的通风性能，以保证集热器在多云天气下仍能正常工作。

本文从理论上对平板型太阳能集热器的热性能影响 因素进行全面剖析， 从集热器的热量平衡关系入手， 根据传热学理论， 围绕其热性能参数， 分析其影响因 素及影响规律， 并由此找到提高集热器热性能的有效 途径。
平板型太阳能集热器一般由吸热板、 透明盖板、 保温层和外壳四部分组成。 吸热板是吸收太阳辐射能 并向传热工质传递热量的部件， 为使集热器最大限度 地吸收太阳辐射能， 在吸热板上覆盖有选择性吸收涂 层； 为保护吸热板， 在平板型集热器的上表面覆盖透 明盖板； 保温层是集热器中抑制吸热板通过传导向周 围环境散热的部件； 外壳是集热器中保护及固定吸热 板、 透明盖板和保温层的部件， 具有一定的刚度和强 度， 有较好的密封性及耐腐蚀性。
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中国农机化学报
2014 年
型材料的盖板： 中空塑胶盖板， 并已经市场化应用。 透明盖板的结构参数是影响其热性能的又一因
素。 透明盖板的层数分为单层和双层， 绝大多数情 况下采用单层盖板， 只有在工作温度较高或气温较 低的地区才使用双层盖板， 一般极少采用三层或三 层以上的透明盖板， 因为随着层数增多， 热损失降 低， 但同时太阳透射比也大幅降低。 透明盖板与吸 热板之间的距离参数将影响其换热， 因此相关领域 的学者也对此展开研究， 试图获得提高热效率的最 佳间距值， 一般该距离应大于20mm。 3.1.4 外部因素
因素， 而τ与α则是决定于集热器自身的内部因素； 总
热损系数UL表征集热器向外界散失热量的能力， 与热 损失能量成正比。
2.2 热性能的评价指标
工程上一般采用瞬时效率来评价平板型集热器的
热性能， 瞬时效率η是指在稳态 (或准稳态) 条件下，
集热器传热工质在规定时段内输出的能量与入射在集
热器上的太阳辐照能量的比值， 故其计算式为 [1]：

文章编号:025420096(2001)022*******一种高效平板太阳能集热器试验研究Ξ李戬洪,江　晴(中国科学院广州能源研究所,广州510070)摘　要:性能良好的太阳能集热器是太阳能空调的关键设备之一。

广东省江门市太阳能空调系统采用了一种高效的平板集热器,其主要技术特征是增加了一块聚碳酸脂(PC )透明隔热板。

本研究通过对比试验,确定了一种高效平板太阳能集热器的技术方案,并测定了瞬时效率曲线,其热损系数仅为2190W/(m 2・℃)。

关键词:太阳能;平板集热器;热效率中图分类号:TK 512 文献标识码:A0　引　言我国太阳热水器近年来发展迅速,至1998年底,已有近2000万m 2的太阳热水器投入使用,1997年全国太阳热水器的年产量将近350万m 2,其中平板型热水器约占45%,真空管热水器约占30%[1]。

太阳热水器的应用主要是提供生活热水,但在夏天由于太阳辐射强、气温高,太阳热水器产热水量大、温度高,所产的高温热水往往用不完。

这种情况在南方每年大约有6～8个月时间,在北方也有4～6个月。

利用这些用不完的热水来实现制冷空调是一个更加理想的方案。

为了证明太阳能空调应用的可行性,我们在广东省江门市建成了我国首座大型实用性太阳能空调系统,并于1998年6月投入运行[2]。

该系统以500m 2平板太阳能集热器为600m 2的办公楼提供空调。

江门太阳能空调系统取得成功,不仅证明了利用太阳热水器实现制冷空调的可行性,技术上使普通的太阳热水系统与太阳能空调系统“接轨”,同时还开辟了太阳热水器一个更新、更广的应用领域。

性能良好的太阳能集热器是太阳能空调的关键技术设备之一。

目前成熟的太阳能集热器主要有平板集热器、全玻璃真空管集热器和热管式真空管集热器。

平板集热器以其简单价廉和安装方便在全世界都获得广泛的应用,在我国南方也占主导地位。

但平板集热器在高温段热效率偏低,表面热损大,用于太阳能空调还不够理想。

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将吸热板与透明盖层之间的空间抽成真空，存在两个 将吸热板与透明盖层之间的空间抽成真空，存在两个 困难： 困难： 1m2的透明盖板上将有 的透明盖板上将有10000Kg左右的压力； 左右的压力； 左右的压力 气密性达不到要求。 气密性达不到要求。 先把内玻璃管外表面， 先把内玻璃管外表面，利用真空镀膜机沉积选择性吸 收膜，再把内管与外管之间抽真空， 收膜，再把内管与外管之间抽真空，这样就消除了对 辐射与传导造成的热损，使总热损降到最低。 流、辐射与传导造成的热损，使总热损降到最低。这 就是研发与应用真空集热管的基本思路。 就是研发与应用真空集热管的基本思路。将许多根玻 璃真空管用联箱予以连接， 璃真空管用联箱予以连接，就可以做成另一类型的太 真空管太阳集热器。 阳集热器 ― 真空管太阳集热器。
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人们研制出内管与外管间抽真空的全玻璃真空集热管。 人们研制出内管与外管间抽真空的全玻璃真空集热管。 全玻璃真空集热管
Al-N/Al(铝 Al-N/Al(铝 氮铝） 氮铝）选择 性吸收涂层
吸收真空管运行 时产生的气体， 时产生的气体， 保持管内真空度
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• 全玻璃真空太阳集热管产品质量的好坏，与选用的玻璃材料、真空性能和 选择性吸收膜有重要关系。 • ( l ）玻璃。全玻璃真空太阳集热管所用的玻璃应具有透光性能好，热稳 定性能好，热膨胀系数低，耐热冲击性能好，机械强度较高，抗化学侵蚀 性较好，适合于加工的特点。根据理论分析和实践证明，硼硅玻璃 3 . 3 是生产制造真空集热管的首选材料。其热膨胀系数为 3 . 3 *10-6／ ℃ ， 玻璃中的氧化铁含量为 0 . 5 ％以下，耐热温差大于 200 ℃ ，强度高。 • ( 2 ）真空度。确保真空集热管的真空度是提高产品质量、保证产品使用 年限的重要指标。集热管内的气体压强很低，常用真空度来描述，管内气 体压强越低，说明真空度越高。国际上常用单位是 Pa （帕）。 根据国家 标准规定，集热管的真空度应小于或等于 5*10-2Pa。要使集热管内长期 保持较高的真空度，还必须在排气台排气时对玻璃真空集热管进行较高温 度与较长时间的保温烘烤，以消除管内水汽及其他气体。此外，在真空集 热管内还放置了钡一钦吸气剂，它蒸散在抽真空封口一端的管壳内表面上， 像镜面一样，能在运行时吸收集热管内释放出的微量气体，以保持管内的 真空度。一旦银白色的镜面消失，则说明该真空集热管的真空度受到破坏， 管子也就报废。

平板式太阳能热水器能效评估与改进陆尧杰，潘涛复旦大学指导老师：俞熹摘要：近年来，随着能源价格不断攀升，太阳能产品日益受到人们青睐。

目前家用太阳能设备中最常见的是太阳能热水器，市场基本被真空管太阳能热水器占据。

但真空管太阳能集热器造价相比平板式太阳能集热器来说非常高昂，若能将平板式太阳能系统应用于家庭用户，其低廉的成本将有利于产品更广泛的应用，起到节能环保的作用。

本实验将通过测量平板式太阳能热水系统的效率及热损，来探讨影响其效率的因素，并给出一些平板式太阳能集热器在家庭应用中的建议。

一．平板式太阳能集热器的基本原理如图为太阳能集热板的结构（1－吸热板与管道；2－玻璃盖板；3－隔热层与反光板；4－铝合金外壳）吸热板为平板式太阳能集热器的最主要部件，通过各种焊接等方法与管道紧密结合，它的表面涂有选择性吸收图层，可以最大限度的吸收太阳光的能量并转换成热能。

太阳能集热板的管道一般由集管和排管组成，集管为吸热板上下两条较粗的水管，若干根排管并联在集管之间，排管通过焊接、热碾压等方式与吸热板紧密相接以获得无结合热阻的效果，传热工质（一般为水）在排管中时被吸热板加热。

影响平板效率的因素有很多：选择性图层的吸收效率、管道与吸热板的导热性能、玻璃盖板的太阳光透过率、隔热层的保温性能等。

从吸热原理来看，平板式太阳能集热器与真空管太阳能集热器对于太阳光的吸收效率相差无几（都是通过选择性图层来实现），而目前真空管集热器的优势主要在于其真空玻璃的保温性能较好，因此体现出更高的总效率。

二．实验仪器本实验的所有仪器均为自行购买和搭建。

主要仪器有：测量用具：1. 照度计TES泰仕1332A 测量范围0～20000LUX/FC2. 温度计PT100铂电阻温度传感器与变送模块范围0～150。

C，0～10V输出3. usb-1208fs数据采集卡，计算机及相关软件4. 学生电源太阳能热水系统：1.自制水箱：买1个容积45升左右的长方形塑料箱，在箱子表面开洞以接管道（3小洞插入温度计，3个大洞分别为冷水出口、热水进口及放水口）2.球阀2个：用于控制水箱与集热板之间水循环的开闭3.束接、PVC管道与接口、胶水、生料带等管道用品若干4.太阳能集热板（导师提供）下图为整个热水系统的设计图：水箱俯视图1－1号温度计；2－2号温度计；3－球阀；4－上循环管道（热水）；5－下循环管道（冷水）太阳能集热板有4个出水口，其中两个封死。

Papersechnical 论文论述T5T y海尔热水器有限公司太阳能科研所刘桂永真空管型集热器平板型集热器效率分析现阶段我国太阳能集热器主要有平板集热器和真空管集热器两种，很多人认为真空管内抽真空，所以防冻性能好，热效率高；高硼硅特硬玻璃3.3硬度大、表面光洁度高，不易结垢。

而平板集热器则热效率低、易结垢、易冻坏。

然而事实并不是人们想像的那样。

本文如下阐述和计算主要参考的国家标准有：G B/T 4271-2007《太阳能集热器热性能试验方法》；G B/T 17581-2007《真空管型太阳能集热器》；G B /T 6424-2007《平板型太阳能集热器》；G B /T 19141-2003《家用太阳能热水系统技术条件》；G B 12936.2-91《太阳能热利用术语第二部分》。

1基于国标规定对比分析真空管型集热器与平板型集热器的瞬时效率①无反射器的真空管型太阳能集热器的瞬时效率截距根据国标GB/T 17581规定不低于0.62，此处取0.62；总热损系数不大于3.0W/（m 2℃），此处取3.0W/（m 2℃）；以此得出无反射器真空管集热器的瞬时效率曲线如图1：图1真空管集热器瞬时效率曲线（GB/T 17581）依据G B T ，集热器采光面积计算方法如下：图2GB/T 4271规定的集热器采光面积计算方法②根据国标G B/T 6424规定，平板型集热器的瞬时效率截距不低于0.72，总热损系数不大于6.0W/（m 2℃），以此得出的瞬时效率曲线如图3：图3平板集热器瞬时效率曲线（GB/T 6424）③根据国标GB/T 6424和G B/T 17581规定，平板型集热器和真空管集热器的瞬时效率截距对比曲线如图4：图4平板集热器和真空管集热器瞬时效率对比曲线小结：交叉点纵坐标数值为5，横坐标数值约为3；也就是说，当（－）/G=0.0317时，两种集热器瞬时效率相等，试验中G 的大小为700W ±50W ，则：（ti －ta ）＝0.0317×700=22.19℃。

沫隔热 材料 因其 具 有无数 的封 闭小空 气泡 而 限制 了热 的流 动 ． 隔 热 优 良的泡沫 材 料 的 Ｒ值 可 以 故
介 质 的流道 ． 不 一定都 呈平板 形 状 。 并 ］
接近静 止空 气 的 Ｒ值 。
１ 平板 型 集 热 器 的结 构
平 板型集 热 器 的基 本组 成部 分 ： 吸热 板 ： ① 平
得 的有用 功率 Ｑ ｍ ， ７ ＝ ｃ△ Ｔ
式 中应 使用 与平 均工作 介 质温 度 相对 应 的 ｃ ， 值 。若 ｍ 由体积 流量 测 得则 密度 应 由流量 计 中的
碳酸酯 板 ， 透过 率 为 ０８ 。 其 ．９
维普资讯
２０ ０ ６年 第 ５期
图 １ 平 板 集 热 器

流和辐 射 向周 围环境 散热 。③ 与吸 热板 相连 接 的
通过循 环 流体 的管路 ：流 体循 环 系统将 吸热 板 吸 收 的热 量传 走 ，许 多集热 器 的结构 将 它与 吸热 板
３ 平 板 集 热 器 性 能检 测 实 验
ｆ） 验条 件 。在 实验 期 问 ， 热 器 采光 口上 １实 集
２ 本 实验 研 究 的 平 板 集 热 器
本 实验 所用 的集 热板 如 图 １ 示 。 所
（ ） 明盖 板 为聚碳 酸酯 板 ， 板具 有 透光 性 １透 该
能优 异 ， 出的隔 热保 温性 能 以及 抗 冲击 强度 高 、 突
质轻 、 难燃 等优 点 。本 实验所 选用 的是 ３ｆ 的聚 ｌ ｉ ｍ
点蚀。
工作 介质 （ 液体 或气 体 ） 的热 能 。平 板 型集 热器 是 吸热 体 表 面 基 本 上 为 平 板 形 状 的非 聚 光 型集 热

平板型太阳能集热器技术参数1. 引言太阳能是一种清洁、可再生的能源，被广泛应用于热水供应、采暖和发电等领域。

平板型太阳能集热器作为太阳能利用的主要设备之一，具有简单、可靠、经济的特点。

本文将介绍平板型太阳能集热器的技术参数，包括外形尺寸、工作温度、热效率等方面。

2. 外形尺寸平板型太阳能集热器通常由一个或多个平板组成，每个平板的外形尺寸决定了集热器的总体尺寸。

一般来说，平板的尺寸越大，集热面积越大，吸收太阳能的能力也越强。

常见的平板型太阳能集热器尺寸为2米×1米，也有一些更大的尺寸可达到4米×2米。

此外，集热器的厚度一般在5毫米至10毫米之间。

3. 工作温度平板型太阳能集热器的工作温度取决于太阳能的辐射强度和集热器的热损失。

一般来说，集热器的工作温度范围在50摄氏度至80摄氏度之间。

在较低的温度下，集热器的热效率较高，但较高的温度有助于提高热水供应和采暖的效果。

4. 热效率热效率是衡量平板型太阳能集热器性能的重要指标之一。

它表示集热器从太阳能辐射中吸收到的热量与太阳能辐射总量之间的比例。

一般来说，平板型太阳能集热器的热效率在60%至80%之间。

热效率受到多种因素的影响，包括太阳能辐射强度、集热器的材料和结构、工作温度等。

5. 光热转换效率光热转换效率是指平板型太阳能集热器将太阳能辐射转化为热能的效率。

它表示集热器从太阳能辐射中吸收到的能量与太阳能辐射总能量之间的比例。

一般来说，平板型太阳能集热器的光热转换效率在50%至70%之间。

光热转换效率受到集热器的材料、光学特性和表面处理等因素的影响。

6. 热损失热损失是指平板型太阳能集热器在工作过程中由于传导、对流和辐射等途径损失的热量。

热损失会降低集热器的热效率，影响其性能。

为了减少热损失，平板型太阳能集热器通常采用具有较好绝热性能的材料，如玻璃纤维增强塑料。

此外，集热器的表面通常采用具有较低辐射率的材料，如黑色涂层，以减少辐射热损失。

２ 方程的统一 显 然 ，３ 个 方 程 对 效 率 的 定 义 及 能 量 守 恒
定律是一致的，只是有用能量 ＱＵ 分别用 ｔｐ，ｔｍ 和 ｔｉ ３ 种工作温度表示，从而造成了方程形式 上的差异。由于引入 ＦＲ 和 Ｆ ′２ 个因子，使这 ３ 种表达式均符合能量守恒的基础，因此在理论 上是相等的。
ＱＵ＝ＡＧ（τα）ｅ－ ＡＵＬ（ｔｐ－ ｔａ）＝ ＡＦＲ !Ｇ（τα）ｅ－ ＵＬ（ｔｉ－ ｔａ）"＝ ＡＦ′!Ｇ（τα）ｅ－ ＵＬ（ｔｍ－ ｔａ）" 可见，３ 个方程实质上是统一的。
３ 曲线的统一
３．１ 基本分析
前文已介绍，效率曲线在 ＵＬ 为常数的情况下 为一条直线，直线方程最重要的特征是曲线的斜
率和截距。对此，文献［３］～［７］有如下基本分析。
①效率曲线在纵轴上的截距值表示集热器可
获得的最大效率，用 η０ 表示，此时归一化温度 Ｔ＊＝ ０，集热器散热损失 ＱＬ＝０。３ 条曲线对应的 η０ 值分 别为（τα）ｅ，Ｆ′（τα）ｅ，ＦＲ（τα）ｅ，由于 １＞Ｆ′＞ＦＲ，显然 （τα）ｅ＞Ｆ′（τα）ｅ＞ＦＲ（τα）ｅ 。
Ｔ
＊ｐ，Ｔ
＊ｍ，Ｔ
＊ ｉ
来表示，效
率曲线分别变成了
η—Ｔ
＊ｐ，η—Ｔ
＊ｍ，η—Ｔ
＊ ｉ
的关系
曲线。而且
Ｔ
＊ｐ，Ｔ
＊ｍ，Ｔ
＊ ｉ
自身又有一定关系，即
Ｔ
＊ ｐ
／（ｔｐ－
ｔａ），Ｔ＊ｍ／（ｔｍ－
ｔａ），Ｔ
＊ ｉ
／（ｔｉ－
ｔａ）。由此可见，３
条效率
曲线反映的是一个量和其它 ３ 个不同量间的关
系，自然会有形式上的不同，而且三者斜率和截距

全流道式平板型太阳能集热器的试验研究与模拟分析王勇;段广彬;丁海成;卢郁;刘宗明【摘要】以全流道式平板型太阳能集热器为研究对象,首先进行了集热性能试验测试,在此基础上,利用CFD技术对不同排管管径全流道吸热板内传热介质的流动与传热进行模拟.试验结果表明,全流道集热器集热性能好、保温性能优,最高瞬时集热效率可达86.1％,热损失系数仅为4.179 W/(m2·℃);与有关国家标准比较,最高瞬时集热效率高14.1％,热损失系数低1.82 W/(m2·℃).模拟结果表明.全流道板芯在增大流体传热接触面积的同时产生了横向导流作用,使各排管间流体流量分布更为均衡;全流道板芯热阻小,壁面上热流分布均匀,有效地增大了板芯的对流换热.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2015(033)012【总页数】7页(P1762-1768)【关键词】平板型太阳能集热器;全流道;流体流动与传热;数值模拟【作者】王勇;段广彬;丁海成;卢郁;刘宗明【作者单位】济南大学材料科学与工程学院,山东济南250022;济南大学材料科学与工程学院,山东济南250022;山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省科学院能源研究所,山东济南250014;济南大学材料科学与工程学院,山东济南250022【正文语种】中文【中图分类】TK513平板型太阳能集热器具有结构简单、成本低、运行稳定等优势，在新型墙材与绿色建筑一体化应用研究中逐渐成为新热点。

为提高集热器的热性能，研究人员通过理论与模拟分析，在提高集热器热效率、改进透明盖板、设置透明隔热板、采用纳米流体、研究换热工质流动等方面进行了努力探索[1]～[7]。

吸热板是太阳能集热器光热转化的核心部件，兼具介质流动及传热的双重功效。

传统吸热板与导热管之间存在接触热阻大、流道排布不合理等问题，往往导致壁面热流密度不均匀、工质流量失衡，最终造成集热器光热转换及传热性能差的后果。

一、太阳能热水器过热、过压保护传统的分体式太阳能热水器多采用U形管集热器或热管型集热器，以上两种集热器由于采用玻璃外管（如下图），内部呈真空状态，所以极易产生过热现象。

过热造成的危害一般是两方面：一是由于新房交工、装修期间或用户不使用期间极易造成集热器空晒，致使集热器吸热翅片温度超过160℃时产生氧化，因而损坏集热器或大大缩短其使用寿命和集热效率；二是水箱温度过热易造成烫伤、过压或水箱内胆搪瓷层脱落或开裂，因为造成水箱内胆损坏。

目前，电热水器的国家标准中规定，最高温度不允许超过75℃的原因也是基于以上原因。

综合上述因素，我公司推荐本项目使用平板分体式太阳能热水器。

平板集热器是一项很成熟的技术，在国外的市场占有率高达75%以上，在国内由于其价格较高，所以占有率较低。

平板集热器的优点一是在低温热水（60℃）应用中效率最高，平均热性能高于其它类型集热器10%以上；二是不会产生高温，因平板集热器不能采用真空工艺，所以在高温状态下其热损较大，故系统不会有高温、超压现象；三是安全，相比真空管型集热器，无炸管、漏水等安全隐患。

二、市场情况目前我国太阳能集热器产品中，占绝对主导地位的全玻璃真空管集热器，其在与建筑物的结合方面却存在一系列问题：1、运行安全问题：玻璃管直接与被加热的流体接触，由于玻璃管易破碎，极易造成系统瘫痪。

2、密封可靠性问题：玻璃管与金属水箱密封只能靠硅胶圈，对硅胶耐温、耐老化的要求极高，稍有不慎会漏水；玻璃管中也易形成水垢，很难清除；室外管道在北方也存在冻裂的隐患，等等。

都影响系统的可靠性。

3、承压运行问题：由于真空管本身的耐压能力限制，以及真空管与水箱之间的软连接结构，使得系统不能承压运行，无法提供高品质的热水，限制了该类热水器的进一步推广和大面积系统的应用。

4、与建筑结合问题：现在的太阳能热水器在建筑上安装极为混乱，排列无序，给建筑景观、建筑安全性都带来了不利影响。

5、集热器寿命问题——玻璃管的绝热性能依赖真空夹层，真空度的保持年限无法达到建筑行业要求。

平板式太阳能集热器的结构设计与分析太阳能作为一种清洁且可再生的能源，逐渐被广泛使用。

平板式太阳能集热器作为太阳能利用的主要方式之一，其结构设计和分析对于提高太阳能的利用效率至关重要。

本文将从三个方面介绍平板式太阳能集热器的结构设计与分析，即结构组成、吸热沟槽设计以及热性能分析。

一、结构组成平板式太阳能集热器主要由太阳能吸收器、传热管路和外壳构成。

太阳能吸收器是太阳能集热器的核心部件，其设计要考虑到吸收太阳辐射能的效率。

一般采用黑色吸热涂层覆盖在金属或塑料基板上，以增加吸热表面积。

吸热涂层的选择应考虑到在太阳辐射下的稳定性和热传导性能。

同时，吸热板的形状和尺寸也需要合理设计，以增加吸收太阳辐射的面积，并保证辐射能转化为热能的高效率。

传热管路是将吸收的热能传导至热载体（如水或空气）的通道。

它通常由金属或塑料材料制成，具有良好的热传导性和抗腐蚀性。

传热管路的设计要考虑到热载体的流动速度和传热效率。

合理设计的传热管路能够提高太阳能集热器的热传导效率并减少能量损失。

外壳是太阳能集热器的保护层，既能够保护内部组件不受外界环境影响，又能够减少热能的散失。

一般采用透明玻璃或聚合物材料制成，以便将太阳辐射能传输到吸热器上，并保持集热器内部的温度稳定。

外壳的设计要求具有良好的隔热性能和耐候性，以确保太阳能集热器的长期稳定运行。

二、吸热沟槽设计吸热沟槽是太阳能集热器中负责吸收太阳辐射能的部分，其设计直接影响集热器的吸热效率。

吸热沟槽一般采用带有曲面或挤压型的结构，以增加太阳辐射的入射角度。

进一步增加太阳辐射能与吸热板之间的接触面积，从而提高吸收效率。

在吸热沟槽的设计中，需要考虑到入射太阳辐射的角度和强度，以及沟槽的形状和尺寸。

一般情况下，沟槽的宽度应根据入射太阳辐射的角度和时间进行调整，以便吸收到最大的辐射能。

此外，沟槽的深度和宽度也需要根据吸热涂层的热传导特性进行适当设计，以实现辐射能的高效吸收和传导。

三、热性能分析热性能分析是评估太阳能集热器的热效率和热损失的重要手段。

平板太阳能集热器在太阳能热水系统中的应用[摘要] 文章首先叙述了平板太阳能集热器的特点及技术优势，介绍了平板太阳能集热器在太阳能热水系统中的几类应用模式，并指出了平板太阳能集热器的发展方向。

[关键词] 集热器；太阳能热水系统；平板太阳能集热器一、平板太阳能集热器的构造及性能1．平板太阳能集热器的构造平板太阳能集热器主要有吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。

当平板太阳能集热器工作时，太阳辐射穿过透明盖板后，投射在吸热板上，被吸热板吸收并转化成热能，然后传递给吸热板内的传热工质，使传热工质的温度升高，作为集热器的有用能量输出。

2．平板式集热器太阳能系统性能特点及应用平板太阳集热器和其他太阳集热器相比具有几大特点：(1)平板集热器最适合用于承压系统；(2)最适合于双循环的太阳能热水器；(3)最有利于实现太阳能热水器与建筑结合；(4)系统寿命长，维护费用低；(5)大多数情况下可以提供更多的生活热水；(6)平板集热器用于太阳能采暖系统时能较方便解决非采暖季节的系统过热问题。

因此，在太阳能系统工程、分体式太阳能热水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所，平板集热器比全玻璃真空管集热器在系统寿命、系统维护等方面具有明显优势。

根据市场的需求，研究人员开发了全天候平板过冬太阳能热水系统，此系统全自动运行，可显示并控制水温、水位；并可对辅助加热、二次循环及恒温供水等多项功能进行控制；且完全能够实现全年使用、全天候供应热水的功能，既能最大程度的满足用户提出的使用要求，而且可为用户节省大量投资，从而使用户得到最佳的经济性价比。

平板太阳能集热器的单位采光面积是其他太阳能集热器无法比拟的，所以在单位采光面积上的得热量高于其他产品，它始终以稳定的质量、最好的性价比得到人们的青睐。

二、平板太阳热水器的技术优势1．最适合于承压的太阳热水器。

从太阳热水器使用的舒适性、安全性、易操作性等因素考虑，发达国家的太阳热水器普遍采用承压的储水箱，并利用顶水法获取热水。

能的产品 [1]。虽然与真空管型太阳能热水系统相
为探索玻璃盖板对平板型太阳能集热器热性
比，平板型分体式太阳能热水系统在能效方面还 能的影响，本文针对分别采用单层玻璃盖板和双
存在较大差距，但真空管型太阳能热水系统与高 层玻璃盖板的平板型太阳能集热器的热性能进行
层建筑结合时存在炸管、非承压等缺点。平板型 了对比实验，以期为平板型太阳能集热器的推广
(1. 山东鲁源节能认证技术工程有限公司，济南 250100；2. 山东省产品质量检验研究院，济南 250102)
摘 要：针对单层玻璃盖板平板型太阳能集热器、双层玻璃盖板平板型太阳集热器进行了热性能对比实验。
结果显示：在 28.7 ℃和 41.4 ℃这 2 种工质进口温度下，单层玻璃盖板平板型太阳能集热器的瞬时效率比双层
本实验中，以水作为工质，实验平台采用主 动跟踪太阳的方式运行，循环系统通过控制器调 节电加热和冷却机组，将工质进口温度控制在设 定温度 ±0.1℃。当太阳光照射平板型太阳能集热 器后，集热器的吸热体将吸收的太阳能转化成热 能，并通过吸热体与水之间的对流换热将热能传 递给水，由此将太阳辐射能转化成为可储存在工 质中的热能。
2 理论分析
根据 GB/T 4271-2007《太阳能集热器热性能 试验方法》[6]，平板型太阳能集热器实际获得的
有用功率 QU 可表示为：
QU=mcf ΔT
(1)
式中，m 为工质质量流量，kg/s；ΔT 为工质
进、出口温差，℃；cf 为对应于平均工质温度的 传热工质比热容，J/(kg•℃ )。
当以采光面积 Aa 作为参考标准时，平板型 太阳能集热器表面接收的太阳辐射功率为 AaI， 其中，I 为太阳辐射强度。则平板型太阳能集热 器基于采光面积 Aa 的瞬时效率 η a 可表示为 [6]：

中 图 分 类 号 ：Ｏ ３ ．９ ４ ４ １ 文献标识码 ： Ａ
太 阳 能 集 热 器 是 将 太 阳 能 转 换 成 水 的热 能 的 设 备 。这 里 主要 讨 论 平 板 型 集 热 器 的构 造 及 效 率 。平 板
型太 阳能 集 热器 的 构 造 如 １图 所 示 。它 主要 由 以 下 几 个 部 分 组 成 ： 璃 透 明 覆 盖 ； 热 面 ： 属 管 ； 热 材 玻 吸 金 绝
收 比 的涂 层 ， 以保 持 最 大 限 度 采 集 太 阳 辐 射 能 物 体 对 某 一 特 定 ２。
图１ 平板型太阳能集热器示意图
１
为 提 高 效 率 ， 吸 热 面 上 常 涂 有 对 太 阳 辐 射 具 有 很 高 光 谱 吸 ｈ 在
蓍 ｅ “∞ ｃ
绝热材料 ５ 箱体
２ 减 少 太 阳 能 集 热 器 对 流 和 辐 射 热 损 失 以 提 高 吸 热 能 力
利用 对太 阳 光 透 明 的玻 璃 或 塑 料 薄 膜 或 双 层 玻 璃 作 覆 盖 层 使 吸 热 面 不 直 接 暴 露 于 外 界 环 境 中 以 减 小
热 损 失 。 是 因 为普 通 玻 璃 对 ＜ ３ 这 ｍ 的辐 射 热 有 很 高 的穿 透 比 ， 太 阳辐 射 几 乎 集 中在 ０． 而 ３～ ３肚 的 ｍ 波 长 范 围 ， 是 大 部 分 太 阳 辐 射 能 穿 过 玻 温 室 效 应 ， 可 提 高 吸 热 效 于 从 这
平 板 型 太 阳 能 集 热 器 效 率 分 析
王 瑞 平
（ 安 科技 学 院 基 础课 部 ， 西 西安 西 陕 ７０ ５ ） １ ０ ４
摘
要 ：利 用 传 热 学理 论 讨 论 了平 板 型 太 阳 能 集 热 器 的 构 造 并 对 平板 型 太 阳 能 集 热 器 效 率 的 不

不同结构的平板式阳台壁挂太阳能热水系统性能分析高立峰，孙艺霞，张敏，何茂涛，杨荣昆（山东桑乐太阳能有限公司，山东济南 250014）摘要：针对竖直式和水平式两种流道结构的集热器进行对比试验，根据相关参数对两种热水系统的热性能进行了计算和对比分析，结果表明水平式流道的平板热水系统在瞬时效率、日平均效率、日有用得热量和升温性能四个方面均优于竖直式流道的平板太阳能热水系统。

关键词:平板集热器；瞬时效率；日平均效率；升温性能；日有用得热量中图分类号：TK519 文献标识码：AThe different structure Plate-type balcony hanging solar water heating systems performance analysisGao Li-feng,Sun Yi-xia,Zhang Min,He Mao-tao,Yang Rong-kun （Shandong Sangle Solar Energy CO.,Ltd..，Jinan 250014,China）Abstract: For two kinds of vertical type and horizontal structure of the collector flow comparison test,and according to the different related parameters of the two kinds of hot water system for quantitative analysis and comparative study, found that horizontal flow flat hot water system in the instantaneous efficiency, the average efficiency, day useful heating and heat to performance four, are better than the vertical type of port plate hot water system.Key words: flat collector; instantaneous efficiency;daily average efficiency;warming performance;daily useful energy1 平板式太阳能集热器介绍平板式太阳能集热器的一种主要产品类型，以其独特的优越性能在国内外，特别是国外已有多年的应用历史。

2007-01-24 12:21两种太阳集热器的热性能对比分析近年来，我国太阳热水器产业迅速发展，太阳集热器的热性能测试和评价工作越来越受到生产厂家和消费者的重视。

平板型太阳集热器和热管式真空管太阳集热器是目前市场上较常见的两种太阳集热器。

由于这两种集热器结构的不同导致其热性能的差异。

1.两种太阳集热器的工作原理分析图1所示为平板型太阳集热器。

当太阳辐射能QA投射到透明盖板上，其中一部分被盖板吸收和反射，其余到达涂有吸收涂层的吸热体表面，大部分的太阳辐射被吸热体所吸收，小部分向透明盖板反射。

被流道内流体吸收的热量为有用能量收益QU，与此同时，吸热表面通过透明盖板和外壳向环境散失热量，即热损失QL。

热管式真空管太阳集热器的结构如图2所示。

投射到真空管上的太阳辐射QA，一部分被外管壁吸收和反射，剩下的将到达带涂层的内管外表面，其中的大部分被涂层吸收，加热内管壁，使热管蒸发段内的传热介质气化。

蒸气上升到热管冷凝段后，再由热管的冷凝段将热量传递给联集管内的工质，成为有用能量收益QU。

工质凝结成液体，依靠重力流回蒸发段。

集热表面向环境散失的热量即为热损失QL。

根据能量守恒原理，集热器能量平衡方程为：QA=QU+QL+QS（1）2.集热器热性能评价在稳态条件下运行的太阳集热器的热性能，可以用下列关系式加以描述：QU=AI（τα）e-AUL（Tp-Ta）=mCp（Tf,o-Tf,i）（2）由于TP难以确定，引入集热器热转移因子FR，其物理意义为集热器获得的实际有用能量收益与集热器吸热体温度等于流体进口温度时的有用能量收益的比值。

把式(4)代入式(5)得到集热器瞬时效率方程的表达式：3.瞬时效率试验按照标准规定搭建试验台(图3)。

根据国家标准(GB／T4271-2000，GB／T17581—1998)对这2种集热器进行瞬时效率测定。

被测平板型太阳集热器的规格：1200 mm~1010mm，采光面积1．20m2。