星康與您一起縱覽世界平板太陽能集熱器制造技術(shù)
2011-07-07 關(guān)注次數(shù)：平板集熱器制造公司朝著什么方向發(fā)展？他們正在實(shí)施的技術(shù)具有什么特點(diǎn)？2010年5月，S&WE對全球200多家制造公司進(jìn)行了一次調(diào)查，得到了62家的回復(fù)。這次調(diào)查覆蓋了歐洲一半的市場，絕大多數(shù)參與者來自歐洲，也有來自以澳大利亞、印度、巴西、墨西哥、加拿大及美國等國家的參與，使得本次問卷調(diào)查成為主流市場的代表。盡管z大的平板集熱器制造公司GreenOneTec并未參與，但重要競爭者例如ViessmannBoschThermotechnik、Schüco和Ezinç參與了調(diào)查。11家參與的公司年生產(chǎn)量超過10萬平方米。其中大部分調(diào)查是針對年產(chǎn)量為1萬～10萬平方米的中等規(guī)模公司。14家小公司生產(chǎn)的集熱器面積年產(chǎn)量不足1萬平方米，到此完成了圖形統(tǒng)計，以確保任何規(guī)模的公司都被代表。
吸熱體制造大量使用鋁
市場調(diào)查中z令人驚訝的結(jié)果是所使用的吸熱板的類型。54％的被銷售的集熱器裝配鋁吸熱體。
過去幾年里，鋁的使用逼近了銅。先前的市場研究指出2008年由鋁制成的高選擇性涂層板僅占市場的30％，而2009年僅占1/3。不過大部分組件使用銅的GreenOneTec公司的缺席，也影響到了這個數(shù)據(jù)。在這個危機(jī)時刻，似乎改用更廉價的鋁的制造公司數(shù)量在增加。
巴西的AquecedorSolarTranssen公司相信塑料吸熱體具有前景，該公司已經(jīng)啟動安裝有聚丙烯吸熱體的新型PortoSeguro平板集熱器生產(chǎn)線。這些集熱器尤其適合沿海地帶和有腐蝕性水的地方，因?yàn)?/FONT>這種吸熱體不受海洋空氣與腐蝕性水的作用。而且，這種集熱器能在任何空間有限的地方或者經(jīng)常刮風(fēng)的地方用于池水加熱。除此之外，該公司已經(jīng)提高了聚丙烯生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率，還研發(fā)并構(gòu)建了為聚丙烯集熱器做流體測試的一套試驗(yàn)裝置。
用鋁替代銅不是降低成本的方法；較薄的板材同樣有助于降低材料成本。然而，這種方法不利于實(shí)施，因?yàn)殡S著板材變薄熱傳導(dǎo)性也隨之降低。0.2毫米仍然是銅板材的標(biāo)準(zhǔn)測量值，而較薄的銅板厚度0.12毫米和0.15毫米占集熱器總量的14％。厚一點(diǎn)的板材可以彌補(bǔ)鋁的較差熱傳導(dǎo)性。然而，較薄的0.4毫米鋁板趕超了較厚的0.5毫米板材的使用。但是0.3毫米的鋁板較少使用。厚度超過0.5毫米的板材采用鋼板。土耳其公司TansugMakinaSanVeTic.Ltd.Stiz近推出了具有整面銅或鋁吸熱體的以O(shè)uraset為商標(biāo)的zl集熱器系列。出口部經(jīng)理UtluTansug告知：“集熱器z近得到SolarKeymark認(rèn)證，幾星期后將得到SRCC認(rèn)證。”
在70％的集熱器中使用高選擇性的PVD或?yàn)R射涂層，11％采用黑鉻。19％的集熱器使用漆涂的太陽能涂層，其所占百分比小于2007年的市場研究結(jié)果，但是總體來看這可能是由于此次調(diào)查過度代表了歐洲公司。高選擇性吸熱體涂層仍然是太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)中的人員的研究領(lǐng)域。德國集熱器制造公司ViessmannWerkeGmbH&Co.KG是一家建立自己的涂層工廠的公司，該公司采用濺射工藝制備藍(lán)色吸熱板。
激光焊接日益重要
伴隨鋁的應(yīng)用趨勢，將鋁吸熱板焊接于銅管架構(gòu)上的激光焊接成為主要工藝。有些公司z先采用該工藝，以色列的Elsol太陽能系統(tǒng)有限公司的CEO，EliShilton表示：“今年我們將展示一款安裝有鋁吸熱體的新型激光焊接的集熱器。”
土耳其的BaymakMak.SanVeTic.A.S.是一家BDRThermea集團(tuán)公司，為激光焊接的轉(zhuǎn)型投入了大量資金。該公司為其全自動吸熱體生產(chǎn)線耗資300萬美元，該生產(chǎn)線將所有的吸熱體制造步驟結(jié)合起來，從激光焊接到聯(lián)集管和豎管鉆孔，以及管焊接和吸熱體切割。墨西哥的BufetedeTechologiaSolarS.A.(Butecsa)和MóduloSolarSADECVz近也引進(jìn)了激光焊接，Hitem-Blue是Módulo生產(chǎn)的安裝有激光焊接吸熱體的新型集熱器。
超聲波鋁焊接好像沒有流行。盡管如此，它仍然廣泛作為銅吸熱體的連接技術(shù)。德國的STISolarTechnologieInternationalGmbH公司擴(kuò)大了超聲波焊接的使用范圍，市場部主任HendrikStengel表示：“2009年我們增加了一倍超聲波焊接機(jī)的產(chǎn)量以滿足OEM制造的更多需求。”
然而，所有吸熱體中超過11％的吸熱體采用機(jī)械壓制連接工藝。例如，Transsen采用了該工藝，并聲稱確保100％的條帶-管連接。Transsen開發(fā)了用于生產(chǎn)機(jī)械壓制的條帶的機(jī)器并在公司內(nèi)建造。相對新的連接技術(shù)目前已經(jīng)超越了經(jīng)長期證明的軟焊技術(shù)。德國的SchücoInternationalKG先前焊接大部分吸熱體，現(xiàn)在使用粘結(jié)劑連接。采用Schüco傳熱技術(shù)的集熱器中，鋁板背面的銅管被鋁條帶覆蓋，以確保采用結(jié)合技術(shù)的部位被固定到位。
水流經(jīng)集熱器全表面的吸熱體采用卷繞-連接（roll-bond）工藝，這種集熱器擁有一小部分用戶群。AristonThermoSpA已經(jīng)改進(jìn)了它的“多流體”集熱器，尤其適合于自然循環(huán)用途。太陽能熱利用產(chǎn)品部經(jīng)理MarcoGuaitini解釋減小壓力損失的設(shè)計理念時介紹：“兩塊金屬板存在33個通道有800個焊接點(diǎn)，吸收太陽能的液體沿通道流動。”Ariston使用鋼作為吸熱體的板材料。
豎琴式直管正在流行
超過所有集熱器的2/3以豎琴式直管安裝。這種集熱器非常靈活并且非常適合重力體系。簡易的豎琴式吸熱體的變體是雙豎琴式與具有出口的豎琴式。這兩種變體都具有更好的停滯排水行為。具有多個彎道的吸熱體節(jié)省材料和軟焊，并且容易制造，然而它在集熱器中所占的比重不足1/3。
希臘SammlerSA公司的新型Alter集熱器是一款“蛇形”彎曲式集熱器。波蘭集熱器制造公司SunexSp.zo.o.向OEM消費(fèi)者提供三種機(jī)型：新型的Basicx、Nx、PIG，并且SXCompact整合集熱器組可以單豎琴式、雙豎琴式和“蛇形”彎曲式提供。除此之外，該公司建構(gòu)具有通過湍流改良的熱傳輸?shù)募療崞鳌?/FONT>
Baymak不僅投資一條全自動吸熱體生產(chǎn)線，出口部副經(jīng)理TacnurYilmaz指出：“我們完全改變了太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)。”改變之一是管的架構(gòu)，上升管從9根增到12根。德國的RothWerkeGmbH公司歸功于特殊的吸熱體幾何學(xué)設(shè)計減少了集熱器的壓力損失。奧地利的SunMasterEnergiesystemGmbH公司已經(jīng)安裝了具有可移動的上升管的新型屋頂嵌入式SIC21集熱器。項(xiàng)目經(jīng)理MaxHörtenhuemer表示該新特征改善了停滯性能并且有助于保護(hù)傳熱流體。而且，此材料沒有熱膨脹問題并且壓力損失z小。SunMasterz近開始制造“便于更好地軟焊而具有智能特征”的銅管。
波蘭的WattSp.zo.o.公司已經(jīng)研制了一款新型管架構(gòu)軟焊機(jī)，其軟焊接具有10根水流管的豎琴式吸熱體。在其標(biāo)準(zhǔn)的WATT3000S/SU集熱器中，Watt采用9管豎琴式。WATT3000S/SUVIP以新型的管架構(gòu)安裝，并且歸功于新型滾動機(jī)（rollingmachine），該公司改進(jìn)了“吸熱體和銅管之間的熱傳輸表面”。瞬時效率截距效率η0從0.759增到0.784。
完整的鋁集熱器即將出現(xiàn)
管架構(gòu)，無論是“蛇形”管還是豎琴型通常都是銅制的。只有德國的KBBKollektorbauGmbH公司展示了一款使用鋁管的樣機(jī)。另有兩家制造公司正在以KBB公司為榜樣，HarryMichalopoulos介紹說：“Sammler正與外國的人員合作研制一款吸熱體，其中管子將采用鋁。采用這種方法，吸熱板和管子將由同樣的材料組成，接下來的幾個星期，樣機(jī)將被測試。”第二家公司是STI，由于銅成本的不斷提高，該公司計劃在2010年12月份之前開始生產(chǎn)純鋁吸熱體。
Transsen公司安裝一些具有專門防凍技術(shù)的管構(gòu)架，即所謂的Ultraflex系統(tǒng)。飲用水通過開放式環(huán)路系統(tǒng)直接流經(jīng)集熱器，這種系統(tǒng)限于針對霜凍的地方使用。Ultraflex系統(tǒng)中有一個空的塑料管插在銅管之中。如果水結(jié)冰將會破壞內(nèi)部的塑料管而防止銅管受到損壞。
集熱器制造日益自動化
盡管全自動化的趨勢日益增加，就像Baymak的生產(chǎn)線，當(dāng)出現(xiàn)集熱器的復(fù)雜組裝時，許多仍靠手動完成。盡管如此，許多公司正在投資半自動集熱器制造；其中包括比利時的EuropeanSASolarEngineering公司、奧地利的SunMasterGmbH公司、德國的CitrinSolarEnergie-undUmwelttechnikGmbH公司、TermicolEnergíaSolar公司、西班牙的S.L.公司海外Sunex公司。例如，SunMaster公司擁有一款新型堆疊臺。幾年前，WolfGmbH公司是1批建立機(jī)器人輔助集熱器生產(chǎn)線的公司之一。現(xiàn)在該公司進(jìn)一步增加了產(chǎn)量提高了生產(chǎn)力。Citrin公司已將它的生產(chǎn)工廠移到一個新的能效大廳，該大廳的地下室具有主動太陽能建筑的熱系統(tǒng)。該公司安裝210平方米的集熱器面積用來取暖和供應(yīng)熱水。
每條集熱器生產(chǎn)線以生產(chǎn)外殼開始。該產(chǎn)業(yè)采用兩種外殼類型：框架和水通道，用于包住吸熱體并保護(hù)它免受天氣的影響和減少熱流失。具有框架的集熱器占市場大多數(shù)，約占85％。
鋁框架
制造鋁框架集熱器的1步是制作一個框架的邊框或細(xì)長的板條。一些制造公司，例如，ViessmannKBB和加拿大的EnerworksInc，將單個金屬片彎曲并用鉚釘將其各個角固定來制作框架。大多數(shù)制造公司將四個單獨(dú)的邊框相連結(jié)。大部分框架使用鋁。大約10％的集熱器由鋼框架制作。SunexNX公司生產(chǎn)的集熱器采用不銹鋼框架。該公司也已經(jīng)建立了一條新型的、自動的集熱器制造線。只有一小部分制造公司使用木質(zhì)細(xì)條板，專門用于特別屋頂?shù)募療崞鳌?/FONT>
集熱器制造過程中z常見的技術(shù)是用鉚釘固定、壓力連結(jié)和焊接。一種焊接技術(shù)是SunMaster的SSK27上連續(xù)斜口焊接。
膠黏劑相對缺少，有時會與其他的過程相結(jié)合，例如壓或擰。盡管如此，Termicol公司仍使用膠黏劑。產(chǎn)業(yè)部官員JulioCastro說道：“我們于2009年6月開始一條底座部件生產(chǎn)的新線路，采用新機(jī)器用于粘合框架，包裝并且將部件從一個車間運(yùn)輸?shù)较乱粋€。”Termicol公司不僅已經(jīng)安裝了新型機(jī)器，而且他們的集熱器設(shè)計也是新穎的并且現(xiàn)在安裝了更強(qiáng)的框架。改進(jìn)的框架也是來自希臘，Calpak-CiceroHellasSA公司的出口部經(jīng)理EvangelosNikolopoulos說道：“我們采用新的鋁框架設(shè)計。”Transsenz近改用1毫米厚的框架，因?yàn)椤八鼘τ诩療崞鱽碚f強(qiáng)度更強(qiáng)”。
所有集熱器中，超過一半的集熱器，背板要么用膠黏劑連結(jié)，要么用膠黏劑結(jié)合壓或擰連結(jié)。黏合劑粘合的好處是這個過程能夠完全自動化。德國CitrinSolarEnergie-undUmwelttechnikGmbH公司研制了一種自動程序，運(yùn)用黏合劑將背板粘合到框架。
連結(jié)背板時其他常用的工藝是利用鉚釘固定和機(jī)械壓力。集熱器框架也是如此，鋁是z常用的材料，鋼和塑料也很常見。
集熱器外殼的主要功能是能實(shí)現(xiàn)良好通風(fēng)。通風(fēng)的目的是必須盡可能有x地將冷水滴從集熱器上除掉而不導(dǎo)致熱損失。Transsen、watt和Sunex公司都改進(jìn)了他們的通風(fēng)系統(tǒng)。如果太陽能集熱器被用作熱泵的熱源，吸熱體溫度經(jīng)常能降到周圍的溫度以下產(chǎn)生相當(dāng)多的冷凝水。因此Schüco公司為它的集熱器制造專門的熱泵系統(tǒng)。所有新型的Sunex集熱器與這種應(yīng)用相一致。
一款高性能且隔熱良好的集熱器
集熱器中背板隔熱必須承受較高的停滯溫度。近2/3的集熱器使用礦物棉，其熔點(diǎn)超過1000℃。玻璃棉隔熱板達(dá)到400℃時物質(zhì)是穩(wěn)定的。它們被用于集熱器的制造材料。Baymak新型集熱器中，背板隔熱從玻璃棉改為礦物棉。PUR（聚氨酯）泡沫具有很低的熱導(dǎo)率。因此，更薄疊層足以提供良好的隔熱效果。然而，傳統(tǒng)PUR的耐溫只能到150℃。高溫變體能耐得住200℃，但是即使那樣也能使具有藍(lán)色吸熱體涂層的集熱器達(dá)到。由于此種原因，許多公司結(jié)合不同類型的隔熱，在吸熱體與PUR泡沫間增加了一層礦物棉。這種結(jié)合用于新型Elsol集熱器。EliShilton說道：“我們使用一種專門將PUR和玻璃棉結(jié)合的隔熱層。”
在新型Magnum集熱器中，Transsen達(dá)到了使用三層隔熱材料的程度，一層Kraft紙、一層PUR和一層玻璃棉。航空膠被用作隔熱材料時，集熱器能被制作的很薄。意大利制造公司CostruzioniSolaris.r.l.z近在Verona的Solarexpo展示了一款集熱器，只有4.5厘米，僅是標(biāo)準(zhǔn)集熱器厚度的一半。航空膠耐受溫度達(dá)到200℃。PUR隔熱層的厚度從19毫米起，z厚達(dá)到25毫米。礦物棉隔熱層可用于30毫米到60毫米的厚度。大部分公司使用厚度在這個范圍內(nèi)，從40毫米到50毫米。大多數(shù)集熱器制造公司使用側(cè)面隔熱層（sideinsulation）。墨西哥制造公司SunwaydeMexicoSAdecv是一家致力于側(cè)面隔熱層生產(chǎn)的公司。經(jīng)理JorgeDavila說道：“鋁擠壓框架，我們有更好的隔熱層。”希臘的Nobel、D.Xilinakis&Co公司在他的生產(chǎn)線上正在生產(chǎn)一款A(yù)pollon集熱器，其采用側(cè)面隔熱方式。
大多數(shù)集熱器中吸熱體取決于隔熱層并且僅僅被聯(lián)集管固定在位置上，該聯(lián)集管伸出集熱器。為確保吸熱體安全地固定，KBB公司設(shè)計了一款彈簧底座。底座讓吸熱體沿著它的長度膨脹而不用擔(dān)心從位置上脫落。
不是所有玻璃都是太陽能玻璃
一旦把隔熱層放在吸熱體下面，裝入外殼中，接下來要做的就是z后的集熱器生產(chǎn)步驟——安裝玻璃蓋板。1/3的集熱器安裝時使用EPDM（三元乙丙橡膠）密封條密封，并用罩軌按壓。所有集熱器中約2/3的集熱器使用膠粘合的玻璃板。硅膠頻繁被使用，經(jīng)常結(jié)合EPDM密封條一起使用，也使用膠帶。
77％的低鐵太陽能玻璃是流行的窗用玻璃材料。這種玻璃有約0.90的太陽透射比。大多數(shù)制造公司使用建筑物的太陽能玻璃；透明玻璃是個例外。也有不同類型的建筑物玻璃，TacnurYilmaz說道：“我們將棱柱狀的玻璃改為沙礫狀（sandy-pattern）的低鐵玻璃。”然而，所有集熱器中15％的集熱器使用標(biāo)準(zhǔn)窗玻璃，太陽透射比不足0.88。具有減反涂層并且太陽透射比超過0.94的太陽能玻璃用于集熱器的不足8％。
玻璃厚度也存在不同。厚度在3毫米到3.2毫米的玻璃z常被使用，占53％更穩(wěn)定，但也更重的4毫米玻璃的使用率占集熱器的43％。6毫米厚的玻璃只用于大表面面積的集熱器并且非常罕見。調(diào)查中所有公司聲稱他們使用鋼化玻璃（temperedglass），那好像只是出口東方的制造公司的標(biāo)準(zhǔn)。“鋼化玻璃的使用，在巴西是有差別的。”MarceloMachado說道。
多種集熱器尺寸
一款標(biāo)準(zhǔn)的太陽能集熱器面積在2～2.5平方米之間。
小型集熱器趨勢：許多公司推出了新型小巧、便攜式產(chǎn)品。SunwaydeMexico擁有一塊新型的1.6平方米板。奧地利的SunWinEnergySystemsGmbH推出了WF13VE2，這是一款屋頂嵌入式集熱器，表面積只有1.27平方米。ESE公司生產(chǎn)的新型OEM集熱器甚到更小。出口部經(jīng)理ClementCassart說道：“為了與屋頂完全整合，我們推出了一款只有0.5平方米的集熱器。”美國制造公司BubblingSpringsSolar,Inc.也推出了一款相似的產(chǎn)品，但是用途不同。“我們正提供一款迷你型集熱器，為了攜帶使用（小木屋、旅行房車、露營、小帆船、戶外沐浴等），貿(mào)易展示和教學(xué)設(shè)施。”副總裁LuisaGerasimo說道。小型板的設(shè)計與大型板的不同只存在于尺寸上。它的尺寸為50厘米x100厘米。Gerasimo說：“這款產(chǎn)品還未被測試也不容易測試。”接著她又說道：“它運(yùn)行很好，具有一個6加侖的水箱和簡易的熱虹吸管（thermosiphoning），我們把它安裝在步梯上而且整個夏天都可以在花園旁邊的房間里洗舒服的熱水澡。”STI公司生產(chǎn)的新型小巧便攜式集熱器0.96平方米，是該產(chǎn)品的近兩倍大。小巧且易攜帶，集熱器在塑料托盤安裝一個單蜿蜒管全銅吸熱體，是理想的單人設(shè)備。
新型特大號集熱器
大尺寸集熱器傳統(tǒng)地被認(rèn)為是典型的奧地利產(chǎn)品。SikoSolarGmbH公司延伸了它的XL系列等級，包括了一款27平方米集熱器。新型AKSDomaSolartechnikGmbH大尺寸集熱器21平方米。CEOEenstBertsch說道：“2010年我們推出了一款新型大尺寸集熱器系列具有鋁框架和具有木質(zhì)層壓板的改進(jìn)型。我們能將光學(xué)效率增到87％。這對于平板集熱器系統(tǒng)來說很劃算并且它是研發(fā)團(tuán)隊的一個巨大的成功。”
屋頂嵌入式集熱器很有前景
Sunwin不是一家介紹屋頂嵌入式集熱器的公司。“我們的集熱器是為了與屋頂融合而設(shè)計的，如果它被固定在屋頂上，可使用標(biāo)準(zhǔn)PV固定設(shè)施。”EliShilton解釋道。多虧多排選擇，德國WolfGmbH公司的屋頂整合系列可提供大面積屋頂?shù)慕y(tǒng)一覆蓋。“30臺集熱器可排成一陣列。”技術(shù)辦公室主管GerdewanJacobs說道。10臺集熱器一行排成3行，組成z大可能的場地，領(lǐng)地中集熱器之間的空間看不到。Wolf公司也提供改進(jìn)型，改進(jìn)型可與PV組件相結(jié)合。
意大利Cordivaris.r.l公司注重美學(xué)，“Cordivari屋頂嵌入式固定到斜屋頂是允許太陽能集熱器安裝到屋瓦的上部，排成一列。為了美學(xué)的目的或與美學(xué)約束有關(guān)的法令需要，”Cordivari稱他的申請zl的固定系統(tǒng)令人滿意且能夠快速固定，甚到屋頂上安裝一個斷斷續(xù)續(xù)的結(jié)構(gòu)，例如木質(zhì)橫條，不是在結(jié)構(gòu)中增加橫梁。
SunMaster的SIC27具有很窄上遮雨板的低度安裝以獲得屋頂z佳使用。水平的和垂直的間隔保持的很小，并且與遮雨板的外觀很搭配。SunMaster為各種類型的屋頂材料提供。
德國CitrinSolar公司的CS300M是一款新型的屋頂整合式集熱器，以模塊化的設(shè)計為基礎(chǔ)。研究&發(fā)展部經(jīng)理Franz-DominikTreikauskas說：“集熱器自身有一個大約2平方米的標(biāo)準(zhǔn)面積，然而，由于靈活、易于安裝在片狀金屬表面，各種集熱器排列結(jié)構(gòu)對于CS300M集熱器框架來說是可能的。巨大的集熱器場地和L、U或H形狀的場地，采用標(biāo)準(zhǔn)裝置是可行的。
陽光地帶的產(chǎn)品
美國制造公司SunEarthInc.研制的SunBelt集熱器用于炎熱、干燥的沙漠氣候，在美國東西部城市很常見，周圍溫度達(dá)到50℃或以上也很平常。“設(shè)計SunBelt集熱器在1000瓦/平方米太陽輻照度和50℃環(huán)溫條件下以減少集熱器空曬溫度不足140℃。”總經(jīng)理PaulOutram說道。奧地利的TisunGmbH公司也密切注視炎熱氣候，“我們將推出FM200集熱器模型，尺寸2平方米，為滿足南歐國家、北非和中東，”負(fù)責(zé)出版和媒體公布的NinaKarner說道，“除此之外，我們將展示我們的新式自然循環(huán)系統(tǒng)，其具有一個160或200升太陽能水箱和一個2平方米集熱器，也有一個系統(tǒng)具有兩個集熱器相結(jié)合和一個300升太陽能水箱。”SunWin的AF24US4也是一款非常薄的集熱器，用于陽光充足的氣候，具有僅僅30毫米的礦物棉保溫層。它的周圍溫度達(dá)到142.2℃。
一方面，好像由于許多制造公司的制造，用于專門用途的的集熱器樣機(jī)的種類在擴(kuò)大。另一方面，許多公司試圖制造單一類型的高容量產(chǎn)品。太陽能熱利用市場在中期一定會復(fù)蘇，應(yīng)為每個人提供足夠的空間。