介绍一种高性能的内聚光真空管铝内胆U型管太阳能集热器

皇明太阳能股份有限公司/李桂荣、徐振庆、刘洪绪、王丽

　　摘要：本文主要介绍了一款高性能的内聚光真空管铝内胆U型管太阳能集热器，该太阳能集热器的太阳能集热管采用内聚光偏心真空管，具有集热面积大、高聚光吸收、温升快、水温高的特点。集热器的内胆采用长寿命防腐铝U型管，具有集热效率高、耐高温氧化、耐空晒、寿命长的特点。

　　0引言

　　目前市场太阳能集热器的结构及技术创新陷入瓶颈，普通太阳能集热器在高效集热器和高温上难以突破。同时适应节能、节地的绿色建筑要求，目前房地产的特点是，高层建筑占主导地位，太阳能的楼顶安装面积不够，导致辅助能源占比高，太阳能保证率低。如何在有限的楼顶面积上尽可能的提高太阳能的利益率，降低辅助能源的占比，是太阳能行业急需突破的一个技术难题。

　　另一方面，目前市场常见的太阳能集热器，内胆一般采用铜热管和铜U型管流道，然后再与铝传热翅片配合使用。铜内胆虽然传热效率比较高，耐水中氯离子腐蚀的性能也比较好，但铜的耐高温氧化性能非常差。铜内胆的太阳能集热器一旦经过空晒，其内胆很快就会氧化腐蚀，层层剥落，从而导致铜内胆损坏。同时由于铜和铝是两种不同的材质，在使用过程中存在化学腐蚀或电化学腐蚀的现象，导致铝翅片严重腐蚀，呈蜂窝状，造成集热器漏水，整机报废，集热器寿命大大缩短。

　　鉴于以上两种情况，开发了一种内聚光真空管铝内胆U型管太阳能集热器，该集热器性能高、占地面积小、使用寿命长。尤其在中温热水系统的应用中，比外置CPC集热器有更多的优越性。

　　1目前市场常用的普通真空管铜内胆集热器

　　以普通U型管集热器为例，其内胆结构是铜流道+铝传热翅片。铜在空气中很容易被氧化而生成CuO2，CuO2受到高温后会从流道上层层脱落。市场的实际情况是，很多用户的房子可能会长期无人居住，或者根本就是休闲度假用的房子。尤其是一些采暖工程或工业中温工程中，冬夏热量需求不同，造成夏季过热。在辐照比较好的夏天，太阳能热水系统中水箱里的温度与集热器介质的温度很容易达到平衡，使系统处于闷晒状态，时间再久系统很快就会达到空晒状态，集热器真空管和联机箱里的温度会很高。铜流道在这种高温工作环境下，其表面的氧化层（CuO2层）就会一层层从流道上脱落下来，使铜流道的壁厚越来越薄，最后流道彻底腐蚀透而漏水损坏，致使整机报废。同时铝翅片和铜流道在高温高湿的环境下，也会发生化学反应，铝翅片会被腐蚀成蜂窝状，最后会完全丧失传热功能，致使集热器效率大大降低，甚至整机报废。

　　2外置cpc中温集热器

　　随着太阳能产业的不断发展，很多工业用水也引入了太阳能的应用，目前工业的中温用水大多采用外置cpc太阳能集热器。外置反光板的应用，大大提高了太阳能集热器的集热温度，但随之而来的一些弊端也不可避免的产生了。

　　首先，因结构的需求，外置cpc集热器的真空管间距大（目前大都为100-110mm），这就相对减少了真空管的单位面积使用数量，而太阳能集热器的核心集热部件就是真空管，外置cpc反光板只是一个辅助部件不是集热部件，真空管的减少必将降低太阳能的单位面积使用率。外置cpc反光板上落上灰尘后如果反光板的自清洁不理想的话也会降低集热器的集热效率，并且外置cpc集热器的热损也比较大。外置cpc的使用还会在一定程度上造成光污染，给环境保护和安全造成不良影响。

　　3内聚光真空管铝内胆U形管集热器

　　内聚光真空管二次聚光，攻克了真空管背面无法集热的难题。内聚光真空管下方带反光镜面，普通真空管的下方膜层只能靠地面或者楼顶面的漫反射采光，采光效果占比很小达不到1%，基本可以忽略不计，而内聚光真空管的反光镜面可以把真空管内外管之间缝透下去的光反射上来，照在真空管膜层下方，这样可以增加下方膜层的采光，等于是增加了采光面积，增加采光面积大约为20%~40%。

　　与普通真空管集热器相比，同样安装面积下，集热器轮廓采光面积近似相等，采光面积也近似相等，但内聚光真空管的实际吸热体面积高于普通真空管吸热体面积，原因是普通真空管吸热体面积为内管外径，外管内壁与内管外壁间空隙无吸热；而内聚光管外管内壁的反光膜层将光最大程度的反射到内管上，太阳光利用率更高。相同采光面积下，普通管光利用率为：47/54.4=86.4%，而内聚光管的利用率为100%。

　　与外置cpc中温集热器相比，同样的安装面积下，吸热体的占比大大增加，也就是说相当于提高了太阳能的安装面积，提高了太阳能的利用率。同时这种结构的集热器大大降低了光污染，解决了外置cpc反光板因刮风造成的噪音问题。

　　内聚光真空管铝内胆U型管集热器，因其内胆采用长寿命防腐铝合金材质，大大提高了内胆的耐高温氧化能力，从根本上解决了铜内胆集热器因空晒造成的内胆高温氧化腐蚀，和铝翅片与铜内胆之间因化学反应或电化学反应造成的内胆损坏问题。

　　4结语

　　随着太阳能热利用的广泛应用，整个社会对太阳能的需求会日趋增大，同时太阳能集热器在实际应用中的一些缺陷也越来越多暴露出来。考虑客户的利益和需求，以及太阳能事业的发展，对现有太阳能集热器产品进行必要的改造和创新是摆在我们面前的一项迫在眉睫的任务。增大太阳能集热器的相对安装面积，提高太阳能利用率势在必行。

　　内聚光真空管铝内胆U型管集热器是太阳能集热器的一次创新性提升，是太阳能集热器的一次质的飞跃，内聚光真空管铝内胆U型管集热器的问世必将为太阳能集热器的发展开辟新的篇章。