星康与您一起纵览世界平板太阳能集热器制造技术

平板集热器制造公司朝着什么方向发展？他们正在实施的技术具有什么特点？2010年5月，S&WE对全球200多家制造公司进行了一次调查，得到了62家的回复。这次调查覆盖了欧洲一半的市场，绝大多数参与者来自欧洲，也有来自以澳大利亚、印度、巴西、墨西哥、加拿大及美国等国家的参与，使得本次问卷调查成为主流市场的代表。尽管z大的平板集热器制造公司GreenOneTec并未参与，但重要竞争者例如ViessmannBoschThermotechnik、Schüco和Ezinç参与了调查。11家参与的公司年生产量超过10万平方米。其中大部分调查是针对年产量为1万～10万平方米的中等规模公司。14家小公司生产的集热器面积年产量不足1万平方米，到此完成了图形统计，以确保任何规模的公司都被代表。

　　吸热体制造大量使用铝

　　市场调查中z令人惊讶的结果是所使用的吸热板的类型。54％的被销售的集热器装配铝吸热体。

　　过去几年里，铝的使用逼近了铜。先前的市场研究指出2008年由铝制成的高选择性涂层板仅占市场的30％，而2009年仅占1/3。不过大部分组件使用铜的GreenOneTec公司的缺席，也影响到了这个数据。在这个危机时刻，似乎改用更廉价的铝的制造公司数量在增加。

　　巴西的AquecedorSolarTranssen公司相信塑料吸热体具有前景，该公司已经启动安装有聚丙烯吸热体的新型PortoSeguro平板集热器生产线。这些集热器尤其适合沿海地带和有腐蚀性水的地方，因为这种吸热体不受海洋空气与腐蚀性水的作用。而且，这种集热器能在任何空间有限的地方或者经常刮风的地方用于池水加热。除此之外，该公司已经提高了聚丙烯生产工艺的生产效率，还研发并构建了为聚丙烯集热器做流体测试的一套试验装置。

　　用铝替代铜不是降低成本的方法；较薄的板材同样有助于降低材料成本。然而，这种方法不利于实施，因为随着板材变薄热传导性也随之降低。0.2毫米仍然是铜板材的标准测量值，而较薄的铜板厚度0.12毫米和0.15毫米占集热器总量的14％。厚一点的板材可以弥补铝的较差热传导性。然而，较薄的0.4毫米铝板赶超了较厚的0.5毫米板材的使用。但是0.3毫米的铝板较少使用。厚度超过0.5毫米的板材采用钢板。土耳其公司TansugMakinaSanVeTic.Ltd.Stiz近推出了具有整面铜或铝吸热体的以Ouraset为商标的zl集热器系列。出口部经理UtluTansug告知：“集热器z近得到SolarKeymark认证，几星期后将得到SRCC认证。”

　　在70％的集热器中使用高选择性的PVD或溅射涂层，11％采用黑铬。19％的集热器使用漆涂的太阳能涂层，其所占百分比小于2007年的市场研究结果，但是总体来看这可能是由于此次调查过度代表了欧洲公司。高选择性吸热体涂层仍然是太阳能热利用产业中的人员的研究领域。德国集热器制造公司ViessmannWerkeGmbH&Co.KG是一家建立自己的涂层工厂的公司，该公司采用溅射工艺制备蓝色吸热板。

　　激光焊接日益重要

　　伴随铝的应用趋势，将铝吸热板焊接于铜管架构上的激光焊接成为主要工艺。有些公司z先采用该工艺，以色列的Elsol太阳能系统有限公司的CEO，EliShilton表示：“今年我们将展示一款安装有铝吸热体的新型激光焊接的集热器。”

　　土耳其的BaymakMak.SanVeTic.A.S.是一家BDRThermea集团公司，为激光焊接的转型投入了大量资金。该公司为其全自动吸热体生产线耗资300万美元，该生产线将所有的吸热体制造步骤结合起来，从激光焊接到联集管和竖管钻孔，以及管焊接和吸热体切割。墨西哥的BufetedeTechologiaSolarS.A.(Butecsa)和MóduloSolarSADECVz近也引进了激光焊接，Hitem-Blue是Módulo生产的安装有激光焊接吸热体的新型集热器。

　　超声波铝焊接好像没有流行。尽管如此，它仍然广泛作为铜吸热体的连接技术。德国的STISolarTechnologieInternationalGmbH公司扩大了超声波焊接的使用范围，市场部主任HendrikStengel表示：“2009年我们增加了一倍超声波焊接机的产量以满足OEM制造的更多需求。”

　　然而，所有吸热体中超过11％的吸热体采用机械压制连接工艺。例如，Transsen采用了该工艺，并声称确保100％的条带-管连接。Transsen开发了用于生产机械压制的条带的机器并在公司内建造。相对新的连接技术目前已经超越了经长期证明的软焊技术。德国的SchücoInternationalKG先前焊接大部分吸热体，现在使用粘结剂连接。采用Schüco传热技术的集热器中，铝板背面的铜管被铝条带覆盖，以确保采用结合技术的部位被固定到位。

　　水流经集热器全表面的吸热体采用卷绕-连接（roll-bond）工艺，这种集热器拥有一小部分用户群。AristonThermoSpA已经改进了它的“多流体”集热器，尤其适合于自然循环用途。太阳能热利用产品部经理MarcoGuaitini解释减小压力损失的设计理念时介绍：“两块金属板存在33个通道有800个焊接点，吸收太阳能的液体沿通道流动。”Ariston使用钢作为吸热体的板材料。

　　竖琴式直管正在流行

　　超过所有集热器的2/3以竖琴式直管安装。这种集热器非常灵活并且非常适合重力体系。简易的竖琴式吸热体的变体是双竖琴式与具有出口的竖琴式。这两种变体都具有更好的停滞排水行为。具有多个弯道的吸热体节省材料和软焊，并且容易制造，然而它在集热器中所占的比重不足1/3。

　　希腊SammlerSA公司的新型Alter集热器是一款“蛇形”弯曲式集热器。波兰集热器制造公司SunexSp.zo.o.向OEM消费者提供三种机型：新型的Basicx、Nx、PIG，并且SXCompact整合集热器组可以单竖琴式、双竖琴式和“蛇形”弯曲式提供。除此之外，该公司建构具有通过湍流改良的热传输的集热器。

　　Baymak不仅投资一条全自动吸热体生产线，出口部副经理TacnurYilmaz指出：“我们完全改变了太阳能集热器的结构。”改变之一是管的架构，上升管从9根增到12根。德国的RothWerkeGmbH公司归功于特殊的吸热体几何学设计减少了集热器的压力损失。奥地利的SunMasterEnergiesystemGmbH公司已经安装了具有可移动的上升管的新型屋顶嵌入式SIC21集热器。项目经理MaxHörtenhuemer表示该新特征改善了停滞性能并且有助于保护传热流体。而且，此材料没有热膨胀问题并且压力损失z小。SunMasterz近开始制造“便于更好地软焊而具有智能特征”的铜管。

　　波兰的WattSp.zo.o.公司已经研制了一款新型管架构软焊机，其软焊接具有10根水流管的竖琴式吸热体。在其标准的WATT3000S/SU集热器中，Watt采用9管竖琴式。WATT3000S/SUVIP以新型的管架构安装，并且归功于新型滚动机（rollingmachine），该公司改进了“吸热体和铜管之间的热传输表面”。瞬时效率截距效率η0从0.759增到0.784。

　　完整的铝集热器即将出现

　　管架构，无论是“蛇形”管还是竖琴型通常都是铜制的。只有德国的KBBKollektorbauGmbH公司展示了一款使用铝管的样机。另有两家制造公司正在以KBB公司为榜样，HarryMichalopoulos介绍说：“Sammler正与外国的人员合作研制一款吸热体，其中管子将采用铝。采用这种方法，吸热板和管子将由同样的材料组成，接下来的几个星期，样机将被测试。”第二家公司是STI，由于铜成本的不断提高，该公司计划在2010年12月份之前开始生产纯铝吸热体。

　　Transsen公司安装一些具有专门防冻技术的管构架，即所谓的Ultraflex系统。饮用水通过开放式环路系统直接流经集热器，这种系统限于针对霜冻的地方使用。Ultraflex系统中有一个空的塑料管插在铜管之中。如果水结冰将会破坏内部的塑料管而防止铜管受到损坏。

　　集热器制造日益自动化

　　尽管全自动化的趋势日益增加，就像Baymak的生产线，当出现集热器的复杂组装时，许多仍靠手动完成。尽管如此，许多公司正在投资半自动集热器制造；其中包括比利时的EuropeanSASolarEngineering公司、奥地利的SunMasterGmbH公司、德国的CitrinSolarEnergie-undUmwelttechnikGmbH公司、TermicolEnergíaSolar公司、西班牙的S.L.公司海外Sunex公司。例如，SunMaster公司拥有一款新型堆叠台。几年前，WolfGmbH公司是1批建立机器人辅助集热器生产线的公司之一。现在该公司进一步增加了产量提高了生产力。Citrin公司已将它的生产工厂移到一个新的能效大厅，该大厅的地下室具有主动太阳能建筑的热系统。该公司安装210平方米的集热器面积用来取暖和供应热水。

　　每条集热器生产线以生产外壳开始。该产业采用两种外壳类型：框架和水通道，用于包住吸热体并保护它免受天气的影响和减少热流失。具有框架的集热器占市场大多数，约占85％。

　　铝框架

　　制造铝框架集热器的1步是制作一个框架的边框或细长的板条。一些制造公司，例如，ViessmannKBB和加拿大的EnerworksInc，将单个金属片弯曲并用铆钉将其各个角固定来制作框架。大多数制造公司将四个单独的边框相连结。大部分框架使用铝。大约10％的集热器由钢框架制作。SunexNX公司生产的集热器采用不锈钢框架。该公司也已经建立了一条新型的、自动的集热器制造线。只有一小部分制造公司使用木质细条板，专门用于特别屋顶的集热器。

　　集热器制造过程中z常见的技术是用铆钉固定、压力连结和焊接。一种焊接技术是SunMaster的SSK27上连续斜口焊接。

　　胶黏剂相对缺少，有时会与其他的过程相结合，例如压或拧。尽管如此，Termicol公司仍使用胶黏剂。产业部官员JulioCastro说道：“我们于2009年6月开始一条底座部件生产的新线路，采用新机器用于粘合框架，包装并且将部件从一个车间运输到下一个。”Termicol公司不仅已经安装了新型机器，而且他们的集热器设计也是新颖的并且现在安装了更强的框架。改进的框架也是来自希腊，Calpak-CiceroHellasSA公司的出口部经理EvangelosNikolopoulos说道：“我们采用新的铝框架设计。”Transsenz近改用1毫米厚的框架，因为“它对于集热器来说强度更强”。

　　所有集热器中，超过一半的集热器，背板要么用胶黏剂连结，要么用胶黏剂结合压或拧连结。黏合剂粘合的好处是这个过程能够完全自动化。德国CitrinSolarEnergie-undUmwelttechnikGmbH公司研制了一种自动程序，运用黏合剂将背板粘合到框架。

　　连结背板时其他常用的工艺是利用铆钉固定和机械压力。集热器框架也是如此，铝是z常用的材料，钢和塑料也很常见。

　　集热器外壳的主要功能是能实现良好通风。通风的目的是必须尽可能有x地将冷水滴从集热器上除掉而不导致热损失。Transsen、watt和Sunex公司都改进了他们的通风系统。如果太阳能集热器被用作热泵的热源，吸热体温度经常能降到周围的温度以下产生相当多的冷凝水。因此Schüco公司为它的集热器制造专门的热泵系统。所有新型的Sunex集热器与这种应用相一致。

　　一款高性能且隔热良好的集热器

　　集热器中背板隔热必须承受较高的停滞温度。近2/3的集热器使用矿物棉，其熔点超过1000℃。玻璃棉隔热板达到400℃时物质是稳定的。它们被用于集热器的制造材料。Baymak新型集热器中，背板隔热从玻璃棉改为矿物棉。PUR（聚氨酯）泡沫具有很低的热导率。因此，更薄叠层足以提供良好的隔热效果。然而，传统PUR的耐温只能到150℃。高温变体能耐得住200℃，但是即使那样也能使具有蓝色吸热体涂层的集热器达到。由于此种原因，许多公司结合不同类型的隔热，在吸热体与PUR泡沫间增加了一层矿物棉。这种结合用于新型Elsol集热器。EliShilton说道：“我们使用一种专门将PUR和玻璃棉结合的隔热层。”

　　在新型Magnum集热器中，Transsen达到了使用三层隔热材料的程度，一层Kraft纸、一层PUR和一层玻璃棉。航空胶被用作隔热材料时，集热器能被制作的很薄。意大利制造公司CostruzioniSolaris.r.l.z近在Verona的Solarexpo展示了一款集热器，只有4.5厘米，仅是标准集热器厚度的一半。航空胶耐受温度达到200℃。PUR隔热层的厚度从19毫米起，z厚达到25毫米。矿物棉隔热层可用于30毫米到60毫米的厚度。大部分公司使用厚度在这个范围内，从40毫米到50毫米。大多数集热器制造公司使用侧面隔热层（sideinsulation）。墨西哥制造公司SunwaydeMexicoSAdecv是一家致力于侧面隔热层生产的公司。经理JorgeDavila说道：“铝挤压框架，我们有更好的隔热层。”希腊的Nobel、D.Xilinakis&Co公司在他的生产线上正在生产一款Apollon集热器，其采用侧面隔热方式。

　　大多数集热器中吸热体取决于隔热层并且仅仅被联集管固定在位置上，该联集管伸出集热器。为确保吸热体安全地固定，KBB公司设计了一款弹簧底座。底座让吸热体沿着它的长度膨胀而不用担心从位置上脱落。

　　不是所有玻璃都是太阳能玻璃

　　一旦把隔热层放在吸热体下面，装入外壳中，接下来要做的就是z后的集热器生产步骤——安装玻璃盖板。1/3的集热器安装时使用EPDM（三元乙丙橡胶）密封条密封，并用罩轨按压。所有集热器中约2/3的集热器使用胶粘合的玻璃板。硅胶频繁被使用，经常结合EPDM密封条一起使用，也使用胶带。

　　77％的低铁太阳能玻璃是流行的窗用玻璃材料。这种玻璃有约0.90的太阳透射比。大多数制造公司使用建筑物的太阳能玻璃；透明玻璃是个例外。也有不同类型的建筑物玻璃，TacnurYilmaz说道：“我们将棱柱状的玻璃改为沙砾状（sandy-pattern）的低铁玻璃。”然而，所有集热器中15％的集热器使用标准窗玻璃，太阳透射比不足0.88。具有减反涂层并且太阳透射比超过0.94的太阳能玻璃用于集热器的不足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％更稳定，但也更重的4毫米玻璃的使用率占集热器的43％。6毫米厚的玻璃只用于大表面面积的集热器并且非常罕见。调查中所有公司声称他们使用钢化玻璃（temperedglass），那好像只是出口东方的制造公司的标准。“钢化玻璃的使用，在巴西是有差别的。”MarceloMachado说道。

　　多种集热器尺寸

　　一款标准的太阳能集热器面积在2～2.5平方米之间。

　　小型集热器趋势：许多公司推出了新型小巧、便携式产品。SunwaydeMexico拥有一块新型的1.6平方米板。奥地利的SunWinEnergySystemsGmbH推出了WF13VE2，这是一款屋顶嵌入式集热器，表面积只有1.27平方米。ESE公司生产的新型OEM集热器甚到更小。出口部经理ClementCassart说道：“为了与屋顶完全整合，我们推出了一款只有0.5平方米的集热器。”美国制造公司BubblingSpringsSolar,Inc.也推出了一款相似的产品，但是用途不同。“我们正提供一款迷你型集热器，为了携带使用（小木屋、旅行房车、露营、小帆船、户外沐浴等），贸易展示和教学设施。”副总裁LuisaGerasimo说道。小型板的设计与大型板的不同只存在于尺寸上。它的尺寸为50厘米x100厘米。Gerasimo说：“这款产品还未被测试也不容易测试。”接着她又说道：“它运行很好，具有一个6加仑的水箱和简易的热虹吸管（thermosiphoning），我们把它安装在步梯上而且整个夏天都可以在花园旁边的房间里洗舒服的热水澡。”STI公司生产的新型小巧便携式集热器0.96平方米，是该产品的近两倍大。小巧且易携带，集热器在塑料托盘安装一个单蜿蜒管全铜吸热体，是理想的单人设备。

　　新型特大号集热器

　　大尺寸集热器传统地被认为是典型的奥地利产品。SikoSolarGmbH公司延伸了它的XL系列等级，包括了一款27平方米集热器。新型AKSDomaSolartechnikGmbH大尺寸集热器21平方米。CEOEenstBertsch说道：“2010年我们推出了一款新型大尺寸集热器系列具有铝框架和具有木质层压板的改进型。我们能将光学效率增到87％。这对于平板集热器系统来说很划算并且它是研发团队的一个巨大的成功。”

　　屋顶嵌入式集热器很有前景

　　Sunwin不是一家介绍屋顶嵌入式集热器的公司。“我们的集热器是为了与屋顶融合而设计的，如果它被固定在屋顶上，可使用标准PV固定设施。”EliShilton解释道。多亏多排选择，德国WolfGmbH公司的屋顶整合系列可提供大面积屋顶的统一覆盖。“30台集热器可排成一阵列。”技术办公室主管GerdewanJacobs说道。10台集热器一行排成3行，组成z大可能的场地，领地中集热器之间的空间看不到。Wolf公司也提供改进型，改进型可与PV组件相结合。

　　意大利Cordivaris.r.l公司注重美学，“Cordivari屋顶嵌入式固定到斜屋顶是允许太阳能集热器安装到屋瓦的上部，排成一列。为了美学的目的或与美学约束有关的法令需要，”Cordivari称他的申请zl的固定系统令人满意且能够快速固定，甚到屋顶上安装一个断断续续的结构，例如木质横条，不是在结构中增加横梁。

　　SunMaster的SIC27具有很窄上遮雨板的低度安装以获得屋顶z佳使用。水平的和垂直的间隔保持的很小，并且与遮雨板的外观很搭配。SunMaster为各种类型的屋顶材料提供。

　　德国CitrinSolar公司的CS300M是一款新型的屋顶整合式集热器，以模块化的设计为基础。研究&发展部经理Franz-DominikTreikauskas说：“集热器自身有一个大约2平方米的标准面积，然而，由于灵活、易于安装在片状金属表面，各种集热器排列结构对于CS300M集热器框架来说是可能的。巨大的集热器场地和L、U或H形状的场地，采用标准装置是可行的。

　　阳光地带的产品

　　美国制造公司SunEarthInc.研制的SunBelt集热器用于炎热、干燥的沙漠气候，在美国东西部城市很常见，周围温度达到50℃或以上也很平常。“设计SunBelt集热器在1000瓦/平方米太阳辐照度和50℃环温条件下以减少集热器空晒温度不足140℃。”总经理PaulOutram说道。奥地利的TisunGmbH公司也密切注视炎热气候，“我们将推出FM200集热器模型，尺寸2平方米，为满足南欧国家、北非和中东，”负责出版和媒体公布的NinaKarner说道，“除此之外，我们将展示我们的新式自然循环系统，其具有一个160或200升太阳能水箱和一个2平方米集热器，也有一个系统具有两个集热器相结合和一个300升太阳能水箱。”SunWin的AF24US4也是一款非常薄的集热器，用于阳光充足的气候，具有仅仅30毫米的矿物棉保温层。它的周围温度达到142.2℃。

　　一方面，好像由于许多制造公司的制造，用于专门用途的的集热器样机的种类在扩大。另一方面，许多公司试图制造单一类型的高容量产品。太阳能热利用市场在中期一定会复苏，应为每个人提供足够的空间。