在國(guó)際社會(huì)將二氧化碳、二氧化硫排放量的大小與國(guó)家對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)任形象直接相提并論的今天，節(jié)能減排已經(jīng)是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)、生存環(huán)境是否可持續(xù)發(fā)展的大問(wèn)題。發(fā)達(dá)國(guó)家的集熱能量使用數(shù)據(jù)顯示，年平均集熱用水使用能量所消耗的電力，占國(guó)家年度總電力消耗的1/4；加之世界傳統(tǒng)能源的日趨減少。因此，使用高效、環(huán)保、可替代煤炭、石油等傳統(tǒng)能源來(lái)獲取使用能量的技術(shù)，是目前亟待解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能集熱技術(shù)是將太陽(yáng)輻射能通過(guò)太陽(yáng)能集熱器表面膜層吸收后，直接轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加熱其他使用介質(zhì)。因其具有能量獲取、使用的直接性和使用過(guò)程無(wú)二次污染的環(huán)保性。太陽(yáng)能必將成為未來(lái)世界能源舞臺(tái)的主角，逐步補(bǔ)充和z*終替代傳統(tǒng)能源。使用太陽(yáng)能集熱器是目前解決我國(guó)能源與環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)積極有效的輔助手段，平板太陽(yáng)能集熱器更容易實(shí)現(xiàn)與建筑物相結(jié)合，近幾年呈良好上升趨勢(shì)，具有良好的市場(chǎng)前景。

1平板太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)與工作原理

現(xiàn)有真空管式太陽(yáng)能集熱器z*根本的問(wèn)題是真空管不能作為建筑板塊整體結(jié)構(gòu)與建筑相結(jié)合。因此，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)（北美、北歐、夏威夷等地區(qū)）平板太陽(yáng)能集熱器占市場(chǎng)92%以上，作為建筑材料，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能利用與建筑相結(jié)合。平板太陽(yáng)能集熱器已被廣泛應(yīng)用于生活用水加熱、泳池加熱、工業(yè)用水加熱、建筑物采暖與空調(diào)等諸多領(lǐng)域。

1.1平板太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)

平板太陽(yáng)能集熱器一般由集熱板芯、蓋板、保溫層和外殼4部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。集熱板芯采用銅鋁復(fù)合和全銅的材質(zhì)。銅鋁復(fù)合集熱板芯由銅鋁復(fù)合吸熱翼片與銅質(zhì)集熱管連接而成。這種翼片的特點(diǎn)在于兩面鋁板中間夾著銅管（排管），通過(guò)壓碾復(fù)合工藝，使銅鋁和銅銅之間緊密結(jié)合。而全銅集熱板芯由銅箔集熱板與布設(shè)在集熱板反面的銅質(zhì)流體介質(zhì)管（排管）通過(guò)超聲波焊接組成。通過(guò)集熱板芯上下兩端的集管橫向連接若干根排管構(gòu)成流體通道。四周采用咬縫工藝連接在一起，制成平板金屬吸熱體，底部用鍍鋅板和保溫棉墊底，上部用玻璃板蓋住，四周用橡膠條密封。

1.2平板太陽(yáng)能集熱器的工作原理

陽(yáng)光透過(guò)透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體（集熱板芯）上，其中大部分太陽(yáng)輻射能為吸收體所吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽飨蚺殴芡ǖ乐械墓べ|(zhì)。這樣，從太陽(yáng)能集熱器底部機(jī)關(guān)入口的冷工質(zhì)，在排管通道中被太陽(yáng)能所加熱，溫度逐漸升高，加熱后的熱工質(zhì)，帶著有用的熱能從太陽(yáng)能集熱器的上端集管出口，蓄入貯水箱中待用，即為有用能量。與此同時(shí)，由于吸熱體溫度升高，通過(guò)透明蓋板和外殼向環(huán)境散失熱量。蓋板則允許可見(jiàn)光線透過(guò)，而紅外熱射線不能透過(guò)的作用，使工質(zhì)能帶走更多的熱量而提高太陽(yáng)能集熱器的集熱效率。

太陽(yáng)能集熱板芯是平板太陽(yáng)能集熱器的核心部件，它的選擇性吸收性能（αs—發(fā)射率）決定平板太陽(yáng)能熱水器的熱效率。

2目前平板太陽(yáng)能集熱器板芯選擇性吸收涂層的制備方法

隨著太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)選擇性吸收材料的研究工作已有30多年的歷史。涂層的制備工藝經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單噴涂到選擇性的硫化鉛、金屬氧化處理。從化學(xué)溶液鍍膜法到真空磁控濺射鍍膜法的更新?lián)Q代過(guò)程?；瘜W(xué)溶液鍍膜法是指在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)原理在基底材料表面上沉積成膜的一種方法，它包括各種化學(xué)反應(yīng)沉積、陽(yáng)極氧化、電鍍等。采用化學(xué)溶液鍍膜法制備的光譜選擇性吸收涂層目前有鋁條帶上陽(yáng)極化著色和銅條帶上黑鉻選擇性涂層。但和真空鍍膜相比，其工藝復(fù)雜、手工操作多，工藝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)控制不當(dāng)，廢液的處理容易造成一定程度的環(huán)境污染。
目前國(guó)外公司采用電子束蒸發(fā)的方法將鈦和石英在電子射線槍的作用下被氣化，氣化物在加入氮和氧化后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化鈦，z*后在金屬（銅）帶上沉積冷凝而成涂層。生產(chǎn)的鈦系列TiNOx高選擇性鈦鍍層，該連續(xù)化生產(chǎn)線投資較大，涂層生產(chǎn)成本較高。由于這種集熱涂層主要生產(chǎn)在銅基體條帶上，制造平板太陽(yáng)能集熱器板芯時(shí)需要對(duì)條帶進(jìn)行切割，還要在每個(gè)翼片的背面通過(guò)超聲波焊接排管，一方面在焊接過(guò)程中容易破壞膜層表面，另一方面在容易對(duì)膜層膜層造成二次污染，影響集熱板芯的集熱效率。

針對(duì)平板式涂層制備技術(shù)的不足，我們采用真空磁控濺射技術(shù)、等離子監(jiān)控技術(shù)和離子表面活化技術(shù)，開(kāi)發(fā)了在光亮的銅基片或者銅鋁復(fù)合基片上沉積高反射率的金屬鋁作為底層的基膜；然后在基膜的基礎(chǔ)上采用反應(yīng)濺射沉積兩層不同成分和金屬含量的鋁氮復(fù)合膜作為吸收層；z*后是反應(yīng)沉積AIN和中頻濺射SiO2介質(zhì)增透、保護(hù)層的光譜選擇性吸收薄膜設(shè)備與工藝。產(chǎn)品經(jīng)國(guó)家太陽(yáng)能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，涂層的吸收率αs≥0.92～0.94,紅外發(fā)射率ε≤0.08～0.1，其涂層附著力和耐候性能良好，可在大氣環(huán)境下直接使用。制造成本低，膜層理化性能好，無(wú)污染，非常適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。這一技術(shù)使我國(guó)平板太陽(yáng)能集熱器的集熱涂層生產(chǎn)環(huán)?；?，使光熱轉(zhuǎn)換效率與國(guó)際高端產(chǎn)品處于同類水平。

以提高集熱膜層在大氣中使用的耐候性能、集熱性能為目的的膜層、膜系研究，是當(dāng)前太陽(yáng)能集熱器光譜選擇性吸收膜層研究、生產(chǎn)和發(fā)展的主要方向。隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境污染治理的深化，國(guó)家原則上已不審批新的化學(xué)溶液鍍膜生產(chǎn)線。因此，可以說(shuō)用磁控濺射方法制備選擇性吸收涂層是目前國(guó)內(nèi)外平板太陽(yáng)能集熱器制備工藝中z*先進(jìn)、z*有發(fā)展、z*環(huán)保的方法。

3平板太陽(yáng)能集熱器的應(yīng)用前景

隨著新能源的推廣和普及，以及科技的進(jìn)步和發(fā)展，太陽(yáng)能熱利用與建筑相結(jié)合對(duì)太陽(yáng)能熱水器技術(shù)要求越來(lái)越高，市場(chǎng)需求越來(lái)越迫切，真空管太陽(yáng)能已經(jīng)逐漸無(wú)法解決其在建筑應(yīng)用中遇到的所有技術(shù)和質(zhì)量難題。這為平板太陽(yáng)能集熱器的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。

3.1平板太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

平板太陽(yáng)能集熱器具有承壓性、雙循環(huán)系統(tǒng)、易于與建筑相結(jié)合、提供更多的生活熱水等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，在太陽(yáng)能系統(tǒng)工程、分體式太陽(yáng)能熱水器和對(duì)太陽(yáng)能與建筑相結(jié)合有要求的場(chǎng)所，平板太陽(yáng)能集熱器比全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、壽命、維護(hù)與建筑相結(jié)合等方面更具有優(yōu)勢(shì)。比如2008年北京奧運(yùn)會(huì)工程之一“奧運(yùn)村”，采用的就是平板太陽(yáng)能集熱器。

采用磁控濺射制備光譜選擇性吸收涂層，可以克服其他制備工藝的缺點(diǎn)，提高光熱轉(zhuǎn)換效率和涂層的使用壽命，同時(shí)磁控濺射工藝有沉積速度快、膜層均勻、致密，便于大面積沉積和工藝環(huán)保等特點(diǎn)，有利于太陽(yáng)能集熱板芯真空鍍膜大批量工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步降低成本，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。從測(cè)試結(jié)果可以看出，高效平板太陽(yáng)能集熱器太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的產(chǎn)水量要高于同等面積的真空管太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的產(chǎn)水量。

平板太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)一般采用回流排空技術(shù)、防凍技術(shù)，在北方地區(qū)可方便地解決太陽(yáng)能集熱器過(guò)冬問(wèn)題，無(wú)太陽(yáng)能集熱器凍壞的后顧之憂，并且可以解決夏季（或熱水符合不匹配時(shí)）系統(tǒng)過(guò)熱問(wèn)題，這一特點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)非常有利。

3.2國(guó)家的扶持政策

2008年國(guó)家出臺(tái)了太陽(yáng)能熱水器鼓勵(lì)支持發(fā)展的政策，全國(guó)10多個(gè)省、市建委出臺(tái)了對(duì)12層以下房屋強(qiáng)制安裝太陽(yáng)能熱水器的政策配套文件，極大地釋放了城市太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)。

2009年太陽(yáng)能熱水器“下鄉(xiāng)”是太陽(yáng)能熱水器行業(yè)的一件大事，標(biāo)志著太陽(yáng)能熱水器得到國(guó)家認(rèn)可，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)已邁入新的時(shí)代。太陽(yáng)能熱水器“下鄉(xiāng)”正式啟動(dòng)意味著太陽(yáng)能熱水器行業(yè)得到了政策支持，太陽(yáng)能熱水器“下鄉(xiāng)”如一縷春風(fēng)，使整個(gè)行業(yè)煥發(fā)強(qiáng)大的生命力。

我國(guó)必將步入更為多元化、清潔、高效的能源消費(fèi)新時(shí)代。因此，應(yīng)當(dāng)大力倡導(dǎo)發(fā)函太陽(yáng)能這樣的可再生能源。

3.3市場(chǎng)的應(yīng)用前景

《2010—2015年中國(guó)太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，“2007年中國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度約為30%，年產(chǎn)量達(dá)2340萬(wàn)?（16380MWth),總保有量約為10800萬(wàn)?（75600MWth）。2007年太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)銷售額約為320億元人民幣，產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè)有20多家。2008年我國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步快速發(fā)展。其中，產(chǎn)值達(dá)430億元，出口達(dá)1億美元。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的年產(chǎn)量是歐洲的2倍，北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上z*大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和z*大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)”。預(yù)計(jì)我國(guó)太陽(yáng)能熱水器在近3年時(shí)間內(nèi)還將保持30%以上的增長(zhǎng)速度，市場(chǎng)潛力巨大。

隨著中高溫太陽(yáng)能熱水器的開(kāi)發(fā)以及太陽(yáng)能與建筑相結(jié)合技術(shù)的日益完善，未來(lái)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品進(jìn)入住宅工程是必行之路。目前城鎮(zhèn)環(huán)保要求必須使用清潔能源，在今后10年隨著太陽(yáng)能熱水器的普及，會(huì)有越來(lái)越多的人使用太陽(yáng)能集熱器，這是發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)空間和產(chǎn)業(yè)規(guī)模都很大，未來(lái)發(fā)展十分樂(lè)觀。

4結(jié)束語(yǔ)

真空磁控濺射鍍膜集熱板與目前使用的涂漆集熱板、陽(yáng)極氧化集熱板和黑鉻涂層集熱板等相比具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)和性能。它具有良好的光譜選擇性吸收特性，從而使平板太陽(yáng)能熱水器的熱效率得到了極大地提高，而且在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何環(huán)境污染。膜層理化性能好，提高了涂層的使用壽命，有利于連續(xù)式工業(yè)化。因此，是目前新一代太陽(yáng)能集熱板產(chǎn)品。

平板太陽(yáng)能發(fā)展至今天，技術(shù)上已日趨成熟，世界各國(guó)都力圖將太陽(yáng)能與建筑相結(jié)合，尋求外形美觀、布局合理、管理規(guī)范的太陽(yáng)能與建筑相結(jié)合的設(shè)計(jì)。平板太陽(yáng)能集熱器作為建筑材料實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱利用與建筑物相結(jié)合，有更強(qiáng)的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和生命力。