在太阳能热利用系统中，集热器是接收太阳辐射并向其传热工质传递热量的非聚光型部件。其吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。其中吸热体结构基本为平板形状。太阳能集热器应用比较普遍的是平板型集热器。
1.基本结构和材料选择
典型的平板型结构如图2-4所示，它主要由集热板、隔热层、透明盖板和外壳组成。
图2-4 典型的平板型集热器结构
集热板的作用是吸收阳光，并把它转化热能通过流管传递给集热介质，它也是一种热交换器，其关键部件是平板吸热部件。平板吸热部件要求对阳光吸热率高，热辐射率低；结构设计合理；具有长期的耐候性和耐热性能，此外，还要求加工工艺简单，成本低廉等。集热板吸热层一般采用涂层材料，涂层材料分为选择性吸收和非选择性吸收涂层；非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层；选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。选择性吸收涂层具有较高的光谱吸收系数a和低的热辐射率；非选择性吸收涂层的热辐射率也较高。从集热器的发展趋势来看，为了提高集热器的效率，提高温度是一个重要途径，因此利用选择性吸收材料是一个发展方向。对于性能要求不高的集热器，一般采用非选择性涂层。非选择性吸收涂层对阳光的吸收率一般在0.95～0.98，热辐射率为0.9～0.95。非选择性吸收涂层利用金属氧化物材料的半导体性，如Cu O、Cr-Cr2O3涂层，吸收能量大于其禁带宽度的太阳光，吸收涂层的表面性质和宽度也很重要，研究表明，适当降低涂层厚度能够降低涂层的热辐射率。
隔热层的作用是降低热损失，提高集热效率。要求材料具有较好的绝热性能和较低的导热系数。隔热层材料要求能够承受200℃的温度，可用作隔热层的材料包括玻璃纤维、石棉以及硬质泡沫塑料等。
透明盖板的作用是为了和集热板之间形成一定高度的空气夹层，减少集热板通过与环境的对流、向环境的辐射造成的热损失，保护集热板和其他部件不受环境的侵蚀；要求具有抗拒风、积雪、冰雹、沙石等外力和热应力等的较高的机械强度；对雨水不透过；耐环境腐蚀。
外壳的作用是为了保护集热板和隔热层不受环境的影响，同时作为各个部件集成的骨架，要求具有较高的力学强度、良好的水密封性、耐候性和耐腐蚀性。外壳材料包括框架和底板。
2.平板集热器类型
按照传热介质的不同，平板集热器可以分为液体加热太阳能集热器和气体加热太阳能集热器，两者的主要区别在于吸热板材料和结构的不同以及与吸热板接触的导流管设计结构的差异。在设计集热器时需要考虑的关键参数是如何获得有效的传热、合理的压降、较少的结垢；降低液体介质传输路径的腐蚀、维修，增加其耐用性，降低成本。采用液体作为工作介质的加热集热器的结构有许多种，主要区别是液体到流管与吸热板间的连接方式的不同，也有采用非管式液体流道的结构。从有效传热考虑，热量从吸热板到导流管的间距应尽量小，两者间的导热性要好。气体加热太阳能集热器的传热气体通道可以在吸热板之下，也可以在其之上，从而增加一个传热面。实际上，采用简单的设计，使空气通过吸热板—盖板、吸热板—隔热层形成的简单通道在经济上是合算的。提高集热器效率的一个途径就是将盖板和吸热板之间抽真空，以及有效地抑制热传导。为了达到这个效果，需要真空度低于10－4 mm Hg，平板玻璃盖板不能承受这个真空度，而且采用平板结构也是很难维持这个真空的，所以，人们采用抽真空的管式设计。真空管集热器是由许多根玻璃真空集热管组成的。
常见的设计有三种：第一种是将小平板集热器放在抽真空的玻璃管中，传热介质通过与集热板接触的金属导管将热能传出；第二种是将涂有带选择性吸收的热流管放在真空玻璃管中，在玻璃管内壁热管的下方涂有反射层，将太阳光反射到加热管上。这两种设计其金属与玻璃的密封比较困难；第三种是全玻璃真空集热器。如图2-5所示，全玻璃真空集热器由内外两个同心玻璃管组成。两玻璃管间抽真空，内玻璃管外壁沉积选择性吸收涂层，外管为透明玻璃，内外管间底部用架子支撑住内管自由端。导热介质在内管经导管流入、流出。
图2-5 全玻璃真空集热管
1—内玻璃管；2—选择性吸收涂层；3—真空管；4—外玻璃管；5—弹簧支架；6—消气剂；7—吸气涂层
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