平板太陽(yáng)能或迎新機(jī)遇

平板太陽(yáng)能熱水器是最早進(jìn)入中國(guó)
的太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)品。受制于成本和早期平板不能抗凍的影響，平板太陽(yáng)能熱水器逐漸被真空管式太陽(yáng)能熱水器所取代，成為中國(guó)市場(chǎng)上的邊緣產(chǎn)品。近年來(lái)，隨著市場(chǎng)需求的變化，在建筑一體化趨勢(shì)下，平板式集熱器承壓運(yùn)行和便于實(shí)現(xiàn)一體化等優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。在政策引導(dǎo)和技術(shù)進(jìn)步的背景下，平板太陽(yáng)能熱水器或?qū)⒂瓉?lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

太陽(yáng)能熱水器的新機(jī)遇

推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)是中國(guó)今后幾年經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基本目標(biāo)之一，可再生能源利用作為生態(tài)文明建設(shè)的重要措施，得到各級(jí)政府部門的積極推進(jìn)。太陽(yáng)能熱利用技術(shù)是目前實(shí)際應(yīng)用最多、并在經(jīng)濟(jì)性上能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的可再生能源利用技術(shù)。2013年5月10日，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《工業(yè)和信息化部關(guān)于促進(jìn)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出通過(guò)加強(qiáng)太陽(yáng)能熱水器在城鎮(zhèn)市場(chǎng)的推廣應(yīng)用，優(yōu)先推廣高效太陽(yáng)能熱水器;到2015年，太陽(yáng)能熱水器在整個(gè)熱水器行業(yè)(包括電熱水器、燃?xì)鉄崴鳌⑻?yáng)能熱水器)的比重超過(guò)40%，能效2級(jí)以上產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率達(dá)到50%。

太陽(yáng)能熱利用是可再生能源利用的重要領(lǐng)域，中國(guó)太陽(yáng)能熱利用最成熟的產(chǎn)品是太陽(yáng)能熱水器。近幾年，太陽(yáng)能熱水器行業(yè)快速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年，太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量約為4968萬(wàn)平方米(約合2484萬(wàn)臺(tái))，實(shí)現(xiàn)銷售收入400多億元，提供就業(yè)機(jī)會(huì)30多萬(wàn)個(gè)。以2012年全國(guó)太陽(yáng)能熱水器保有量為2億平方米測(cè)算，每年可節(jié)能3000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放7470萬(wàn)噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

中國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)已經(jīng)形成機(jī)械裝備、原材料加工、太陽(yáng)能集熱管、集熱器等核心零配件以及熱水器整機(jī)裝配、生產(chǎn)、市場(chǎng)營(yíng)銷、安裝服務(wù)等相互配套的產(chǎn)業(yè)鏈，并形成以重點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹行牡奶?yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)集群，涌現(xiàn)出多家品牌企業(yè)。

平板太陽(yáng)能熱水器重?zé)ㄉ鷻C(jī)

平板太陽(yáng)能集熱器是最早出現(xiàn)的太陽(yáng)能集熱裝置，盡管早在17世紀(jì)后期已被發(fā)明，但是直至20世紀(jì)60年代才真正進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。在中國(guó)太陽(yáng)能熱利用技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，平板式太陽(yáng)能集熱器是最早得到應(yīng)用的產(chǎn)品，曾一度占據(jù)中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)統(tǒng)治地位。但是，由于初期產(chǎn)品技術(shù)和結(jié)構(gòu)的缺陷，這種產(chǎn)品的發(fā)展并不順利。近十年，全玻璃真空管集熱器的生產(chǎn)成本大幅降低，而平板太陽(yáng)能集熱器的生產(chǎn)成本卻沒(méi)有明顯下降。同時(shí)，在全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠及商家的宣傳推動(dòng)下，平板太陽(yáng)能熱水器受到巨大沖擊，市場(chǎng)份額一度下降為10%左右。

隨著平板集熱器制造技術(shù)的進(jìn)步和節(jié)能減排要求的提高，中國(guó)平板太陽(yáng)能熱水器的產(chǎn)量從2004年開始逐漸回升。由于統(tǒng)計(jì)口徑不同，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)平板太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)份額數(shù)據(jù)差異較大，較為保守的估計(jì)為12%左右，樂(lè)觀的估計(jì)約為35%，一般認(rèn)為以25%作為分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為恰當(dāng)。

全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器使用中逐漸暴露出的問(wèn)題，讓人們重新把眼光轉(zhuǎn)向平板太陽(yáng)能熱水器。自2009年起，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)在政策驅(qū)動(dòng)下快速發(fā)展。按照中國(guó)太陽(yáng)能熱利用行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，近幾年，太陽(yáng)能熱水器行業(yè)年產(chǎn)銷量平均增長(zhǎng)幅度超過(guò)30%，除了農(nóng)村市場(chǎng)銷量保持增長(zhǎng)，支撐行業(yè)高速發(fā)展的主要?jiǎng)恿€來(lái)自城鎮(zhèn)住宅用戶和工程應(yīng)用領(lǐng)域需求量的迅速增長(zhǎng)。在城鎮(zhèn)市場(chǎng)，平板太陽(yáng)能熱水器具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，這令平板太陽(yáng)能熱水器的市場(chǎng)規(guī)模在近三年以年均50%左右的速度增長(zhǎng)。目前，歐美及日本市場(chǎng)平板太陽(yáng)能熱水器的份額約為90%，這一局面已經(jīng)維持多年，估計(jì)今后幾年也不會(huì)有太大變化。

平板太陽(yáng)能集熱器的優(yōu)點(diǎn)是安全性好、易于與建筑物一體化安裝。同時(shí)，平板式太陽(yáng)能集熱器具有較強(qiáng)的耐壓能力，適用于承壓系統(tǒng)。在城鎮(zhèn)住宅用戶和工程應(yīng)用領(lǐng)域，承壓系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)顯而易見。同時(shí)，平板太陽(yáng)能集熱器的各項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到較高水平，產(chǎn)品性能大幅提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng)。以往，平板式太陽(yáng)能集熱器的不足主要是冬季難以獲得較高溫度的熱水。然而，在現(xiàn)有技術(shù)水平下，當(dāng)集熱器內(nèi)的水溫低于50℃時(shí)，平板型集熱器的瞬時(shí)熱效率大于真空管集熱器。平板太陽(yáng)能集熱器的平均日效率為48%~58%，全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器的平均日效率為45%~55%。在相同條件下，平板太陽(yáng)能熱水器在南方冬季的平均日效率略高于全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器。按全年使用效果考核，在相同條件下，采用平板型集熱器的太陽(yáng)能熱水器能夠提供更多的熱水。中國(guó)平板太陽(yáng)能熱水器將再次進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。

太陽(yáng)能熱水裝置集成應(yīng)用

為了獲得穩(wěn)定的熱水供應(yīng)，太陽(yáng)能熱水器通常配有輔助熱源，其中采用電熱元件輔助電加熱的方式最為常見。近年來(lái)，采用其他輔助熱源的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的開發(fā)成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)課題，采用空氣源熱泵或燃?xì)饧訜嵫b置的方案較為常見。國(guó)內(nèi)外企業(yè)對(duì)太陽(yáng)能熱水器、空氣源熱泵熱水器以及燃?xì)鉄崴髦g的兩兩組合和三單元組合系統(tǒng)，進(jìn)行了一系列的研究和開發(fā)。

空氣源熱泵的工作原理是利用環(huán)境空氣作為低溫?zé)嵩矗ㄟ^(guò)蒸汽壓縮式熱泵循環(huán)將來(lái)自低溫?zé)嵩吹臒崮軠囟壬叩娇梢岳玫臏囟?。與電熱元件相比，在額定運(yùn)行條件下，熱泵的電力消耗約為電熱元件的1/4。由此可見，與采用電熱元件作為輔助加熱裝置的系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能—空氣源熱泵組合系統(tǒng)的電費(fèi)支出僅為前者的1/4，為電熱水器的1/10左右。利用熱泵作為輔助熱源，安裝位置較為靈活，僅需通風(fēng)良好。

空氣源熱泵的運(yùn)行性能主要受蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)溫度的影響，日照條件對(duì)熱泵的供熱能力沒(méi)有影響。在進(jìn)風(fēng)溫度較低時(shí)，熱泵的制熱能力和熱力效率會(huì)明顯下降。因此，標(biāo)準(zhǔn)型空氣源熱泵一般只適宜在進(jìn)風(fēng)溫度≥-7℃的條件下運(yùn)行。此外，作為輔助熱源，空氣源熱泵的制造成本較高。

燃?xì)鉄崴鞯臒彷敵瞿芰Σ皇苋照蘸蜌庀髼l件影響，由于熱輸出功率較大，能夠快速響應(yīng)熱負(fù)荷變化。在多數(shù)情況下，即使太陽(yáng)能熱水器無(wú)法運(yùn)行，作為輔助熱源的燃?xì)鉄崴魅钥梢钥焖佥敵鰺崴蚁到y(tǒng)造價(jià)低廉。但是，燃?xì)鉄崴鞯倪\(yùn)行費(fèi)用較高，燃?xì)獾娜紵a(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染，煙氣中的CO等物質(zhì)具有較強(qiáng)的危險(xiǎn)性，需要嚴(yán)格控制濃度。此外，燃?xì)庑孤┛赡軐?dǎo)致火災(zāi)等事故。

現(xiàn)有的空氣源熱泵或燃?xì)鉄崴魍ǔＪ前凑諉为?dú)使用的要求設(shè)計(jì)的。當(dāng)這些熱源裝置作為系統(tǒng)單元組合運(yùn)行或者與太陽(yáng)能熱水器組合運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生以下新的問(wèn)題：

——不同單元間的運(yùn)行參數(shù)不同，盡管某個(gè)單元處于正常狀態(tài)，但是可能導(dǎo)致其他單元進(jìn)入非正常運(yùn)行狀態(tài);

——某個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，故障的影響可能通過(guò)相互之間的接口傳遞，使影響擴(kuò)大;

——不同的單元具有不同的運(yùn)行特性，運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化程度對(duì)其使用性能和運(yùn)行費(fèi)用的影響較大;

——熱源裝置組合之后，可能導(dǎo)致某些運(yùn)行條件與單獨(dú)使用時(shí)有較大差異，進(jìn)而使得相應(yīng)的熱源裝置處于非正常運(yùn)行狀態(tài);

——組成熱水系統(tǒng)的各熱源單元的容量配置的合理性，也是需要考慮的重要問(wèn)題，過(guò)高的配置可能影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，而過(guò)低的配置則可能導(dǎo)致熱水供應(yīng)能力無(wú)法達(dá)到預(yù)期使用要求。

采用空氣源熱泵或燃?xì)饧訜嵫b置作為太陽(yáng)能輔助熱源，可以對(duì)太陽(yáng)能熱水器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生顯著影響。然而，當(dāng)一些按獨(dú)立運(yùn)行要求設(shè)計(jì)的熱源裝置組合運(yùn)行時(shí)，這些裝置相互之間的影響可能是不良的，必須認(rèn)真處理。為了提高系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性，諸如降低太陽(yáng)能保證率、超溫限制、減少燃?xì)饧訜嵫b置最小溫差以及應(yīng)對(duì)燃?xì)庑孤┑陌踩O(shè)計(jì)等措施在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中需要得到妥善考慮。