张拓
摘 要：平板太阳能的集热器设计，与太阳能的传热效果存在直接的关系。平板太阳能集热器的结构简单，设计过程中，要达到耐用的标准，通过设计的方式，改善平板太阳能集热器的设计，提高传热的效率，保障平板太阳能具有一定的市场竞争力，体现出传热的价值。因此，该文主要从吸热板导热系数设计、吸热板厚度设计、吸热板宽度设计、流量设计等方面探讨了平板太阳能集热器设计的相关内容。
关键词：平板太阳能 集热器 设计
中图分类号：TK513 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（c）-0052-02
平板太阳能集热器是由吸热板、透明盖板、保温层、外部壳体构成的，主要利用太阳能低温热，广泛运用在生活、工业等方面。近几年，我国平板太阳能的数量越来越多，对集热器设计的要求逐渐提高，为了保证平板太阳能集热器的发展能力，应该规范好集热器的实践设计，完善集热器设计的同时，确保集热器在平板太阳能中的质量。
1 平板太阳能集热器的传热设计
集热器是平板太阳能的热交换装置，遵循能源平衡的关系，集热器吸收越多的太阳能，表明热效率越高，集热器的传热设计，与太阳能集热效率存在密切的关系，传热的温度越高，集热的性能越好。太阳能辐射到平板太阳能集热器的透明盖板，集热板表面会最大程度地吸收，集热器的系统性能越高，表明透明盖板能够吸收更多的太阳能，进而提高平板太阳能的吸热水平。
2 平板太阳能集热器的设计优化
2.1 吸热板导热系数设计
平板太阳能集热器的吸热板导热系数设计，需根据试验评估确定最终的系数，直接改变吸热板的导热系数，保持其他参数正常。吸热板导热系数设计的过程中，模拟集热器的运行状态，掌握集热器热性能导热系数的吸热规律，提前设计好模拟试验，将吸热板导热系数设计的参数输入到试验系统内，设计好集热器吸热板导热的系数[1]。例如：集热器保温层的导热系数=0.043 W/（m·K），吸热板的导热系数=398 W/（m·K），吸热板的温度与出口温度，会根据导热系数发生变化。集热器吸热板经常采用钢、铜、铝等材料，不同的材料，导热系数设计数值不同，钢材料的导热系数是36 W/（m·K），铜材料是398 W/（m·K），铝材料是236 W/（m·K）。
2.2 吸热板厚度设计
平板太阳能集热器的吸热板厚度设计，直接改变吸热板厚度就可以，不需要改变其他的参数，就能促使平板太阳能集热器达到优化的状态。吸热板厚度设计时，模拟好运行的状态，在整体上设计吸热板的厚度。集热器吸热板厚度数值越大，集热器的温度就会降低，减少了热损失，增加了吸热板的有用能量，待热效率增加后，选择最佳的吸热板厚度数值。吸热板厚度设计方面，即使持续地增加板材厚度，也不会改变热性能，保持在最佳的状态，设计好吸热板厚度。
2.3 吸热板宽度设计
吸热板宽度很容易影响平板太阳能集热器的性能，吸热板的宽度增加后，热损失随之减少[2]。平板太阳能集热器吸热板的采光口总能量不变，热效率也会降低。所以，设计吸热板宽度试验，当试验中吸热板宽度在4 cm增加到10 cm时，集热器的性能会明显减少，将吸热板的厚度保持在4 cm，采光口总能量不变，光学损失不变，有用能数值最高，达到700 W，热损失最低。
2.4 进口流量设计
平板太阳能集热器进口流量与集热器热性能的关系是，当进口流量增加时，翘片效率是保持不变的，集热器效率因子、热移除因子、集热效率等，均会增加。进口流量设计实验中，数值在0.02调整到0.1 kg/s的过程中，集热器效率因子与热移除因子均增加到了0.95左右，集热效率从0.3增加到了0.5，进口流量在0.1 kg/s继续增加时，集热器的热性能没有太大的变化。
2.5 进口温度设计
集热器设计过程中，翘片效率、集热器效率因子、热迁移因子等，基本不受进口温度的影响，而集热器效率受进口温度的影响最大，其会随着进口温度的增加，表现出降低的变化方式。当集热器进口温度增加时，吸热板与周围环境的温度差变大，导致热损失增加，有用能明显降低。进口温度与外界温度的温差，低于22 ℃时，光学损失是主要的能量损失，高于22 ℃时，热损失是主体损失能源，将进口温度控制在22 ℃，能够确保集热器的热效率保持在最佳的状态。
2.6 吸热板发热效率设计
吸热板发热效率在平板太阳能集热器设计中起到重要的作用，吸热板温度增加时，吸热板发射率会随之降低，出口温度也会降低[3]。吸热板发射效率设计的过程中，吸热板发射率从0.1到0.9的变化范围内，采光口总能量保持不变，光学损失基本不变化，有用能从700 W降低到400 W，热损失会从300 W增加到800 W，吸热板发射效率设计期间，吸热板涂层改进是一项关键的工作，其在集热器热性能中起到一定的作用。
2.7 吸热板吸收效率设计
吸热板吸收效率在平板太阳能集热器设计方面，设计数值在0.45～0.95，吸热板温度会从56 ℃增加到62 ℃，集热器的出口温度会从53 ℃增加到55 ℃，有用能从500 W增加到1 100 W，光学损失从800 W降低到200 W，热损失稍微有增加的变化趋势。集热器热性能会随着吸热板吸收率的变化而增加，两者表现出线性关系，经过设计后，能够增加集热器的热效率。
2.8 太阳辐射强度利用
集热器设计方面，太阳辐射强度的影响范围很小，其中集热器效率受太阳辐射强度的影响最大，太阳辐射强度在500增加到1 000 W/m?时，集热器的有用能增加非常快，此时吸热板温度、热损失增加得会非常慢，也会增加集热器的效率。
2.9 环境温度设計控制
平板太阳能集热器的环境温度变化，对翘片效率、集热器效率因子、热迁移因子没有明显的影响，集热器效率会增加过快。集热器所处的环境温度增加后，吸热板与周围环境的温度差会非常小，此时热损失减小，热效率会增加。
3 平板太阳能集热器的效率分析
平板太阳能集热器的效率，是设计的关键点，太阳能具有能量平衡的关系，一部分被集热器吸收利用，一部分反射到外部环境内。集热器的效率设计与分析中，需要考虑入口温度、环境温度、总热损失系数的参数运用，根据平板太阳能集热器的结构，规划好效率参数，而且在集热器效率分析方面，引入热迁移因子，通过效率因子计算出集热器瞬时效率数据，同时为集热器的试验提供理论的数值条件。平板太阳能集热器设计，要注重效率的分析运用，改善集热器的效率，最主要的是提高集热器的热效率水平，体现平板太阳能集热器设计的重要性，推进平板太阳能的发展。
4 结语
平板太阳能集热器的设计，是一项非常重要的工作，与平板太阳能的性能存在直接的关系。集热器的传热设计，属于关键的部分，优化好集热器的设计过程，注重效率的分析，最终确保集热器能够符合平板太阳能的设计要求。平板太阳能集热器设计中，积极落实优化措施，保证太阳能集热器设计的有效性，避免发生传热问题。
参考文献
[1]高腾.平板太阳能集热器的传热分析及设计优化[D].天津大学，2012.
[2]施燕华.平板太阳能集热器的若干关键技术研究[D].上海应用技术学院，2015.
[3]王勇.平板太阳能微通道集热器流体集热效应研究与模拟[D].济南大学，2015.
