太阳能光热现状及发展趋势

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对太阳能光热技术现状及发展趋势的一点看法

太阳能光热技术自上世纪70年代在我国开始起步,已经走过了40年的发展历程,中间起起落落,一路颠簸。

一、目前的现状总结为以下几点

一是技术、产品单一,真空管一统天下,真空管以运输方便、安装简单、良好的抗冻性能和价格低廉等优势迅速占据了主导地位。目前无论是户用太阳能热水器还是集中供热的太阳能热水系统,均以真空管为主。云南有少数几家太阳能企业一直主推平板集热器,今年初寒潮来袭后大部分冻坏(现行的平板集热器不具备抗冻性能)。于是这些企业已转向使用真空管;

二是户用太阳能热水器销售大幅度萎缩,随着家电下乡补贴政策的结束,农村太阳能热水器的安装热潮已经褪去。在城市,高层建筑的大规模兴起,也使得太阳能热水系统的安装进入了一个复杂的行业洗牌阶段。一方面,太阳能行业没有准备,缺乏合适的产品和技术专门应用于高层建筑,在国际上也是空白。另一方面,政府也缺乏统一的技术标准,以至在政策方面摇摆不定,几年前规定的12层以下建筑必须安装太阳能热水系统,在全国大多数地区都在实施。但现在高层建筑普遍超过12层,所以有些地方又相继出台了新政策,如济南市出台的35层以下高层建筑必须安装太阳能热水器。海南省出台的100米以下高层建筑必须安装太阳能热水器等。但实施几年又停了,如海南今年初又发文停止实施该政策。

三是太阳能光热技术的应用正在向工农业等其它领域拓展,随着全社会对节能减排的要求不断升级,以及近年来经济下滑,企业进一步追求降低生产成本,节能降耗,也开始把目光转向太阳能技术。

二、发展趋势

1、必须适应和满足高层建筑的发展需要

现有真空管为主的系统不适合高层建筑,真空管虽然有很多优点,但同时也有容易破碎、固定困难,集热面积小(管与管之间必须留有一定的空隙,占用了集热面积),不承压等固有的缺陷。如果应用于高层建筑,安全性和可靠性得不到保障,热效率也不高,高层建筑上需要牢固、安全的产品,同时由于安装面积较小,需要有高的热效率。

下面分析一下高层建筑安装太阳能热水系统的问题。

高层建筑安装太阳能热水系统主要分屋顶安装和阳台壁挂两种形式,以下是屋顶安装的情况:

高层建筑还是有一定的屋顶面积的,一般情况下,采用现有技术和产品,可以满足6~10层住户的热水需求。如果采用先进技术,热效率提高30%以上,至少可满足16层以上住户的需求。

其实高层建筑屋顶安装方式是个很好的选项,因为屋顶没有遮挡物,日照时间充足。但对系统要求较高。从上面几个案例可以看到,除广东外,其他地方几乎采用的都是真空管集热器,有安全隐患,面积损失和效率不高的问题。

阳台壁挂型:

因为壁挂型产品涉及到安全、承压等技术要求,所以采用平板集热器的居多。不少厂家都在开发壁挂式平板集热器,但其产品普遍存在笨重,安装麻烦,热效率低的问题。

阳台或者墙面日照时间短,有的只有1~2小时的日照,太阳能基本起不到作用。

行业对策:

一是必须发展新型的平板集热器,平板集热器具有启动快速,循环充分,热效率高,承压性好,结构强度高,安全可靠等优点。与真空管相比,只是在抗冻性能和热损方面逊色一些。但如果采取二次循环,优化保温材料和密封性能等措施,就可以与真空管比肩。目前在发达国家90%以上的太阳能用户使用平板集热器。我国的平板集热器从上世纪80年代发展至今几乎没有什么大的改进,和国外的产品相比较,我国产品追求低成本,结构设计比较单一,采用一次循环,不抗冻,不承压。直到高层建筑阳台壁挂集热器的出现,局面才有所改变,目前,阳台壁挂平板集热器是平板集热器中的佼佼者。该产品采用分体承压设计,新型密封边框和新型保温材料等技术,使性能得到大幅度提升。但由于基本的设计思路,结构材料选型和工艺技术等还停留在老的套路里,没有创造性的突破。因而该产品也同时带来了笨重,有效面积小,生产、安装成本高等弊端

如果能开发出一种结构原理新颖,轻质高强度,高效率,抗冻,低成本的平板集热器。则能完全满足高层建筑应用的需求。

二是必须出台统一的政策,对高层建筑太阳能产品的标准、要求有严格的规定,对高层建筑的结构设计和给排水设计重新做出规范,要力求实现太阳能建筑一体化。我参加过几次太阳能协会、建设厅、科技厅等部门组织的会议,多次讨论过这些问题,其实不是政府不愿意出台相关的政策,而实在是因为受目前产品和技术水平的限制,政府缺乏制定政策的强有力的依据。

2、必须适应和满足其它行业节能减排的需求

近几年,各行业对节能减排的需求越来越强劲,太阳能光热技术已经不只是应用于生活热水,而是正在向其它领域快速的渗透。从2011年开始,云南省发改委、云南省科技厅单列了一系列科技计划项目,由云南师范大学太阳能研究所作为技术承担单位,我公司作为设计一方和施工建设单位,全程参与了这些项目,今年还有3个项目在实施过程中,下面对其中主要项目作一个介绍,其中也有一些项目是企业自发的或者是其它部门的计划项目。

A.太阳能温室增温技术

楚雄州农科所水稻育种温室增温项目(农业部计划项目),我公司设计安装。

楚梗1号优良品种,是农业部重点支持项目,该品种每改良一代需要连续种植15季,按照楚雄气候,每年只能种1季,就需要15年;如果采用温室大棚,每年可以种2季,需要8年;如果将温室大棚的土壤增温(吴老师提出的方案)5℃~10℃,能否实现一年3季?经过连续3年实验,结果大获成功,目前该所已经开始大面积推广。

利用农科所办公楼屋顶,安装2700支真空管,每天产60℃~70℃热水25吨,通过热水循环系统,对温室土壤连续加热,使其温度比其它温室长年高10℃~12℃,实现在楚雄市每年种3季水稻。

去年,一个晴朗的白天,因为一次偶然停电,屋顶2支真空管因水温过高变成蒸汽压力增高炸碎,碎玻璃和高温水从空中洒落下来,幸亏是午休时间没有伤到人。事后,我们紧急在屋顶四周加装了不锈钢防护网。但此事说明了真空管集热器的安全性先天不足,应用于高空屋顶有一定安全隐患。