平板太陽能或迎新機遇

平板太陽能熱水器是最早進入中國
的太陽能熱利用產(chǎn)品。受制于成本和早期平板不能抗凍的影響，平板太陽能熱水器逐漸被真空管式太陽能熱水器所取代，成為中國市場上的邊緣產(chǎn)品。近年來，隨著市場需求的變化，在建筑一體化趨勢下，平板式集熱器承壓運行和便于實現(xiàn)一體化等優(yōu)點得以充分發(fā)揮。在政策引導和技術進步的背景下，平板太陽能熱水器或將迎來新的發(fā)展機遇。

太陽能熱水器的新機遇

推進生態(tài)文明建設是中國今后幾年經(jīng)濟社會發(fā)展的基本目標之一，可再生能源利用作為生態(tài)文明建設的重要措施，得到各級政府部門的積極推進。太陽能熱利用技術是目前實際應用最多、并在經(jīng)濟性上能與常規(guī)能源相競爭的可再生能源利用技術。2013年5月10日，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《工業(yè)和信息化部關于促進太陽能熱水器行業(yè)健康發(fā)展的指導意見》，提出通過加強太陽能熱水器在城鎮(zhèn)市場的推廣應用，優(yōu)先推廣高效太陽能熱水器;到2015年，太陽能熱水器在整個熱水器行業(yè)(包括電熱水器、燃氣熱水器、太陽能熱水器)的比重超過40%，能效2級以上產(chǎn)品的市場占有率達到50%。

太陽能熱利用是可再生能源利用的重要領域，中國太陽能熱利用最成熟的產(chǎn)品是太陽能熱水器。近幾年，太陽能熱水器行業(yè)快速增長。據(jù)統(tǒng)計，2012年，太陽能熱水器產(chǎn)量約為4968萬平方米(約合2484萬臺)，實現(xiàn)銷售收入400多億元，提供就業(yè)機會30多萬個。以2012年全國太陽能熱水器保有量為2億平方米測算，每年可節(jié)能3000萬噸標準煤，減少二氧化碳排放7470萬噸，具有良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

中國太陽能熱水器行業(yè)已經(jīng)形成機械裝備、原材料加工、太陽能集熱管、集熱器等核心零配件以及熱水器整機裝配、生產(chǎn)、市場營銷、安裝服務等相互配套的產(chǎn)業(yè)鏈，并形成以重點區(qū)域為中心的太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)集群，涌現(xiàn)出多家品牌企業(yè)。

平板太陽能熱水器重煥生機

平板太陽能集熱器是最早出現(xiàn)的太陽能集熱裝置，盡管早在17世紀后期已被發(fā)明，但是直至20世紀60年代才真正進入實際應用。在中國太陽能熱利用技術發(fā)展過程中，平板式太陽能集熱器是最早得到應用的產(chǎn)品，曾一度占據(jù)中國太陽能熱水器市場統(tǒng)治地位。但是，由于初期產(chǎn)品技術和結構的缺陷，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，而平板太陽能集熱器的生產(chǎn)成本卻沒有明顯下降。同時，在全玻璃真空管太陽能熱水器生產(chǎn)廠及商家的宣傳推動下，平板太陽能熱水器受到巨大沖擊，市場份額一度下降為10%左右。

隨著平板集熱器制造技術的進步和節(jié)能減排要求的提高，中國平板太陽能熱水器的產(chǎn)量從2004年開始逐漸回升。由于統(tǒng)計口徑不同，目前國內市場平板太陽能熱水器的市場份額數(shù)據(jù)差異較大，較為保守的估計為12%左右，樂觀的估計約為35%，一般認為以25%作為分析的基礎數(shù)據(jù)較為恰當。

全玻璃真空管太陽能熱水器使用中逐漸暴露出的問題，讓人們重新把眼光轉向平板太陽能熱水器。自2009年起，中國太陽能熱水器市場在政策驅動下快速發(fā)展。按照中國太陽能熱利用行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，近幾年，太陽能熱水器行業(yè)年產(chǎn)銷量平均增長幅度超過30%，除了農(nóng)村市場銷量保持增長，支撐行業(yè)高速發(fā)展的主要動力還來自城鎮(zhèn)住宅用戶和工程應用領域需求量的迅速增長。在城鎮(zhèn)市場，平板太陽能熱水器具有明顯的應用優(yōu)勢，這令平板太陽能熱水器的市場規(guī)模在近三年以年均50%左右的速度增長。目前，歐美及日本市場平板太陽能熱水器的份額約為90%，這一局面已經(jīng)維持多年，估計今后幾年也不會有太大變化。

平板太陽能集熱器的優(yōu)點是安全性好、易于與建筑物一體化安裝。同時，平板式太陽能集熱器具有較強的耐壓能力，適用于承壓系統(tǒng)。在城鎮(zhèn)住宅用戶和工程應用領域，承壓系統(tǒng)的優(yōu)勢顯而易見。同時，平板太陽能集熱器的各項技術已達到較高水平，產(chǎn)品性能大幅提高，市場競爭力顯著增強。以往，平板式太陽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)有技術水平下，當集熱器內的水溫低于50℃時，平板型集熱器的瞬時熱效率大于真空管集熱器。平板太陽能集熱器的平均日效率為48%~58%，全玻璃真空管太陽能熱水器的平均日效率為45%~55%。在相同條件下，平板太陽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能熱水器能夠提供更多的熱水。中國平板太陽能熱水器將再次進入快速發(fā)展時期。

太陽能熱水裝置集成應用

為了獲得穩(wěn)定的熱水供應，太陽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，采用其他輔助熱源的太陽能熱水系統(tǒng)的開發(fā)成為行業(yè)技術發(fā)展的熱點課題，采用空氣源熱泵或燃氣加熱裝置的方案較為常見。國內外企業(yè)對太陽能熱水器、空氣源熱泵熱水器以及燃氣熱水器之間的兩兩組合和三單元組合系統(tǒng)，進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)境空氣作為低溫熱源，通過蒸汽壓縮式熱泵循環(huán)將來自低溫熱源的熱能溫度升高到可以利用的溫度。與電熱元件相比，在額定運行條件下，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，太陽能—空氣源熱泵組合系統(tǒng)的電費支出僅為前者的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，僅需通風良好。

空氣源熱泵的運行性能主要受蒸發(fā)器進風溫度的影響，日照條件對熱泵的供熱能力沒有影響。在進風溫度較低時，熱泵的制熱能力和熱力效率會明顯下降。因此，標準型空氣源熱泵一般只適宜在進風溫度≥-7℃的條件下運行。此外，作為輔助熱源，空氣源熱泵的制造成本較高。

燃氣熱水器的熱輸出能力不受日照和氣象條件影響，由于熱輸出功率較大，能夠快速響應熱負荷變化。在多數(shù)情況下，即使太陽能熱水器無法運行，作為輔助熱源的燃氣熱水器仍可以快速輸出熱水，而且系統(tǒng)造價低廉。但是，燃氣熱水器的運行費用較高，燃氣的燃燒產(chǎn)物會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染，煙氣中的CO等物質具有較強的危險性，需要嚴格控制濃度。此外，燃氣泄漏可能導致火災等事故。

現(xiàn)有的空氣源熱泵或燃氣熱水器通常是按照單獨使用的要求設計的。當這些熱源裝置作為系統(tǒng)單元組合運行或者與太陽能熱水器組合運行時，可能會產(chǎn)生以下新的問題：

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

——某個單元發(fā)生故障時，故障的影響可能通過相互之間的接口傳遞，使影響擴大;

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

——熱源裝置組合之后，可能導致某些運行條件與單獨使用時有較大差異，進而使得相應的熱源裝置處于非正常運行狀態(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題，過高的配置可能影響系統(tǒng)的經(jīng)濟性，而過低的配置則可能導致熱水供應能力無法達到預期使用要求。

采用空氣源熱泵或燃氣加熱裝置作為太陽能輔助熱源，可以對太陽能熱水器的技術經(jīng)濟性產(chǎn)生顯著影響。然而，當一些按獨立運行要求設計的熱源裝置組合運行時，這些裝置相互之間的影響可能是不良的，必須認真處理。為了提高系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性、安全性和可靠性，諸如降低太陽能保證率、超溫限制、減少燃氣加熱裝置最小溫差以及應對燃氣泄漏的安全設計等措施在系統(tǒng)設計和安裝過程中需要得到妥善考慮。