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玻璃護(hù)罩型太陽能集熱器,一般又可分為平板型太陽能集熱器和真空管式集熱器兩種。這兩種太陽能集熱器裝置的外部結(jié)構(gòu)所用的蓋板及罩管大多采用玻璃材料制成。
平板型太陽能集熱器主要由集熱器的吸熱板、平板玻璃蓋板、隔熱保溫層、加熱介質(zhì)管及外殼框架等五大部分組成。其中平板玻璃蓋板尤為重要,多為經(jīng)加工的強(qiáng)化玻璃(鋼化玻璃),具有耐風(fēng)壓、耐積雪、提高性能以防污染和防止日照引起熱裂損等作用。通常使用的平板玻璃蓋板厚度為3.2毫米;面積一般為90厘米×180厘米平,均光透過率為85%。另外,15%為反射(約8%)和吸收損失。全部上為加大光透過率,正研制開發(fā)使用鐵含量低的玻璃(Fe2O3為0.01%~0.05%)和經(jīng)化學(xué)腐蝕處理的玻璃,使其平均光透過率由85%提高到91%。
真空管式集熱器主要由外管、集熱板、加熱介質(zhì)內(nèi)管等三大部分組成,這種真空式集熱器中使用的平均光透過率高達(dá)91%的鈉鈣玻璃管,厚度為2.0毫米,外徑為8~10厘米,長270厘米。真空式集熱器的玻璃管和金屬部件直接封接或通過熔塊過渡進(jìn)行間接封接。為使集熱板在高真空內(nèi)保持長時間,玻璃管大多采用膨脹系數(shù)為98×10-7/℃的鈉鈣玻璃(熒光燈管玻璃)與釬焊銅管的金屬(#426合金)部件封接。
太陽能集熱器使用玻璃材料不僅可大量降低成本,而且熱穩(wěn)定性等良好,平板式集熱器中集熱板空燒溫度達(dá)160℃~180℃,真空玻璃管式集熱器空燒溫度高達(dá)230℃~270℃,管式的沒有對流和熱傳導(dǎo)引起的熱損失,真空絕熱效果比平板式更為顯著。但通過對比及計算,相同集熱面積的集熱器的成本,平板式和真空式之間幾乎一樣。其主要原因是采用了不可缺少的玻璃材料,太陽能集熱器制造商們十分注重集熱器配套用玻璃的選擇,尤其是從不同厚度及不同性能(低鐵玻璃)的選擇玻璃尤為重要。
玻璃制造商已熟練地對2~3毫米薄玻璃進(jìn)行物理或化學(xué)鋼化處理,不僅光透過率仍保持較高值,而且使玻璃的強(qiáng)度提高為普通平板玻璃的3~4倍。薄玻璃經(jīng)過鋼化處理后,在太陽能利用中以薄代厚并達(dá)到相對降低玻璃鐵含量,提高光透過率及減輕太陽能集熱器的自重及成本,不僅切實可行,而且效果明顯。為了減少玻璃表面光反射率,玻璃制造商們通過物化處理方法,對玻璃表面進(jìn)行一些減反射工藝處理,可制成“減反射玻璃”,其措施主要是在玻璃表面涂布一層薄膜層,可行之有效地減少玻璃的反射率。此薄膜層又稱之為減反射涂層。這種在玻璃表面制備的減發(fā)射層,可采用真空沉積法、浸蝕法和高溫?zé)Y(jié)法等工藝得以實現(xiàn)。據(jù)悉,玻璃制造商們選用浸蝕法工藝為多。該工藝是指浸涂硅酸鈉與化學(xué)處理相結(jié)合制備減反射玻璃,作太陽能集熱器蓋板用,既經(jīng)濟(jì)又簡便,其工藝流程大致如下:玻璃原片→洗滌→干燥→浸入硅酸鈉溶液→提取玻璃→低溫烘干(或自然風(fēng)干)→二次化學(xué)處理→提取并烘干→檢驗(透光率、反射率及膜厚)→包裝→出廠該工藝方法可使玻璃透光率比原先提高4%~5%;如3毫米光透過率由原來80%提高到85%,折射率較高的白質(zhì)玻璃(含鐵量較低),光透過率可從原來86%提高到91%。這種涂層與玻璃能夠牢固地結(jié)合,其耐磨性經(jīng)測試表明十分良好。另據(jù)報道,美國發(fā)明的一種合成玻璃新工藝,用配置的金屬氧化物組成的膠狀物涂布于玻璃表面,作為玻璃的減反射層。這種被稱之為薄膜玻璃保護(hù)層還可用來涂布到太陽能裝置上面,形成了一層特殊的保護(hù)層作用。
日本、美國等玻璃工業(yè)發(fā)達(dá)國家對這種減反射玻璃,不僅大量應(yīng)用做太陽能集熱器的蓋板玻璃,而且廣泛用作太陽能電池的制造配套用玻璃材料之一。
日本采用浸蝕法(氟硅酸產(chǎn)生的化學(xué)法使玻璃反射率降到2%,效果較好)玻璃光透過率可提高到90%以上,并制成3毫米厚尺寸為1000毫米×2000毫米的半鋼化玻璃做太陽能集熱器的玻璃蓋板,上市后受到太陽能制造商的歡迎。
目前歐美國家用于集熱器的玻璃其含鐵量為0.01%,當(dāng)玻璃厚度為3毫米時,光透過率可高達(dá)90%以上。據(jù)報道,在美國的皮爾金頓LOF公司已向北美市場投放其生產(chǎn)的低鐵浮法玻璃。產(chǎn)品已廣泛用于顯示器面板、光電模板、儀表蒙面玻璃、太陽能玻璃及影視快窗玻璃、高等商店櫥窗等,其玻璃厚度為2~12毫米。該低鐵浮法玻璃在歐洲市場上十分走俏,尤其是用于太陽能裝置的配套材料,更為搶手。
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