平板太陽能熱水器是最早進(jìn)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(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，平板太陽能熱水器或?qū)⒂瓉硇碌陌l(fā)展機(jī)遇。

太陽能熱水器的新機(jī)遇

推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)是中國今后幾年經(jīng)濟(jì)社會發(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，得到各級政府部門的積極推進(jìn)。太陽能熱利用技術(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)能源相競爭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)太陽能熱水器行業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出通過加強(qiáng)太陽能熱水器在城鎮(zhèn)市場的推廣應(yīng)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?xì)鉄崴?、太陽能熱水?的比重超過40%，能效2級以上產(chǎn)品的市場占有率達(dá)到50%。

太陽能熱利用是可再生能源利用的重要領(lǐng)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(jì)，2012年，太陽能熱水器產(chǎn)量約為4968萬平方米(約合2484萬臺)，實(shí)現(xiàn)銷售收入400多億元，提供就業(yè)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放7470萬噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)裝配、生產(chǎn)、市場營銷、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柲軣崴鳟a(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?zé)ㄉ鷻C(jī)

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(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。在中國太陽能熱利用技術(shù)發(fā)展過程中，平板式太陽能集熱器是最早得到應(yīng)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(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(shù)的進(jìn)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(jì)口徑不同，目前國內(nèi)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(jì)為12%左右，樂觀的估計(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)。

全玻璃真空管太陽能熱水器使用中逐漸暴露出的問題，讓人們重新把眼光轉(zhuǎn)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(qū)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(jì)，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(yīng)用領(lǐng)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(yīng)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(jì)今后幾年也不會有太大變化。

平板太陽能集熱器的優(yōu)點(diǎn)是安全性好、易于與建筑物一體化安裝。同時，平板式太陽能集熱器具有較強(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)勢顯而易見。同時，平板太陽能集熱器的各項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到較高水平，產(chǎn)品性能大幅提高，市場競爭力顯著增強(qiáng)。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(shù)水平下，當(dāng)集熱器內(nèi)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(jìn)入快速發(fā)展時期。

太陽能熱水裝置集成應(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(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。國內(nèi)外企業(yè)對太陽能熱水器、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^蒸汽壓縮式熱泵循環(huán)將來自低溫?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，日照條件對熱泵的供熱能力沒有影響。在進(jìn)風(fēng)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(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，即使太陽能熱水器無法運(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)行或者與太陽能熱水器組合運(yùn)行時，可能會產(chǎn)生以下新的問題：

——不同單元間的運(yùn)行參數(shù)不同，盡管某個單元處于正常狀態(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(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題，過高的配置可能影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，而過低的配置則可能導(dǎo)致熱水供應(yīng)能力無法達(dá)到預(yù)期使用要求。

采用空氣源熱泵或燃?xì)饧訜嵫b置作為太陽能輔助熱源，可以對太陽能熱水器的技術(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，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)和安裝過程中需要得到妥善考慮。