按集热器的工作温度范围分类：
•
•
（1）低温集热器（100 ℃以下）
（2）中温集热器（100～250 ℃ ）
•
（3）高温集热器（250 ℃以上）
二、平板太阳集热器基本结构
一、典型平板太阳集热器的构造
平板式液体集热器 • 定义：以水或其他液态传热流体为工质的非真空隔热的非
聚光型集热器。
• 特点：太阳辐射能的吸热面积与透光面积基本相等； 与聚焦型集热器相比，结构简单； 通常固定安装，不需跟踪太阳； 成本较低，不具备聚光功能，热流密度较低。
5-4 平板集热器的热性能分析
一、简化热模型
管板式集热器
吸热板的温度分布
二、集热板管子间的温度分布和集热器的效率因子 1、集热板管子间的温度分布
管板结构集热板微元体的能量平衡关系
2、集热器效率因子
F ' W[
1/U 1
L
U L [ D (W D ) F ]

1 cb

1
D i
]
2

吸热板

(1 ) d
(1 ) d
2
2
(1 ) d
(1 ) d
2
2
集热器的透过吸收率乘积
有效透过率-吸收率乘积 ( ) e
5-3 集热器的的总热损系数
集热器总热损系数：集热器中吸热板与周围 环境的传热系数。
吸热体
Qt
透明盖板
Qe
5-8 平板型太阳能集热器的设计要点
一、吸热板的设计 几种常见的以液体为传热介质的吸热板的 F′的解析式：
1、管板式：管子在板的下面
F [ 1 WU L WU L Cb W D (W D ) F ] 1
Dih f i
2、管板式：管子在板的上面
F 1
WU 1 L Dih i D WU W f L C (W D ) F W b
聚光型集热器
集热器
非聚光型集热器
将太阳光聚集在面积较小的 吸热面上，可获得较高温度， 但只能利用直射辐射，且需 要跟踪太阳。 能够利用直射辐射和散 射辐射。
（平板集热器，真空管集热器）
按集热器是否跟踪太阳分类： • （1）跟踪集热器 • （2）非跟踪集热器 按集热器内是否有真空空间分类： • （1）平板型集热器 • （2）真空管集热器
UL F'U L

F' F R
F RU L ()U L (T p,m-T a)/I , (T f,m-T a)/I , (T f,i-T a)/I
(1) 图中三条曲线在 y 轴上的截距分别为 ( ) 、 F ( ) 及 F R ( ) ，它表示集热器的

1
1

3、管板式：管子与板结合成整体
F 1 WU L
Dih f i

1 D W (1 D W F)

1 WU L
Dih f i

W D (W D ) F
4、管式：F=0 Cb=∝
F 1 WU L
Dih fi
Qe
壳体
Qb
保温材料
集热器的热损失示意图
集热器的总热损失量QL由顶部、边缘及底部热损 失三部分组成，即：
QL Qt Qb Qe A t U t (T p T a ) A b U b (T p T a ) A e U e (T p T a ) A c U L (T p T a )
第二篇
太阳能热利用技术原理与工程应用
第四章 平板型太阳能集热器
第五章
第六章
真空管太阳能集热器
太阳能的贮存
第七章
第八章
太阳能热水系统
被动式太阳房
第九章
第十章
太阳能干燥
太阳能热动力与热发电
第四章
5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8
平板型太阳能集热器
平板型太阳能集热器概述 盖层系统的光学性质 集热器的的总热损系数 平板集热器的热性能分析 太阳能空气集热器 集热器性能的试验方法 集热器的热性能测试 平板型太阳能集热器的设计要点
可能达到的最高效率值。
（2）图中三条曲线的斜率分别为 U L 、 F U L 及 F R U L ，它表示集热器的热损失程度。斜率 越大，则集热器的热损越大；斜率越小，则集热器的热损越小。
（3）图中三条曲线在 x 轴上的截距均为
( ) U
L
，他表示此时集热器无有用能量输出。
2、平均效率 定义为
5-7 集热器的热性能测试
一、集热器的热性能测试的主要内容 (1)稳态或准稳态瞬时效率特性； (2) 集热器时间常数； (3)集热器的热容量； (4)入射角修正系数； (5)流动阻力。
二、瞬时效率测定 三、测试标准介绍
现行的国家标准有： 全玻璃真空太阳集热管，GB/T 17049-2005 平板型太阳能集热器，GB/T 6424-2007 玻璃-金属封接式热管真空太阳集热管，GB/T 19775-2005 太阳热水系统性能评定规范， GB/T 20095-2006 家用太阳热水系统技术条件，GB/T 19141-2003 真空管型太阳能集热器，GB/T 17581-2007 太阳能集热器热性能试验方法，GB/T 4271-2007 家用太阳热水系统热性能试验方法，GB/T 18708-2002 太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范，GB/T 18713-200 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范，GB 50364-2005



0

0
Qu d
Ac I d
实际太阳集热器平均效率是由测得的数值求得的。 例如欲求集热器的日均效率，将一天划为很多时间区 域，实测得的每个区间内集热器的有用能量收益和总 太阳辐射能量。最后采用求和的方法估算得集热器的 平均效率。即： Q
n u ,i

i0
A c I ,i
吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。 为了减少集热器的热损失，
可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些 材料价格较高，一时难以推广应用。
三、工作原理 • 太阳辐射透过透明盖板到达吸热板， 被吸热板上的吸热涂层吸收后，产生光热 效应，转化为热能而后通过导热、对流等 方式将热能传给集热排管和集热管中的水 或其他传热流体，供人们使用。
二、透过率与吸收率乘积
入射到集热器最外层盖板上的太阳 辐射能中被吸热体所吸收的百分率称 为集热器的透射比与吸收比的乘积 （简称透吸比的乘积），它是表征集 热器性能的主要指标之一，除了与盖 层和吸热体材料或涂层有关以外，还 取决于盖层数与直射辐射的入射方向。
透明盖板
(1 )
(1 ) d
i 1
n
5-5 太阳能空气集热器
一、空气集热器的特点和设计要点 优点：
(1)不存在冬季的结冰问题； (2)微小的漏损不致严重影响空气加热器的工作和 性能； (3)加热器承受的压力很小，可用较薄的金属板制 面； (4)不必考虑材料的防腐蚀问题； (5)经加热的空气可直接用于干燥或房屋取暖，勿 需增添中间热交换器。
2.渗透型吸热板空气集热器
多层金属网箔 蜂窝结构
渗透型吸热板空气集热器
5-6 集热器性能的试验方法
一、平板型集热器热性能
集热器的集热效率是衡量其热性能的主 要指标。 集热效率的测定有两种基本方法：瞬时 法和量热法两种。
瞬时法：

Qu Ac I m c p T f , o T f , i Ac I
量热法：
Qu Ac I mc p dT d
f

Ac I
二、平板型集热器的可靠性和耐久性试验
国家标准《平板型太阳能集热器》GB 6424—
2007涉及到有关出厂产品质量检验和例行试验方法
与检验规则等可靠性试验的内容。 出厂检验指外观检查和耐压试验。 例行试验包括热性能，空晒、淋雨、耐冻，强度 和刚度、涂层试验等内容。
尘、雨雪的侵蚀
• 材料：平板玻璃、透明塑料
• 透明盖板性能要求： ①透过率高，吸收率和反射率低 ②热辐射（长波）透过率低 ③机械强度高 ④不透雨水 ⑤性能稳定
平板式集热器的结构——集热板
• 吸热体主要有4种结构型式：
管板式
翼管式
扁盒式
蛇管式
吸热板的构造
• 集热板性能要求： ①吸收率高，热辐射率低 ②热转换效率高 ③对介质耐腐蚀性好 ④寿命长 ⑤工艺简单 ⑥价格便宜
5-1 平板型太阳能集热器概述
• 一、太阳集热器的分类
• 二、平板太阳集热器基本结构
• 三、工作原理
• 四、能量平衡基本方程
一、太阳集热器的分类 集热器是将收集的太阳辐射能转变为热能， 并将它传给工作介质（流体）的一种特殊 换热装置。
按集热器的传热工质类型分类： • （1）液体集热器 • （2）空气集热器 按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分类： • （1）聚光型集热器 • （2）非聚光型集热器
基本结构
• • • • （1）透明盖板 （2）集热板 （3）隔热层 （4）外壳
平板型集热器结构简图 1——吸热板；2——透明盖板；3——外壳； 4——隔热材料；5——吸收涂层
平板式集热器的结构——透明盖板
• 主要功能：①透射，透过太阳辐射
② 隔热，减少吸热板到环境的 热损失 ③保护，保护吸热板，使其不 直接暴露于大气中，免受灰
平板集热器
按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器；
按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及 其它非金属集热器等；