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泰安市百世缘热水器有限公司
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平板太阳能吸热板镀膜技术现状与市场分析

平板太阳能吸热板镀膜技术现状与市场分析


发布者:百世缘太阳能 发布时间:2013-10-30


 


0  前言


  早在真空管进入我国的时候,平板太阳能热水器在国外已经应用了几十年,但由于当时的技术和成本问题,一直没有在我国大规模推广。而真空管太阳能由于价格低廉、安装方便、集热效率高等几大优势,而获得了快速发展。进入2010年以后,由于真空管太阳能行业进入了白热化的洗牌时代,行业对于平板太阳能热水器的呼声开始高涨。


 


  近些年来,国内平板集热器占太阳能集热器市场份额的10%,真空管集热器占90%。而国外市场则是平板集热器占90%,真空管集热器占10%。目前,主要品牌热水器厂家,诸如皇明、力诺、太阳雨、桑乐、清华阳光等厂家都开始建设平板集热器生产线,并向市场销售。产品主要老牌平板集热器厂家,诸如九阳、五星、嘉普通、鹏桑普、沐阳、夏博士等厂家,则进一步扩大平板集热器市场份额。同时,越来越多的二、三线企业也开始筹划上平板集热器生产线。随着平板太阳能集热器产量和市场化的快速发展,作为平板集热器核心技术—吸热板镀膜技术和装备也得到了快速发展。


 


  1吸热板镀膜技术类别


 


  平板集热器的吸热涂层有三大类阳极氧化、镀黑铬和磁控溅射(蓝膜)。阳极氧化和镀黑铬技术因耐候性好,成本低廉而占据了国内主流市场。国际上发达国家,尤其是欧洲国家,选择性吸收涂层的生产主要有两个特点:其一是采用真空镀膜技术;其二是采用卷绕式连续镀膜方式,所生产蓝钛膜占据90%以上的平板太阳能集热器市场,技术已经成熟。蓝膜技术是未来平板涂层的主要发展方向。整板镀膜吸热板目前还主要是依赖进口,德国的氮氧化钛膜层制备工艺代表着这一领域的目前最高技术水平。为突破国外对蓝膜技术的垄断,近年来部分厂家也开始研发和推广蓝膜产品和装备,并取得了较好的效果。极少数企业开始掌握平板核心技术—蓝钛镀膜技术,能够实现条带式、整板式或卷绕式生产,打破国外对国内平板太阳能核心技术的垄断。国产蓝膜的耐候性、外观虽然有明显的提升,但和国外相比仍有差距。


 


  2 吸热板镀膜厂家技术与装备


 


  2.1 卷绕式真空连续镀膜


 


  福建新越金属材料科技有限公司投资约12亿元,建设年产5500万m2功能性金属基复合带材研发及产业化相关配套项目,该项目引进德国三条先进生产线(1条年产1350万m2高反射铝镜材料生产线,1条年产150万m2太阳能吸收材料生产线及1条年产4000万m2钢带镀铜不锈钢及功能性金属基带材生产线,见图1)。这三条生产线2012年年初开始安装,2013年1月份正式投产。所生产吸热板涂层太阳能热吸收比为0.95±0.02,热发射比为0.04。


 


 


 


  湖南兴业公司在引进国外先进的ITO镀膜设备基础上,通过消化吸收先进的RolltoRoll真空镀膜技术,进行自主研发和创新,开发出高性能的整板卷绕式蓝膜生产线(见图2),掌握了蓝膜生产的核心技术。产品吸收比高达0.95±0.02,发射比低至0.06±0.02,具有优异的集热性能;能在1m宽、0.12mm~0.4mm厚的铜/铝基材上生产,颜色可调,除基本的蓝色,还可以生产黑色、金色、棕色等涂层,年生产能力达到100万m2。


 


  甘肃金川太阳能有限公司由金川集团机械制造有限公司与兰州交通大学所属的兰州大成科技股份有限公司于2009年9月合资组建,是国内首家宽幅铜(铝)带材真空磁控溅射连续镀太阳能选择性吸收膜的规模化生产企业(见图3),主要生产太阳能选择性吸收真空镀膜金属带材、平板太阳能集热器等系列产品,并承担太阳能集热水工程设计施工。所生产平板吸热板涂层吸收比约为0.95±0.02;红外发射比约为0.05±0.02;空气中280℃下保持20分钟以上。


 


 


 


  浙江优尼特自主创新设计制造了全自动真空镀膜卷对卷生产线设备,每条产能100m2,成为国内产能最高,规模最大的太阳能高性能镀膜生产线。从生产线产出的选择性吸收涂层质量分析测试来看,吸收比已达0.95以上,发射比0.05以下,耐候性30年,已接近、达到国外先进水平。2012年2月8日,由沈阳金博真空工程有限公司、湖州东方汽车有限公司等企业投资1.5亿元的年产200万m2蓝膜及100万只太阳能热水器生产线及配套设施项目,开始动工兴建。


 


  2.2整板式真空连续镀膜


 


  东泰集团于2010年斥资1.5亿元制造了国际上最为先进的以中频溅射镀膜技术为核心的真空磁控溅射镀膜生产线及配套设备,此生产线是国内唯一自主研制的平板太阳能蓝钛镀膜生产线。膜系结构采用:基片/附着力增强层/阻挡防扩散层/吸收层/减反射层(保护层)吸收比达95.7%,发射比6%。各膜层采用中频反应溅射,大幅提高膜层致密性,涂层采用钛、铬、硅等耐高温抗腐蚀材料,提高膜层耐高温抗老化性能。山东陀玛太阳能科技有限公司隶属东泰集团,位于山东省德州市,拥有集平板太阳能蓝钛镀膜吸热板和LOW~E玻璃于一体的镀膜线。两家公司年产能合计约200万m2。


 


 


 


  广州粤海真空技术有限公司成立于1993年,专业从事纳米功能薄膜的技术开发与生产。公司突破了太阳能蓝板镀膜的高吸收,低发射的技术瓶颈,实现产业化批量生产。产品经国家太阳能热水器质量监督检验中心(北京)检测,吸收比:0.94;发射比:0.070。各项指示均达到德国同类产品的水准(2009年检测)。


 


  2.3单室真空镀膜


 


  蓝色海洋、深圳嘉普通、江苏夏博士、山东德州金亨等公司则采用的是单室镀膜机制备的单张整版式或条带式吸热板。各厂家涂层关键技术指标见表1。


 


 


 


  2.4 非真空镀膜


 


  上海哲能赫太阳能设备有限公司、拥有自主知识产权的整版电镀黑铬集热板芯专利技术,板芯吸收比0.96,发射比0.07,涂层厚度0.3μm,中性盐雾试验时间长达72h,涂层不脱落。涂层基材为铜板或铝板;年产能力达到200万m2。


 


  深圳市海达克新能源材料有限公司采用电镀黑铬制作太阳能吸热翅片,基材为铜板或铝板,2011年10月实现整板铝板连续电镀黑铬生产线试产成功,可以生产500mm~1000mm宽度的黑铬铝板,吸收比大于0.96;发射比为0.11±0.01。年产能力达到200万m2。


 


  安徽海太科新能源科技有限公司拥有年产200万m2黑钛高选择性太阳能吸热膜、200万m2平板太阳能高效率真空集热板芯的生产能力,太阳光谱吸收比(AM1.5)a=0.94±0.02,红外发射比(80℃)ε=0.081±0.02,涂层附着力(GB1720~79)0级,耐热性能(GB/T1735~2009)为在300℃时吸收比保持在原值的90%以上。耐中性盐雾性能(GB/1771~2007)为实测200h无裂纹、起泡、剥落及生锈,膜层厚度为0.5μm~0.8μm。年产能力达到200万m2。


 


  深圳嘉普通从2011年11月得到立项,2012年12月得到大规模生产宽幅面卷绕式阳极氧化光选择性吸收涂层制备。产品经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测,吸收比可达0.94,发射比为0.092。年产能力达到50万m2。


 


  3吸热板性能分析


 


  3.1热性能


 


  目前,平板集热器吸热板吸收比均能够达到0.93以上,蓝膜发射比低于0.06。阳极氧化和黑铬产品发射比略高于0.06,不如蓝膜,但其吸收比一般大于蓝膜。因为一般平板集热器使用在80℃以下的低温段,且平板集热器的热损中发射比因素影响很小,所以,在热性能方面,蓝膜、阳极氧化和黑铬等产品之间没有本质的区别。


 


  3.2耐盐雾性能


 


  平板集热器吸热板的盐雾试验所采用的标准为GB/T26974~2011《平板型太阳能集热器吸热体技术要求》中提出的引用标准GB/T177~1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行测试,判定标准为涂层、基材及焊缝应无裂纹、起泡、剥落和腐蚀。在GB/T177~1991《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》中仅规定了测试方法,规定了操作时间不少于24h周期,但没有规定具体操作时间。因此,可以认为,在采用该标准时,中性盐雾试验操作时间不少于24h周期,即24h后,若涂层、基材及焊缝应无裂纹、起泡、剥落和腐蚀现象,可判定吸热板耐盐雾实验是合格的。为了区分吸热板耐盐雾实验的性能差异,可以考虑在满足24h中性盐雾实验的基础上,依据耐盐雾实验的时间进行1、2、3级分级,以促进产品的技术进步。


 


  3.3吸热板耐盐雾性能解决方案


 


  为解决平板集热器内水蒸气凝结和排出问题,降低生产成本,国内平板集热器基本都设计了呼吸孔,以保证集热器内部的水汽能够有效排出。由于呼吸孔的存在,这也导致含有腐蚀性物质的空气和水蒸气也可能通过呼吸孔进入到平板集热器内部,造成对吸热体及涂层的腐蚀,影响平板集热器的使用寿命。因此,通过设计,取消呼吸孔,保证集热器能够实现与外部空气的完全隔绝,同时,在生产过程中消除集热器内部的水蒸气或其他腐蚀性气体,则可以解决吸热板耐盐雾的问题,并可以保证平板吸热板寿命满足使用要求。


 


  通过对涂层结构设计,可以解决选择性吸收涂层耐盐雾的要求。但在实际生产过程中,应注意生产质量控制,防止因生产过程中工艺控制不到位,或基材处理不合格造成产品不合格。可以依据平板集热器的不同使用地区,选择不同结构的平板集热器,以降低营销成本,满足不同市场的需求。


 


  4吸热板市场饱和度


 


  2011年平板集热器销售面积达到440万m2。集热器销售面积达到560万m2,保有量达到2258万m2。比上一年增长27.2%。2013年1~6月份,太阳能集热面积市场销售总量为2590万m2 ,销售总额为323.5亿元。真空管产品为2289.30万m2,占比88.39%。平板产品为300.70万m2,占比11.61%。从太阳能热水工程的类别来看,平板太阳能大约占到了40%,真空管太阳能大约占到了60%。由此推断,2013年平板集热器吸热板年销售量约为600万m2。2011年,国外平板集热器总安装量约400万m2 。


 


     近几年,受经济危机影响,安装量未见显著增长。据不完全统计,目前,国内主要平板集热器吸热板生产厂家所生产的各种吸热板产能不低于1500万m2。国内实际市场需求量不足产能的40%。这还不包括国外主要蓝膜厂家如Bluetec、TiNOX、ALANOD等对国内高端蓝膜市场的份额,以及国内部分企业拥有少量自主生产使用吸热板的能力。在产品知名度、性能、渠道等方面,国内的蓝膜产品在国际市场尚无法与国际品牌相抗衡,国际市场有待进一步拓展。


 


  由此可见,国内平板集热器吸热板的产能已远超过实际市场需求量,供大于求的问题十分严重。该问题虽然随着市场规模的不断扩大会有所缓解,但市场占有率也将向极少数厂家集中。最后胜出者,将取决于吸热板生产厂家的产品质量、性能、稳定性和价格等因素。


 


  5小结


 


  1.平板集热器吸热板涂层技术主要有蓝膜、黑铬、阳极氧化等类别,主要生产厂家都实现了自动化、规模化生产,产品质量、性能稳定。目前产能供大于求,随着市场的扩展,会有所缓解,但竞争会更加激烈。


 


  2.吸热板吸热性能中吸收比均能达到0.93以上,蓝膜发射下,发射比对热损的影响应较小,故热性能差异较小。


 


  3.吸热板盐雾试验性能标准给出准确的时间,并通过质量分级促进技术进步,可通过集热器设计解决耐盐雾的问题。