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    平板太陽能吸熱板鍍膜技術現狀與市場分析

    平板太陽能吸熱板鍍膜技術現狀與市場分析

      早在真空管進入我國的時候,平板太陽能熱水器在國外已經應用了幾十年,但由于當時的技術和成本問題,一直沒有在我國大規模推廣。而真空管太陽能由于價格低廉、安裝方便、集熱效率高等幾大優勢,而獲得了快速發展。進入2010年以后,由于真空管太陽能行業進入了白熱化的洗牌時代,行業對于平板太陽能熱水器的呼聲開始高漲。

      近些年來,國內平板集熱器占太陽能集熱器市場份額的百分之十,真空管集熱器占百分之九十。而國外市場則是平板集熱器占百分之九十,真空管集熱器占百分之十。目前,主要品牌熱水器廠家,諸如皇明、力諾、太陽雨、桑樂、清華陽光等廠家都開始建設平板集熱器生產線,并向市場銷售。產品主要老牌平板集熱器廠家,諸如九陽、五星、嘉普通、鵬桑普、沐陽、夏博士等廠家,則進一步擴大平板集熱器市場份額。同時,越來越多的二、三線企業也開始籌劃上平板集熱器生產線。隨著平板太陽能集熱器產量和市場化的快速發展,作為平板集熱器核心技術—吸熱板鍍膜技術和裝備也得到了快速發展。

      1、吸熱板鍍膜技術類別:

      平板集熱器的吸熱涂層有三大類陽端氧化、鍍黑鉻和磁控濺射(藍膜)。陽端氧化和鍍黑鉻技術因耐候性好,成本低廉而占據了國內主流市場。國際上發達國家,尤其是歐洲國家,選擇性吸收涂層的生產主要有兩個特點:其一是采用真空鍍膜技術;其二是采用卷繞式連續鍍膜方式,所生產藍鈦膜占據百分之九十以上的平板太陽能集熱器市場,技術已經成熟。藍膜技術是未來平板涂層的主要發展方向。整板鍍膜吸熱板目前還主要是依賴進口,德國的氮氧化鈦膜層制備工藝代表著這一領域的目前高技術水平。為突破國外對藍膜技術的壟斷,近年來部分廠家也開始研發和推廣藍膜產品和裝備,并取得了較好的效果。少數企業開始掌握平板核心技術—藍鈦鍍膜技術,能夠實現條帶式、整板式或卷繞式生產,打破國外對國內平板太陽能核心技術的壟斷。國產藍膜的耐候性、外觀雖然有明顯的提升,但和國外相比仍有差距。

      2、吸熱板鍍膜廠家技術與裝備

      2.1 卷繞式真空連續鍍膜

      福建新越金屬材料科技有限公司投資約12億元,建設年產5500萬m2功能性金屬基復合帶材研發及產業化相關配套項目,該項目引進德國三條先進生產線(1條年產1350萬m2高反射鋁鏡材料生產線,1條年產150萬m2太陽能吸收材料生產線及1條年產4000萬m2鋼帶鍍銅不銹鋼及功能性金屬基帶材生產線,見圖1)。這三條生產線2012年年初開始安裝,2013年1月份正式投產。所生產吸熱板涂層太陽能熱吸收比為0.95±0.02,熱發射比為0.04。

      湖南興業公司在引進國外先進的ITO鍍膜設備基礎上,通過消化吸收先進的RolltoRoll真空鍍膜技術,進行自主研發和創新,開發出高性能的整板卷繞式藍膜生產線(見圖2),掌握了藍膜生產的核心技術。產品吸收比高達0.95±0.02,發射比低至0.06±0.02,具有優異的集熱性能;能在1m寬、0.12mm~0.4mm厚的銅/鋁基材上生產,顏色可調,除基本的藍色,還可以生產黑色、金色、棕色等涂層,年生產能力達到100萬m2。

      甘肅金川太陽能有限公司由金川集團機械制造有限公司與蘭州交通大學所屬的蘭州大成科技股份有限公司于2009年9月合資組建,是國內寬幅銅(鋁)帶材真空磁控濺射連續鍍太陽能選擇性吸收膜的規?;a企業(見圖3),主要生產太陽能選擇性吸收真空鍍膜金屬帶材、平板太陽能集熱器等系列產品,并承擔太陽能集熱水工程設計施工。所生產平板吸熱板涂層吸收比約為0.95±0.02;紅外發射比約為0.05±0.02;空氣中280℃下保持20分鐘以上。

      浙江優尼特自主創新設計制造了全自動真空鍍膜卷對卷生產線設備,每條產能100m2,成為國內產能高,規模大的太陽能高性能鍍膜生產線。從生產線產出的選擇性吸收涂層質量分析測試來看,吸收比已達0.95以上,發射比0.05以下,耐候性30年,已接近、達到國外先進水平。2012年2月8日,由沈陽金博真空工程有限公司、湖州東方汽車有限公司等企業投資1.5億元的年產200萬m2藍膜及100萬只太陽能熱水器生產線及配套設施項目,開始動工興建。

      2.2整板式真空連續鍍膜

      東泰集團于2010年斥資1.5億元制造了國際上先進的以中頻濺射鍍膜技術為核心的真空磁控濺射鍍膜生產線及配套設備,此生產線是國內自主研制的平板太陽能藍鈦鍍膜生產線。膜系結構采用:基片/附著力增強層/阻擋防擴散層/吸收層/減反射層(保護層)吸收比達百分之九十五點七,發射比百分之六。各膜層采用中頻反應濺射,大幅提高膜層致密性,涂層采用鈦、鉻、硅等耐高溫抗腐蝕材料,提高膜層耐高溫抗老化性能。山東陀瑪太陽能科技有限公司隸屬東泰集團,位于山東省德州市,擁有集平板太陽能藍鈦鍍膜吸熱板和LOW~E玻璃于一體的鍍膜線。兩家公司年產能合計約200萬m2。

      廣州粵海真空技術有限公司成立于1993年,專業從事納米功能薄膜的技術開發與生產。公司突破了太陽能藍板鍍膜的高吸收,低發射的技術瓶頸,實現產業化批量生產。產品經國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心(北京)檢測,吸收比:0.94;發射比:0.070。各項指示均達到德國同類產品的水準(2009年檢測)。

      2.3單室真空鍍膜

      藍色海洋、深圳嘉普通、江蘇夏博士、山東德州金亨等公司則采用的是單室鍍膜機制備的單張整版式或條帶式吸熱板。各廠家涂層關鍵技術指標見表1。

      2.4 非真空鍍膜

      上海哲能赫太陽能設備有限公司、擁有自主知識產權的整版電鍍黑鉻集熱板芯專利技術,板芯吸收比0.96,發射比0.07,涂層厚度0.3μm,中性鹽霧試驗時間長達72h,涂層不脫落。涂層基材為銅板或鋁板;年產能力達到200萬m2。

      深圳市海達克新能源材料有限公司采用電鍍黑鉻制作太陽能吸熱翅片,基材為銅板或鋁板,2011年10月實現整板鋁板連續電鍍黑鉻生產線試產成功,可以生產500mm~1000mm寬度的黑鉻鋁板,吸收比大于0.96;發射比為0.11±0.01。年產能力達到200萬m2。

      安徽海太科新能源科技有限公司擁有年產200萬m2黑鈦高選擇性太陽能吸熱膜、200萬m2平板太陽能真空集熱板芯的生產能力,太陽光譜吸收比(AM1.5)a=0.94±0.02,紅外發射比(80℃)ε=0.081±0.02,涂層附著力(GB1720~79)0級,耐熱性能(GB/T1735~2009)為在300℃時吸收比保持在原值的百分之九十以上。耐中性鹽霧性能(GB/1771~2007)為實測200h無裂紋、起泡、剝落及生銹,膜層厚度為0.5μm~0.8μm。年產能力達到200萬m2。

      深圳嘉普通從2011年11月得到立項,2012年12月得到大規模生產寬幅面卷繞式陽端氧化光選擇性吸收涂層制備。產品經國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心檢測,吸收比可達0.94,發射比為0.092。年產能力達到50萬m2。

      3、吸熱板性能分析

      3.1熱性能

      目前,平板集熱器吸熱板吸收比均能夠達到0.93以上,藍膜發射比低于0.06。陽端氧化和黑鉻產品發射比略高于0.06,不如藍膜,但其吸收比一般大于藍膜。因為一般平板集熱器使用在80℃以下的低溫段,且平板集熱器的熱損中發射比因素影響很小,所以,在熱性能方面,藍膜、陽端氧化和黑鉻等產品之間沒有本質的區別。

      3.2耐鹽霧性能

      平板集熱器吸熱板的鹽霧試驗所采用的標準為GB/T26974~2011《平板型太陽能集熱器吸熱體技術要求》中提出的引用標準GB/T177~1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》進行測試,判定標準為涂層、基材及焊縫應無裂紋、起泡、剝落和腐蝕。在GB/T177~1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》中僅規定了測試方法,規定了操作時間不少于24h周期,但沒有規定具體操作時間。因此,可以認為,在采用該標準時,中性鹽霧試驗操作時間不少于24h周期,即24h后,若涂層、基材及焊縫應無裂紋、起泡、剝落和腐蝕現象,可判定吸熱板耐鹽霧實驗是合格的。為了區分吸熱板耐鹽霧實驗的性能差異,可以考慮在滿足24h中性鹽霧實驗的基礎上,依據耐鹽霧實驗的時間進行1、2、3級分級,以促進產品的技術進步。

      3.3吸熱板耐鹽霧性能解決方案

      為解決平板集熱器內水蒸氣凝結和排出問題,降低生產成本,國內平板集熱器基本都設計了呼吸孔,以保證集熱器內部的水汽能夠有效排出。由于呼吸孔的存在,這也導致含有腐蝕性物質的空氣和水蒸氣也可能通過呼吸孔進入到平板集熱器內部,造成對吸熱體及涂層的腐蝕,影響平板集熱器的使用壽命。因此,通過設計,取消呼吸孔,保證集熱器能夠實現與外部空氣的完全隔絕,同時,在生產過程中消除集熱器內部的水蒸氣或其他腐蝕性氣體,則可以解決吸熱板耐鹽霧的問題,并可以保證平板吸熱板壽命滿足使用要求。

      通過對涂層結構設計,可以解決選擇性吸收涂層耐鹽霧的要求。但在實際生產過程中,應注意生產質量控制,防止因生產過程中工藝控制不到位,或基材處理不合格造成產品不合格??梢砸罁桨寮療崞鞯牟煌褂玫貐^,選擇不同結構的平板集熱器,以降低營銷成本,滿足不同市場的需求。

      4、吸熱板市場飽和度

      2011年平板集熱器銷售面積達到440萬m2。集熱器銷售面積達到560萬m2,保有量達到2258萬m2。比上一年增長百分之二十七點二。2013年1~6月份,太陽能集熱面積市場銷售總量為2590萬m2 ,銷售總額為323.5億元。真空管產品為2289.30萬m2,占比百分之八十八點三九。平板產品為300.70萬m2,占比百分之十一點六一。從太陽能熱水工程的類別來看,平板太陽能大約占到了百分之四十,真空管太陽能大約占到了百分之六十。由此推斷,2013年平板集熱器吸熱板年銷售量約為600萬m2。2011年,國外平板集熱器總安裝量約400萬m2 。

         近幾年,受經濟危機影響,安裝量未見顯著增長。據不完全統計,目前,國內主要平板集熱器吸熱板生產廠家所生產的各種吸熱板產能不低于1500萬m2。國內實際市場需求量不足產能的百分之四十。這還不包括國外主要藍膜廠家如Bluetec、TiNOX、ALANOD等對國內藍膜市場的份額,以及國內部分企業擁有少量自主生產使用吸熱板的能力。在產品知名度、性能、渠道等方面,國內的藍膜產品在國際市場尚無法與國際品牌相抗衡,國際市場有待進一步拓展。

      由此可見,國內平板集熱器吸熱板的產能已遠超過實際市場需求量,供大于求的問題十分嚴重。該問題雖然隨著市場規模的不斷擴大會有所緩解,但市場占有率也將向少數廠家集中。之后勝出者,將取決于吸熱板生產廠家的產品質量、性能、穩定性和價格等因素。

      5、小結

      1.平板集熱器吸熱板涂層技術主要有藍膜、黑鉻、陽端氧化等類別,主要生產廠家都實現了自動化、規?;a,產品質量、性能穩定。目前產能供大于求,隨著市場的擴展,會有所緩解,但競爭會更加激烈。

      2.吸熱板吸熱性能中吸收比均能達到0.93以上,藍膜發射下,發射比對熱損的影響應較小,故熱性能差異較小。

      3.吸熱板鹽霧試驗性能標準給出準確的時間,并通過質量分級促進技術進步,可通過集熱器設計解決耐鹽霧的問題。



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