太阳能集热系统的设计包括：太阳能集热器产品选型，太阳能集热器产品的效率计算、太阳能集热器面积的计算、太阳能集热器(及基础)平面布置设计等。

一、太阳能主要集热器产品介绍

现在，我国太阳热水系统中主要使用平板型太阳能集热器，全玻璃真空管太阳能集热器、热管真空管太阳能集热器三种类型。

1.平板太阳能集热器。

(1)结构及性能参数。

平板集热器主要由板芯、边框、玻璃盖板和背板等组成，各部分的材质及性能如图1和表1所示。

(2)产品特点及应用

平板型太阳能集热器和其他太阳能集热器相比具有三大特点：适合与建筑相结合，适合于做成承压系统；单位集热面积大，得热量高，全年同等单位面积产水量要高于其他类型太阳集热器。

由平板型太阳能集热器构成的太阳能热水系统，是最早使用且至今仍在广泛使用，并获得普遍好评的太阳能热水系统形式。平板型太阳集热器具有集热效率高，使用寿命长，承压能力好，耐候性好，水质清洁，平整美观等特点。平板型太阳集热器是使用最早且至目前仍在使用，被广泛应用并获得好评的太阳集热器形式。但平板型太阳能集热器是由铜铝等金属制造，冬季使用时有可能集热器内的水会结冰而使吸热板胀裂，因而容易被冻坏，过去常被用作三季太阳热水系统中使用。随着人们对太阳能产品使用要求的提高，同时考虑到平板型太阳能的优越性能和经久耐用的特点，尤其是对使用者投资来说，具有投入较低的费用而得到较大的产出热量的性能，与安装其他太阳能热水系统相比较可以节约大量的资金，有较好的经济性价比。

2.全玻璃真空管太阳能集热器

(1)单管结构

全玻璃真空集热管是由内玻璃管、外玻璃管、选择性吸收涂层、弹簧支架、消气剂等部件组成，形状如一只细长的暖水瓶胆。

全玻璃集热管采用一端开口，将內玻璃管和外玻璃管的一端管口进行环状熔封；另一端都密闭成半球形圆头，内玻璃管用弹簧支架支撑，而且可以自由伸缩，以缓冲它热胀冷缩引起的应力；内玻璃管和外玻璃管之间的夹层抽成高真空。弹簧支架上装有消气剂，在蒸散以后用于吸收真空集热管运行时产生的气体，保持管内真空度。目前我国已商品化生产的全玻璃真空集热管主要有外径Φ7mm、内径Φ37mm和外径Φ58mm、内径Φ47mm，长度为1500、1800m两种规格。玻璃真空管的内管外壁上镀有选择性吸收膜，外管为透哪破璃。其内管装满水，当接受太阳光照射时，管内的水由于密度差的变化，热水往上走、冷水向下去，从而形成循环换热。

(2)单管工作原理

白天在太阳照射下，太阳光透过集热管罩管后，全玻璃管的内管表面吸收涂层吸收转化成热能，并通过内管中的流体循环，最终将贮水箱中水加热。玻璃真空管太阳能集热器由于其采用了真空技术，可以使该产品一年四季都能够使用，解决了太阳能产品过冬抗冻的问题，也使太阳能产品在冬季的效率提高了许多：而且由于全玻璃直空集热管玻璃易得、工艺可靠、结构简单、成本较低，应用前景广泛。目前用该种产品制成的热水器已占我国太阳能热水器生产总量的80%以上。

(3)模块结构特点。

全玻璃真空管太阳能集热器其价格比较便宜官，且是真空技术与太阳能技术相结合的产物，在环境温度较冷的条件下也有较高的效率，因此它成为当今市场比较流行的太阳能集器产品之一，全玻璃真空管太阳能集热器主要由联箱、56支玻璃真空集热管、集热器支架、底托架、托碗等组成。全玻璃真空管太阳能集热器的联箱内胆一般采用优质SUs304不锈钢制作，厚度为0.5mm；联箱外壳采用SUS30不锈钢，厚度为0.3mm；内胆与外壳之间用厚度为50mm的聚氨酯发泡层填充。

全玻璃真空管集热器，采用的玻璃真空管集热器彩管面为圆柱形，真空玻璃集热管可采取横插式或竖向插入式放置。横插式对不同角度的太阳入射光都能保证由最大的采光面积。这样的条件也可以使集热器能够实现小角度安装，达到更好地利用建筑面积的作用。集热内实现的是热虹吸自然换热过程，将较热的水源不断地送入集热盒中。

3.热管式真空管集热器

(1)单管工作原理。

热管式真空管是我国开发成功的种金属吸热体真空管，于20世纪90年代中期投人市场，热管式真空管合应用了真空技术，热管技术，玻璃金属封接技术和磁控溅射涂层技术，不仅使用太阳能集热器能够全年运行，而且提高了工作温度、承压能力和系统可靠性，使太阳能热利用进入中高温领域。

热管式真空管的外形尺寸为Φ100mmx200mm，它主要由热管冷凝端、铜铝复合吸热片、热管蒸发段、外层玻璃管、金属端盖和消气剂等部件组成。

太阳光透过玻璃管，照射在吸热板上，高吸收率的太阳择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能，吸热板吸收的热量迅速将热管内少量工质汽化，为保证汽化的工质迅速上升到冷凝端，真空管工作时与地面的倾角应大于15°，被汽化的工质上升到热管冷凝端向被加热的工质(水或空气)放出汽化潜热后，冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端，利用热管内少量工质的汽液相变循环过程，连续地将吸收的太阳辐射能传递到冷凝端加热工质。

作为高效传热元件的热管由蒸发段和冷凝段两部分组成。蒸发段与吸热板紧密连接。吸热板表面磁控溅射AL-NAl选择性吸收涂层，吸收比大于0.93，发射率小于0.08。先进的热压封技术应用于玻璃金属之间的封接。玻璃管采用硼硅玻璃，透射率大于0.90。每支热管真空管的冷凝端通过导热块的导热，将热量传递给集管，被加热的工质(或水)经过集管时，将热量带走。在这个工作过程中，真空管的冷凝端与导热块是刚性连接。被加热工质不流经真空管，因此真空管的安装十分简便，而且管子不与介质发生干扰，即便真空管发生损坏，太阳能集热器的工作并不因此而中断。保温盒内填充了保温材料，有效地控制了运行过程中的热量损失。

(2)模块工作原理

热管式真空管集热器由真空管、集管和保温盒等部件组成。热管式真空管内不走水，加热系统与循环系统独立分隔，整个系统全部为金属连接，运行稳定可靠。每攴热管真空管的冷凝端为铝制导热块，可以迅速将热量传递给集管，被加热的工质(水)经过集管时，温度升高。在工作过程中，真空管的冷凝端与导热块是良好导热。被加热工质不流经真空管，无炸管、工质外无危险，集热管不与介质发生干扰，即便真空管损坏，也不影响系统正常运行。保温盒内填充的保温材料，可以有效地控制了运行过程中的热量损失。

(3)系统工作原理

热管真空管集热器吸收太阳辐射能转化为热能，热量不断被集热器吸收，由循环泵将贮水箱中低温水输入集热器，水被加热后再回到贮水箱，不断循环，累积加热，使水箱中的水达到使用的温度，循环泵的工作由温差控制仪控制其运行，当集热器与储热水箱温度差运到设定值时，循环泵工作;当温度差达不到设定值时，循环泵不工作。

热管式真空管与集管之间采用“干性连接”的方法，即热管冷凝段通过特殊的结构与集管连接，真空管与集管内的液体是不相通的。当太阳辐射能使热管工质受热后汽化，工质蒸汽在冷凝段凝结，从而加热集管内的液体。其结果是，许多根真空管连续不断地将太阳辐射能转换成热能，并传递给集管内的液体，使集管内液体的温度逐步升高，并储存到储热水箱中以备使用。