北京特种机械研究所工程师    刘志华

北京清华阳光能源公司工程师  周小雯

 

    当旭日东升，金色的阳光洒满大地的时候，我们会感受到它的温暖、无私、博大和它的无所不在。面对太阳，人们有着无限美好的描述和梦想，而从事热能研究的科学家更为关心的是能否更多地利用阳光为人类造福？能否通过利用阳光改造传统的、污染的热能行业？能否……，他们要用现代科学技术为人类插上实现梦想的翅膀。国家重点攻关课题“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目组的科学工作者就给了我们一个惊喜，我们拥抱阳光的梦想正在实现。

 

 

    能源是人类赖以生存的基础。能源的开发和合理利用是整个社会发展的源泉和依据，它是人类文明与进步的重要标志之一。随着社会生产的进步与发展，人民生活水平的提高，能源需求在大幅度地增长。在我国，能源结构中主要以矿物燃料特别是煤为主体，它燃烧后的产物，是大面积酸雨和大气中二氧化碳增高的直接原因，造成了生态环境的恶化。而且煤、石油和天然气是很好的化工原料，它的简单利用一方面加剧了污染，另一方面也面临着能源枯竭的危险。在二十世纪七十年代爆发的能源危机就是例证。

 

    而太阳对人类来说是一个取之不尽，用之不竭的洁净能源库，它使地球每秒钟获得的能量相当于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。太阳能的利用是各国发展的重点，在我国这项工作也被高度重视。处于国际领先地位的“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目正是在这样一个大背景下立项开始其研究工作的。

 

 

    “以史为鉴，可知兴替”，这是一句古训。在这里，我们也不妨回顾我们“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目发展初期的历史，感受项目组专家教授投身事业过程中所面对的酸甜苦辣。

 

 

    七十年代末，是我国经历苦难刚刚觉醒的年代，向何处去？是每个人心中常常思考的问题。国家向何处发展，自己从事的事业向何处发展？项目组主要完成人之一的殷志强教授常回想当时的情形，一句“我们的事业起步维艰！”使人感慨万千。“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目之所以能够发展到今天的水平和规模，得益于改革开放的政策，得益于项目组全体成员的拼搏，得益于各级领导的支持。如果当时没有超前的意识，如果当时没有摆脱极左思想的束缚，项目也不可能有今天的发展。早期的研究与开发阶段，殷志强、吴家庆和史月艳等同志大都在经历了几年的农场和工厂劳动实践后，返回教学科研一线，当时政治挂帅、技术白专的思想仍有相当大的市场，体制的约束，思想的束缚，使大家始终觉得有力使不出，发展事业异常艰难。但他们没有随波逐流，强烈的事业心，促使他们及志同道合的王凤春与陶祖岩等同事们在“找回失去的时光”的想法下，始终关注并追踪世界热能行业发展的新动向，太阳能利用就是他们追踪的重点之一。

 

 

    持续的追踪使大家明确了发展的目标。1979年电子材料与工艺教研组主任陈克强同志支持并参与了以全玻璃真空管太阳集热器为突破口，发展自己的太阳能事业。项目的确定一方面是由于看到了世界上常规能源短缺，发展替代能源是当务之急；另一方面也是发挥项目组成员掌握的电真空技术，向固态薄膜这个新的学科领域发展，创新出有我国自主产权的太阳能高科技产品取代当时正要涌向我国市场的国外平板太阳集热器产品。目标的选择是深思熟虑、建立在科学分析的基础之上的。它代表了发展的方向，所以我们全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统项目组发展的最终目标始终是坚定不移的，二十年的发展给予了充分的证明。

 

 

    毛主席曾教导我们说：正确的路线方针确定以后，决定一切的就是干部。常言道，火车跑得快，全靠车头带。在科学研究上，学术带头人的作用就好比火车头。在此，我们值得庆幸，因为我们“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目有一个好的学术带头人，而有了学术带头人，项目就有了发展的必要条件。项目学术带头人殷志强教授1953年考入清华大学，在此，他受到了严格的教育与培养。在校期间和范崇澄同学研究的“闪光摄影电子轨迹”项目于1956年5月获清华大学学生科技二等奖，1956年秋大学三年级时被提前抽调为实习助教。六十年代初，殷志强参加电真空材料及工艺的教学与科研，并作为在职研究生一边工作，一边学习。在本校及北京大学化学系学习了《金属学》、《结晶化学》、《物理化学》和《物质结构》等多门课程，在陶瓷金属真空密封封接方面作出多项研究成果，出版了专著《陶瓷－金属封接工艺》。这为殷教授从事跨学科的太阳能事业打下了紧实的理论基础。此外，集合在一起的志同道合的项目组主要成员薛祖庆教授长期从事超高真空研究、作为主要研究者参与研制成功的四极质谱仪曾获国家发明奖，张剑教授等也是各自从事专业的技术负责人。项目组整体就是一个团结的集体，一个战斗的集体，也是出成果，出人才的集体。回顾过去，总结经验，我们会发现，之所以能够取得现在的成绩，是因为有了我们的党确立的改革开放的大好政策，但更为重要的是我们有一支出类拔萃的人才队伍，他们是一支特别能战斗的科研队伍，是我们事业发展的必要条件。

 

 

    明确了方向，确定了目标，积聚了力量，“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目组成员开始了艰难的探索。先进的全玻璃真空管太阳集热器，是由电真空技术、光学、固体物理与热物理和工程相结合的领域，不仅对项目组来说是一个全新的课题，在国际上也没有多少成熟的理论和实践。在未知的领域艰难跋涉，意味着困难与挫折相伴，挑战与机遇并存。时间、政策、技术上的突破等各种因素使他们的探索之路自然分成了二步：一是在技术上的发展探索，二是在产业化道路上的开拓和发展。

 

 

    在这里简要介绍一下玻璃真空太阳集热管技术及其核心问题。玻璃真空太阳集热管分为“全玻璃”与“玻璃-金属结构”两大类。太阳光能转变为热能，可通过联集管内的传热工质（如水）或先通过热管与传热工质进行热交换将热能输送到贮热水箱。从应用上分为用于生活热水（低温）、空调和海水淡化等（中温）和太阳能热发电（高温），能在寒冷地区的冬季及低日照与天气多变地区运行，扩大了应用领域与地域。玻璃-金属结构真空太阳集热管承压好，还能工作在中、高温。全玻璃真空太阳集热管结构简单，制造方便，可靠性强和成本低，适宜在低中温运行。当时，困扰项目组进展的技术难题很多，但最主要的是选择性吸收涂层的吸收比，通俗地说就是该涂层吸收太阳光转换为热的能力.1982年殷志强教授应邀到澳大利亚悉尼(Sydney)大学应用物理系从事科研，运用那里良好的实验条件，日以继夜地工作，不到半年时间就对集热器用的联集管做出了创新工作。太阳选择性吸收涂层是太阳光-热转换的核心，在对世界上选择性吸收涂层应用情况进行深入研究后，殷志强教授通过膜系设计与大量的实验工作，把悉尼大学专利（铜与不锈钢两个阴极）的选择性吸收涂层太阳能吸收比从0.91提高到了0.95，这样需增加第三个阴极才能制备，带来了磁控溅射系统结构与工艺复杂、材料利用率低等缺点。为克服科研成果转向生产的障碍，殷志强教授开创性地发明了渐变铝-氮/铝太阳选择性吸收涂层（发明专利ZL 85100142.4），并在世界上首次用一种阴极材料的磁控反应溅射技术制备该涂层所包括的红外低发射底层、太阳高吸收层和减反层三部分，使溅射系统构造与工艺简化，提高约一倍的阴极材料利用率，对真空管太阳集热器来说，这种性能-价格比最好的涂层用于获取生活热水的集热管已得到世界上太阳能界的公认，而且为规模化生产做了技术上的准备，为随后进行的第二步探索打下了深厚的技术基础。

 

 

    在改革开放之初，在科研院校，对科研成果的处理一般是召开鉴定会，审查通过，发表论文，报奖评功，科研成果随后束之高阁，科研、生产的脱节严重制约着我国生产力的发展。八十年代是我国工作重心转移到经济建设上以来经济发展最快的年代，也是各种矛盾相互交织，冲突激烈的时代。打破旧的条条框框的束缚，需要极大的勇气和智慧；开创新事业的美好前景，更是充满挑战和机遇。项目组主要完成人之一的薛祖庆教授敏锐地观察到了技术开发向产业化方向发展的趋势，带领项目组成员开始进行产业化发展的尝试，力图开辟一个科研成果与生产实践相结合的全新的产业。作为全玻璃真空太阳集热管及热水器产业化的发起与策划人，薛祖庆教授主持了科技成果向工业化的转化，规划、设计了全玻璃真空太阳集热管的生产线，自行设计、制造、安装、调试生产线上75％的关键设备。为了节省创业初期不多的资金，薛教授、殷教授、张剑教授，国外同行戏称X、Y、Z教授，都是一边搞科研，一边亲自动手搞工程。薛祖庆教授曾在一次作业中被沉重的钢板压在腿上，留下了腰腿疼痛的病根，即使这样他也没有退缩。苦干加实干，他们与项目组其它成员一起用自己的智慧与汗水白手起家，从无到有，从小到大，事业得到了初步的成功。到九十年代初期，拥有自主知识产权的全玻璃真空太阳集热管已达到年产量150,000支的中试生产能力，成为市场上的畅销产品，八十年代市场上跃跃欲试的“洋”产品也在国内市场上消声匿迹了。

 

 

    江泽民主席指出：创新是一个民族发展的灵魂。“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目组全体成员以攻关不畏难，创新无止境的精神，十几年来，兢兢业业，争分夺秒地工作，不断地在这些领域开拓进取。常常为解开一个技术难题，苦思冥想，反复试验；出差途中，无论是火车还是飞机，都是他们的移动办公室；在他们的日历上没有星期天，而只是一周工作的继续延续。虽然，他们深知劳逸结合对身体的重要，但追求创新，要使中国太阳能事业在世界占领一席之地的使命感和事业心迫使他们只能更多地付出他们的汗水，精力，甚至是鲜血……

 

    一分耕耘，意味着一分收获。我们以项目分课题太阳选择性吸收涂层的磁控溅射镀膜机为例，概略描绘项目组创新的步伐：1985－1986年，采用了电磁卧式结构设计与制造了我国第一台制备太阳选择性吸收涂层的磁控溅射镀膜机；随后开发了第二代立式前开门生产1.2m长全玻璃真空太阳集热管的选择性吸收涂层使用的磁控溅射镀膜机，一次装载30支内玻璃管，磁场为永久周期磁场；九十年代初开发了第三代，使用了大回路闭合溅射轨迹柱状磁控靶，俗称旋转磁场，具有旋转磁场的阴极，真空室圆柱面曲率半径约350mm，高约2000mm生产1.5m长全玻璃真空太阳集热管的选择性吸收涂层使用的磁控溅射镀膜机，使阴极材料利用率提高约8倍，降低了成本，而且溅射的吸收涂层的质量更为稳定。以上只是项目总课题的一个分课题。自立项以来，共申请国家及日本、瑞士等国专利二十九项，并在项目中得到应用，取得良好的经济和社会效益。

 

    1997年，受国家主管部门委托，“全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”项目组和中国标准化与信息分类编码研究所合作编制国家标准《全玻璃真空太阳集热管》（GB/T 17049－1997）和《真空管太阳集热器》（GB/T 17581－1998）。《全玻璃真空太阳集热管》是第一个规范全玻璃真空太阳集热管的国家标准，在世界上其它国家也没有类似可参考的标准，标准的制定又是一个全新的课题。通过大量理论分析进行创新性研究；没有规律可循，通过实验进行实际测试。一年多的工作，使项目组的测试手段及测试技术在原有基础上更加完善，理论与实验相结合获得的全玻璃真空太阳集热管的主要光-热参数及相应测试技术也受到行业专家的肯定。随着《全玻璃真空太阳集热管》和《真空管太阳集热器》二个标准于1998年正式由国家技术监督局作为国家标准顺利颁发施行，项目组的创新成果更进一步得到了肯定。

 

 

    1993年，国家进一步促进科研院校科技成果的转化，清华大学电子工程系和我国最大的硼硅玻璃生产企业-北京玻璃仪器厂共同承担国家“产、学、研”工程，双方各50％股份，成立了 “清华阳光”能源有限责任公司，由北京玻璃仪器厂厂长沈长治任董事长。薛祖庆教授任总经理，公司按现代企业机制运行。

 

    “全玻璃真空太阳集热管、集热器及热水系统”的产业化进程迎来了大发展的契机。到1999年建成了实际年产能力700万支全玻璃真空太阳集热管的生产线和年产能力30万台真空管太阳集热器及其热水系统，该产品产量、质量和技术水平处于世界先进水平的前列。1998年与1999年分别销售了约2,800,000支和3,500,000支全玻璃真空太阳集热管，在国内约有一半的市场占有率,公司通过了ISO 9002质量认证体系的认证。并向日本、瑞士、比利时、德国、希腊和奥地利等国家出口，累计创汇235万美元。项目产品销售额1999年为1994年的23倍，利税增加31倍。1999年公司开发部对产品工艺设计进行了全新的改造，对关键生产环节进行了全程的计算机监控，取得了一些全新的成果，如对集热管真空度的生产监测，得到了大量的基础数据，对产品的技术开发和研究有着至关重要的影响，在国内同行企业中走在了前面。在新产品中应用或正在应用当中的国家专利项目达20项之多。期间项目组获得了多项奖励，如北京市科技进步奖、国家发明奖和国家科学技术进步奖等奖励。

 

    2000年9月首都钢铁集团加盟清华阳光公司，推动了清华阳光以最快的速度重组上市，以更坚定、自信的步伐迈进21世纪。

 

    数字是枯燥的，但也是最有说服力的。从数字中能够看到事业发展的足迹，从数字中能够看到大家的艰辛付出，从数字中更能看到我们对事业的不懈追求和走向现代化的希望。

 

 

    文章都有一个结局，但我们的太阳能利用事业只能说刚刚起步，因为我们还有更多的梦想……