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前言

太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電是(shi)利用集熱器將(jiang)太(tai)(tai)陽(yang)輻射(she)能(neng)轉換(huan)成(cheng)熱能(neng)，通過熱力循(xun)環(huan)過程進(jin)行發(fa)(fa)電的(de)一項清潔能(neng)源技術。世界現有的(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)(fa)電系統按照集熱溫度的(de)高(gao)低大致可(ke)分為三(san)大類：槽式(shi)線聚(ju)焦系統、塔式(shi)系統和(he)碟式(shi)系統。部(bu)分先進(jin)陶瓷材(cai)料可(ke)被應用在(zai)塔式(shi)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)熱發(fa)(fa)電系統的(de)吸熱器上。

1.槽式(shi)、碟(die)式(shi)、塔(ta)式(shi)太陽能(neng)熱發(fa)電系統運作原理：

槽式太(tai)陽能熱發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)是利用槽形拋物面反射鏡將太(tai)陽光纖聚焦到(dao)集(ji)熱器上(shang)，對傳(chuan)熱工(gong)質進行加熱，經過換熱產生的(de)蒸汽推(tui)動(dong)(dong)汽輪機(ji)(ji)帶動(dong)(dong)發(fa)(fa)電(dian)機(ji)(ji)發(fa)(fa)電(dian)的(de)能源動(dong)(dong)力系(xi)統(tong)。

圖1槽式太陽能熱發電系統

碟(die)式(shi)系(xi)統(tong)又(you)稱盤(pan)式(shi)系(xi)統(tong)，主要采(cai)用盤(pan)狀拋(pao)物(wu)(wu)面(mian)(mian)鏡聚(ju)光集熱器，其結構從外(wai)形上看類似大型拋(pao)物(wu)(wu)面(mian)(mian)雷達天線。由(you)于盤(pan)狀拋(pao)物(wu)(wu)面(mian)(mian)鏡是一種(zhong)點聚(ju)焦集熱器，其聚(ju)光比能(neng)(neng)夠高(gao)達數(shu)(shu)百至數(shu)(shu)千，因(yin)此可以產生極(ji)高(gao)的溫度。碟(die)式(shi)太陽能(neng)(neng)發電(dian)系(xi)統(tong)可將多(duo)臺(tai)裝置并(bing)聯起來，組成小型太陽能(neng)(neng)發電(dian)電(dian)站來為用戶提(ti)供電(dian)力(li)需求。

圖2.碟(die)式聚光(guang)太陽(yang)能熱發電系統

塔式(shi)系統又稱(cheng)為(wei)集(ji)中(zhong)型(xing)系統，其(qi)聚光(guang)(guang)裝(zhuang)置(zhi)由(you)許多安裝(zhuang)在場地上的(de)(de)(de)大型(xing)反射鏡(jing)（通(tong)常(chang)被稱(cheng)為(wei)定日(ri)鏡(jing)）組(zu)成，每臺定日(ri)鏡(jing)都具(ju)備太(tai)陽(yang)雙軸跟蹤能(neng)力，能(neng)夠(gou)準(zhun)確的(de)(de)(de)將(jiang)太(tai)陽(yang)光(guang)(guang)反射集(ji)中(zhong)于一個高塔頂部的(de)(de)(de)吸熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)上，太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)吸熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)上的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)(re)(re)工質；蒸汽(qi)(qi)產生裝(zhuang)置(zhi)所產生的(de)(de)(de)過熱(re)(re)(re)蒸汽(qi)(qi)進(jin)入動力子系統后實現(xian)熱(re)(re)(re)功(gong)轉換(huan)，由(you)此完成電腦輸出。

圖3.塔式太陽能熱發電站系統

2.哪些陶瓷(ci)材料可(ke)應用(yong)于(yu)太陽(yang)能發電系統(tong)中：

塔(ta)式(shi)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)熱(re)(re)發(fa)電(dian)系(xi)統(tong)因其具有(you)聚光比高（200~1000kW/㎡）、熱(re)(re)力(li)循環溫度(du)高、熱(re)(re)損(sun)耗小、系(xi)統(tong)簡單且效(xiao)率(lv)高的(de)特點在(zai)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)發(fa)電(dian)上(shang)被大力(li)推崇。吸熱(re)(re)器(qi)作(zuo)為(wei)塔(ta)式(shi)太(tai)(tai)(tai)陽能(neng)熱(re)(re)發(fa)電(dian)的(de)核心器(qi)件，需要承受比自(zi)然光強200-300倍的(de)輻射強度(du)，工作(zuo)溫度(du)可高達(da)一千℃以上(shang)，所以其性能(neng)對熱(re)(re)發(fa)電(dian)系(xi)統(tong)的(de)穩定運(yun)行和工作(zuo)效(xiao)率(lv)非常重要。傳統(tong)的(de)金(jin)屬材(cai)(cai)料吸熱(re)(re)體工作(zuo)溫度(du)受限，使得瓷吸熱(re)(re)材(cai)(cai)料成為(wei)新的(de)研(yan)究熱(re)(re)點。

2.1由于太陽能聚光(guang)能流密度(du)的不均勻和不穩定性，所以對于瓷吸熱體材料(liao)有如下(xia)要求：

（1）高溫(wen)抗氧(yang)化性，材(cai)料在長期高溫(wen)工作環境中不(bu)會發生氧(yang)化破壞(huai)；

（2）良好的高溫力學(xue)性能(neng)和抗(kang)熱(re)震性能(neng)，能(neng)夠避(bi)免材料熱(re)斑破(po)壞；

（3）高的太陽輻射吸(xi)(xi)收(shou)率，使(shi)材(cai)料能夠充分(fen)吸(xi)(xi)收(shou)太陽輻射能量；

（4）具有三維或者(zhe)二維的連通結構，保證(zheng)材(cai)料高滲透(tou)率，使空(kong)氣流阻小，利于空(kong)氣流的分布(bu)均(jun)勻與穩(wen)定；

（5）高比表面積，保證(zheng)材(cai)料具有大(da)的換(huan)(huan)熱面積，保證(zheng)與空氣的充分(fen)換(huan)(huan)熱。

2.2有以下幾種陶(tao)瓷(ci)材料(liao)可被用(yong)作吸熱體(ti)材料(liao)：

①氧化鋁陶瓷：可承(cheng)受1000℃以上(shang)(shang)的高溫，械強度和化學穩定性高，且(qie)耐酸堿、導熱(re)(re)性能良好、絕(jue)緣強度、電阻(zu)率(lv)(lv)(lv)、耐磨(mo)損(sun)；劣(lie)勢(shi)在于工作溫度高但熱(re)(re)導率(lv)(lv)(lv)和太陽輻射吸(xi)收率(lv)(lv)(lv)低，自(zi)身顏色(se)為白色(se)使(shi)得其被用(yong)作吸(xi)熱(re)(re)體的同時必(bi)須(xu)要在表(biao)面上(shang)(shang)涂覆涂層，由此來增(zeng)加太陽輻射吸(xi)水率(lv)(lv)(lv)。高溫使(shi)用(yong)過程(cheng)中產(chan)品基體與(yu)涂層易產(chan)生開(kai)裂(lie)，再加上(shang)(shang)抗震性不好，使(shi)得實際使(shi)用(yong)受限。

②堇(jin)青石(shi)(shi)陶(tao)瓷：具(ju)有熱膨(peng)脹系數低(di)、抗熱震性好、且比表面積大等特點(dian)，但因為強度低(di)，通常(chang)需(xu)要(yao)添加(jia)莫(mo)來(lai)石(shi)(shi)、氧(yang)化鋯等第二相(xiang)來(lai)提高其強度。不過堇(jin)青石(shi)(shi)瓷吸(xi)熱體材(cai)(cai)料(liao)同氧(yang)化鋁陶(tao)瓷吸(xi)熱體問(wen)題相(xiang)同，僅適(shi)用于中溫(wen)吸(xi)熱體材(cai)(cai)料(liao)。

有實驗研究表明，以合成莫來石(shi)和合成堇青石(shi)為(wei)原料,廢(fei)玻(bo)璃粉和鈦酸鋁為(wei)燒結助劑,采(cai)用(yong)常壓燒結制備的(de)莫來石(shi)-堇青石(shi)復相陶瓷，還(huan)可用(yong)作太陽(yang)能(neng)發電用(yong)的(de)輸熱管道材(cai)料。

③碳化(hua)硅陶瓷：具有高(gao)強(qiang)度、比表面積(ji)大、抗腐蝕(shi)、抗氧(yang)化(hua)、良好的隔熱性、抗熱震性和(he)耐(nai)高(gao)溫(wen)(wen)性等優良特性，相較于氧(yang)化(hua)鋁和(he)堇青石瓷吸熱體材料具有更好的高(gao)溫(wen)(wen)性能。

有研究(jiu)結(jie)果表明，采用燒結(jie)碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲(huo)得高達1200℃的出口空氣溫度，材料沒(mei)發生破壞。

結語

我國在(zai)太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)熱發電(dian)技術(shu)應用研究比較晚，直到“十五”期間(jian)才開始實(shi)質性的(de)應用研究。但(dan)不影(ying)響中(zhong)國目前(qian)成(cheng)為(wei)世界上最大(da)的(de)光伏和太(tai)陽熱能(neng)(neng)(neng)市(shi)場。先進(jin)陶瓷(ci)(ci)或因技術(shu)成(cheng)本等原因目前(qian)還未大(da)規模(mo)投放(fang)應用在(zai)太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)市(shi)場，但(dan)伴隨技術(shu)的(de)革(ge)新、產品的(de)更新換代，以及生產效(xiao)率的(de)提升，能(neng)(neng)(neng)與(yu)太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)熱發電(dian)系統合理高效(xiao)適配的(de)陶瓷(ci)(ci)產品也(ye)將全面投放(fang)市(shi)場，一切只是時間(jian)問題(ti)。

參考來源：

《太(tai)陽能高效吸熱陶瓷材(cai)料及吸熱器的設(she)計與研(yan)究》——劉孟

《太(tai)陽能熱發電技(ji)術的發展現狀(zhuang)及主要問(wen)題》——宿建峰，李和(he)平(ping)，負小(xiao)銀，趙芫(yan)樺(hua)

注：本文由攬青瓷根據網絡文獻整理而成。