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前言

太陽能熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電是利(li)用集(ji)(ji)熱(re)(re)器將(jiang)太陽輻射能轉換成熱(re)(re)能，通過(guo)熱(re)(re)力(li)循環過(guo)程進行發(fa)(fa)(fa)電的(de)一項(xiang)清潔能源技術。世界(jie)現有的(de)太陽能發(fa)(fa)(fa)電系(xi)(xi)統按照(zhao)集(ji)(ji)熱(re)(re)溫(wen)度的(de)高(gao)低大致可(ke)分為三大類：槽式(shi)線(xian)聚(ju)焦系(xi)(xi)統、塔式(shi)系(xi)(xi)統和碟式(shi)系(xi)(xi)統。部分先進陶瓷材料可(ke)被應用在(zai)塔式(shi)太陽能熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電系(xi)(xi)統的(de)吸熱(re)(re)器上。

1.槽(cao)式(shi)、碟式(shi)、塔式(shi)太陽能熱發(fa)電(dian)系統運(yun)作(zuo)原理：

槽式太(tai)陽(yang)能熱發(fa)(fa)電系(xi)(xi)統是利用槽形(xing)拋物面反射鏡將太(tai)陽(yang)光纖聚焦到集熱器上，對傳熱工質進行(xing)加熱，經過(guo)換熱產(chan)生(sheng)的蒸汽推(tui)動汽輪(lun)機(ji)帶動發(fa)(fa)電機(ji)發(fa)(fa)電的能源(yuan)動力系(xi)(xi)統。

圖1槽式太陽能熱發電系統

碟(die)(die)式系統(tong)又(you)稱盤(pan)式系統(tong)，主要采用盤(pan)狀拋物(wu)面(mian)鏡聚(ju)光集(ji)熱器(qi)，其結構從外形上(shang)看類(lei)似大型拋物(wu)面(mian)雷達(da)天線(xian)。由(you)于盤(pan)狀拋物(wu)面(mian)鏡是一種點(dian)聚(ju)焦(jiao)集(ji)熱器(qi)，其聚(ju)光比能(neng)夠高達(da)數(shu)百至數(shu)千，因此可以產生極(ji)高的溫度。碟(die)(die)式太(tai)陽(yang)能(neng)發電(dian)(dian)系統(tong)可將(jiang)多臺裝置(zhi)并(bing)聯起來(lai)，組成(cheng)小(xiao)型太(tai)陽(yang)能(neng)發電(dian)(dian)電(dian)(dian)站來(lai)為用戶提供(gong)電(dian)(dian)力需求。

圖2.碟式聚光太陽(yang)能(neng)熱發電系(xi)統

塔式系(xi)統又稱為集中型系(xi)統，其(qi)聚(ju)光裝置(zhi)由(you)許多安裝在(zai)場(chang)地上(shang)的(de)大型反(fan)射鏡(jing)(jing)（通(tong)常被稱為定日鏡(jing)(jing)）組成，每臺定日鏡(jing)(jing)都具備太陽雙軸跟蹤能力(li)，能夠(gou)準確的(de)將太陽光反(fan)射集中于(yu)一(yi)個高塔頂部的(de)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)上(shang)，太陽能熱(re)加熱(re)吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)上(shang)的(de)傳熱(re)工質；蒸汽(qi)(qi)產生(sheng)(sheng)裝置(zhi)所產生(sheng)(sheng)的(de)過(guo)熱(re)蒸汽(qi)(qi)進入(ru)動(dong)力(li)子系(xi)統后實現熱(re)功(gong)轉換，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(liao)可(ke)應用于太(tai)陽(yang)能(neng)發電系統中：

塔(ta)式(shi)太陽(yang)能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)(tong)因(yin)其具有聚光比高（200~1000kW/㎡）、熱(re)力循環(huan)溫(wen)(wen)度(du)(du)高、熱(re)損耗小、系(xi)統(tong)(tong)簡單且效(xiao)率高的(de)特(te)點在太陽(yang)能發(fa)(fa)電(dian)上被大力推崇。吸(xi)(xi)熱(re)器作(zuo)為塔(ta)式(shi)太陽(yang)能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)的(de)核心器件，需(xu)要(yao)(yao)承受比自然光強200-300倍的(de)輻射強度(du)(du)，工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)(du)可(ke)高達一千℃以上，所以其性能對(dui)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)系(xi)統(tong)(tong)的(de)穩定(ding)運行和工(gong)作(zuo)效(xiao)率非常重要(yao)(yao)。傳統(tong)(tong)的(de)金屬材料(liao)吸(xi)(xi)熱(re)體工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)度(du)(du)受限，使得瓷吸(xi)(xi)熱(re)材料(liao)成為新的(de)研究熱(re)點。

2.1由(you)于(yu)太陽能(neng)聚光能(neng)流密(mi)度的不均勻和不穩定性，所以對于(yu)瓷吸熱體材料有如下要求：

（1）高(gao)溫抗(kang)氧化性，材料在長期高(gao)溫工(gong)作環境中不會發生(sheng)氧化破壞；

（2）良好(hao)的高溫力學性(xing)(xing)能和抗熱震性(xing)(xing)能，能夠避免材(cai)料熱斑破壞(huai)；

（3）高的太陽輻射(she)(she)吸收率，使材料能夠(gou)充分吸收太陽輻射(she)(she)能量；

（4）具有三維或者二維的(de)連(lian)通結構，保證材料高滲透率，使空(kong)氣流(liu)阻小，利于空(kong)氣流(liu)的(de)分(fen)布均勻(yun)與穩定；

（5）高比表面積，保證材料具有大的(de)(de)換熱面積，保證與空氣的(de)(de)充分換熱。

2.2有以下幾種陶瓷材(cai)料(liao)可(ke)被用作吸熱體材(cai)料(liao)：

①氧化鋁(lv)陶瓷：可承受(shou)1000℃以上(shang)的高(gao)溫，械強(qiang)(qiang)度(du)和化學穩(wen)定性高(gao)，且耐(nai)酸堿、導(dao)熱性能良好、絕緣強(qiang)(qiang)度(du)、電阻率(lv)、耐(nai)磨損；劣勢(shi)在(zai)于工作(zuo)溫度(du)高(gao)但熱導(dao)率(lv)和太陽輻射吸收率(lv)低(di)，自身顏色為(wei)白色使得(de)其被用作(zuo)吸熱體的同時必須要在(zai)表面上(shang)涂(tu)覆涂(tu)層，由此來(lai)增(zeng)加太陽輻射吸水(shui)率(lv)。高(gao)溫使用過程中產品基體與(yu)涂(tu)層易產生開裂，再加上(shang)抗震(zhen)性不好，使得(de)實際使用受(shou)限。

②堇青(qing)(qing)石(shi)陶(tao)瓷：具(ju)有熱(re)(re)膨(peng)脹系數低(di)(di)、抗(kang)熱(re)(re)震性好、且比表面(mian)積大等特點，但(dan)因為強度低(di)(di)，通常需要添加莫來石(shi)、氧化鋯等第二相(xiang)來提高其強度。不(bu)過堇青(qing)(qing)石(shi)瓷吸熱(re)(re)體(ti)材料同氧化鋁(lv)陶(tao)瓷吸熱(re)(re)體(ti)問題相(xiang)同，僅適用于中溫吸熱(re)(re)體(ti)材料。

有實驗研(yan)究(jiu)表明，以合成(cheng)莫來石和合成(cheng)堇青石為(wei)原料,廢(fei)玻璃粉和鈦酸鋁為(wei)燒結助劑,采(cai)用(yong)(yong)常壓(ya)燒結制備的(de)莫來石-堇青石復相(xiang)陶(tao)瓷，還可用(yong)(yong)作(zuo)太陽能發電(dian)用(yong)(yong)的(de)輸(shu)熱(re)管道材料。

③碳化硅(gui)陶瓷：具有(you)高強度(du)、比表面(mian)積(ji)大、抗腐蝕(shi)、抗氧(yang)化、良好的隔熱(re)(re)性(xing)、抗熱(re)(re)震性(xing)和耐高溫性(xing)等優良特性(xing)，相較于(yu)氧(yang)化鋁和堇青石瓷吸熱(re)(re)體材料具有(you)更好的高溫性(xing)能(neng)。

有研(yan)究結果表明，采用燒(shao)結碳化硅制成的吸熱體可以(yi)使該吸熱器(qi)獲得高達1200℃的出口(kou)空氣溫度，材料沒發生破壞。

結語

我國在太陽(yang)能(neng)熱發(fa)電技術應用(yong)(yong)(yong)研究比(bi)較晚，直到“十五”期(qi)間(jian)才開始實(shi)質(zhi)性的(de)應用(yong)(yong)(yong)研究。但不影(ying)響(xiang)中(zhong)國目前成為世界上(shang)最大(da)的(de)光伏和太陽(yang)熱能(neng)市場(chang)(chang)(chang)。先進(jin)陶(tao)瓷或因技術成本(ben)等原因目前還未大(da)規(gui)模投放(fang)應用(yong)(yong)(yong)在太陽(yang)能(neng)市場(chang)(chang)(chang)，但伴隨技術的(de)革(ge)新(xin)、產(chan)品(pin)(pin)的(de)更新(xin)換代，以及生產(chan)效(xiao)率的(de)提(ti)升，能(neng)與(yu)太陽(yang)能(neng)熱發(fa)電系統合理高效(xiao)適配的(de)陶(tao)瓷產(chan)品(pin)(pin)也(ye)將全面投放(fang)市場(chang)(chang)(chang)，一切只是時間(jian)問題(ti)。

參考來源：

《太陽能高(gao)效吸熱陶(tao)瓷材料及吸熱器的(de)設計與研究》——劉孟

《太陽能熱發電技術的發展現(xian)狀(zhuang)及(ji)主要問(wen)題》——宿建峰，李和平，負小銀，趙芫樺

注：本文由攬青瓷根據網絡文獻整理而成。