聚光型太陽能集熱器

聚光型太陽能集熱器是利用反射器、透鏡或其他光學器件將進入集熱器採光口的太陽光線改變方向並聚集到接收器上從而進行供熱、發電的裝置。

基本介紹

• 中文名：聚光型太陽能集熱器
• 外文名：concentrating solar collector
• 能量來源：太陽能
• 套用目的：供熱、發電
• 原理：光的反射、折射
• 優點：節能環保

功能原理

聚光型太陽能集熱器是利用反射器、透鏡或其他光學器件將進入集熱器採光口的太陽光線改變方向並聚集到接收器上的裝置，可通過單軸或雙軸跟蹤獲得更高的能流密度。這種太陽能集熱器通過凹面反射鏡或透鏡將太陽輻射能匯集到較小的面積上，從而使單位面積上的熱流量增加並且減小了接收器和環境之間的換熱面積，提高了工質的溫度和集熱器的熱效率，而它的缺點是只能接收直射輻射，且需要跟蹤系統配合，從而導致成本增加。目前這種聚光型太陽能集熱器主要用於太陽能熱發電、太陽能制氫、太陽爐和雙效LiBr-H₂O吸收式製冷系統等，屬於中高溫集熱器的範疇。

分類

太陽能集熱器作為將太陽輻射能聚集起來並轉化為熱能的裝置，它有多種分類方法。按傳熱工質的種類可分為液體型和空氣型集熱器;按是否跟蹤太陽的類型可分為跟蹤型和非跟蹤型集熱器；按工作溫度範圍分類，可分為低溫型、中溫型和高溫型集熱器三大類。以上分類的各種方法實際上相互之間都有重疊。目前，太陽能集熱器最常用的分類方法是接收器接收太陽光線的方式即太陽光線進入集熱器採光口是否改變方向分為聚光型集熱器和非聚光型集熱器，聚光太陽能集熱器主要有三種套用形式：槽式集熱器、塔式集熱器和碟式集熱器。

槽式集熱器

槽式太陽能集熱器是一種藉助槽形拋物面反射鏡將太陽光聚焦反射在一條線上，在這條焦線上布置安裝有集熱管，來吸收太陽聚焦反射後的太陽輻射能。通過管內熱載體將管內流體加熱直接利用，或將管內流體加熱蒸汽，推動汽輪機藉助於蒸汽動力循環發電的清潔能源利用裝置。槽式系統的聚光比在10-100之間，溫度最高可達400℃，槽形拋物面太陽能發電站的功率為10-100MW，是目前所有太陽能熱發電站中功率最大的。

槽式太陽能集熱器

塔式集熱器

塔式太陽能集熱器是在空曠的地面上建立一個高大的中央吸收塔，塔頂部安裝固定一個吸收器。塔周圍布置有定口鏡群，定口鏡群將太陽光反射到塔頂的接收器的腔體內產生高溫，再將通過吸收器的工質加熱並產生高溫蒸汽的系統。塔式太陽能集熱器的聚光比可以達到300-1500，運行溫度可達1500℃，總效率在15%以上。塔式太陽能發電站屬於高溫熱發電。目前塔式發電的利用規模可達10-20MW，處於示範工程建設階段。

塔式太陽能集熱器

碟式集熱器

碟式太陽能集熱器是世界上最早出現的用於發電的太陽能動力系統。

蝶式太陽能集熱器

碟式太陽能集熱器是藉助於雙軸跟蹤，拋物型碟式鏡面將太陽輻射能聚焦反射到位於其焦點位置的吸熱器上，吸熱器吸收這部分輻射能並將其轉換成為熱能直接利用，或者推動位於吸熱器上的熱電轉換裝置，比如斯特林發動機或者郎肯循環熱機，進而完成發電過程將熱能轉換為電能。

碟式太陽能熱發電採用拋物面聚焦，吸收器位於各拋物面的焦點處。單個碟式系統發電裝置的容量範圍在5-5kW之間，用氦氣或氫氣做工質，工作溫度達800℃,效率達29.4，在三種聚光式發電中是最高的。碟式系統可以既可以作分散式系統單獨供電，也可以併網發電，使用靈活。

主要部件

真空集熱管

真空集熱管是槽式太陽能集熱器最重要的組成部件之一。槽式拋物面反射鏡將太陽光線聚焦後反射到真空集熱管上，然後透過玻璃外管照射在吸熱管上，吸熱管銀有選擇性圖層的外壁吸收太陽福射能並將其轉化為熱能，傳給內管中的傳熱工質。吸熱管表面沉積有光譜選擇性吸收塗層，用來吸收太陽光線，同時吸熱管與玻璃管之間為真空層，可有效抑制真空管內空氣的傳導和對流熱損失。

聚光反射鏡

由於太陽能的能量密度較低，要想獲得較高的集熱溫度，需要通過聚集太陽能的手段來實現。聚光型太陽能集熱器就是利用聚光反射鏡（也稱聚光器）將太陽光線匯聚並反射到集熱管上來加熱吸熱管內傳熱工質，其作用等同於塔式太陽能熱發電系統中的定日鏡，因此聚光裝置的性能對太陽能集熱器的聚光比和熱效率有著直接的影響。

反射鏡由反射材料、基材和保護膜組成。在槽式太陽能熱發電系統中，反射鏡的製作材料有玻璃、髙分子合成材料及鉛一般常用的是皆含鐵量較低和反射率較高的銀鋁為反光材料的拋物面玻璃背面鏡，而在銀或鉛反光層背面再噴塗一層或多層保護膜。

跟蹤機構

太陽能具有低密度性和間隙性，而且空間分布不均勻，同時太陽輻射以某一斜角射向水平位置的集熱器時，就會使太陽輻射強度受到一定程度的損失，然而若把集熱器傾斜放置就能夠減少這種不必要的損失。如果接連不斷的轉動和傾斜集熱器，使採光口和太陽入射光線始終保持垂直，便可使單位面積上輻射能量達到最大。因此為使太陽能集熱器能更有效地吸收和利用太陽輻射能，並使傳熱工質獲得更高的溫度，大部分聚光集熱器必須採用跟蹤技術。

支架結構

支架是太陽能聚光集熱器的承載機構，為了防止反射鏡在工作過程中發生損壞和變形，支架應與聚光反射鏡緊密貼合在一起，尤其是支架與反射鏡背面接觸的部分。支架作為反射鏡和集熱管的支撐部件，需要其不僅具有足夠的剛度和較輕的質量，還要有良好的抗疲勞能力和良好的運動性能等，以便於對太陽能集熱器進行焦距的調節，達到整個系統長期安全穩定運行的目的，因此支架的整體設計和布置就顯得十分重要。

特點優勢

利用聚光型太陽能集熱器進行水加熱，可使太陽光通過每隻凸透鏡經過折射聚光，使太陽光的焦點照射到吸熱板上迅速地加熱金屬管內的水。由於太陽光聚光焦點的溫度很高，使金屬管內的水加熱速度快，溫度高，吸收太陽能的熱效率高。經集熱器與水箱的水閉路循環，使水箱中的水加熱溫度高，時間短。

利用聚光型太陽能集熱器進行太陽能熱發電技術是將低密度太陽能聚集起來，通過換熱設備將熱量傳給傳熱介質產生高溫蒸汽，然後驅動傳統發電設備產生電能的新技術。太陽能熱發電技術與其他發電技術相比經濟性好、投資少、電價低，而發電方式與傳統發電方式相同，對電網影響小，無需專用技術改造即可入網;原料無高污染、高能耗工序，在環保和節能方面有大優勢。太陽能熱發電技術特別適用於大規模發電，不僅可以改變我國以煤為主的常規發電結構，也是未來我國電力行業可持續發展的重要一部分。