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太阳能热发电系列文章（15）——太阳能热发电中的聚光器
太阳能热发电系列文章
太阳能热发电中的聚光器
河海大学东南大学■王军张耀明金保升刘德有安翠翠
摘要:分析了聚光器的设计要求和聚光器种类;介绍了现有聚光器的现状,并进行了分析比较,说明了其
发展趋势;阐述了我们在这方面所做的工作.
关键词:太阳能;聚光器;CPC
聚光器是槽式太阳能热利用的核心部件之一,
聚光器由反射镜和支架两部分组成,关于聚光器的
结构在系列文章10中已有介绍,在此不再赘述.
一
聚光器的设计要求
在进行聚光器研制时首先要确定聚光器的工作
环境参数,如当地的太阳能辐照条件,环境温度和
温度交变情况,当地的沙尘,风,雪,雨,盐雾和
大气污染情况等.根据我国可能建立太阳能电站的
地点,选择典型环境条件,作为聚光器设计的环境
条件依据.
槽式聚光器要求达到如下目标:
1聚光比在60～100;
2正常工作最大风速为6级风,可抵御8级风,
在采取相关保护措施的情况下,10级风下不损坏;
具有防冰雹,砂石功能;
3玻璃反射镜面法向总反射率大于90%,年衰
减度不大于2%;基材,反射材料与保护漆之间的抗
剪切能力能够达到沙漠地区恶劣的冷热交变考验.
要想实现上述目标,聚光器需要:(1)具有较好
的光学性能,反射镜的反射率一般要在85%以上;
(2)具有良好的聚光性能,以确保抛物面镜聚光后形
成的光带小于真空集热管的吸热管的直径;(3)具有
足够的刚度和强度,保证聚光器能够在风载,雪载,
自重等负荷下的正常工作;(4)具有良好的抗疲劳能
力,保证机械结构在反复交变工作条件下的寿命;
(5)具有良好的抗沙尘,冰雹等能力,以保证电站在
沙漠,高寒等恶劣条件下正常工作,同时抵卸非正
常气候的破坏;(6)具有良好的抗腐蚀能力,要有抗
紫外,防盐雾,酸雨等性能;(7)具有良好的运动性
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当采用甲醇作为燃料不可避免要面对甲醇的毒
性.另外,在电池工作过程中,由甲醇产生的一系
列中间有机化合物也有毒性,如何保证消费者和环
境的安全,需要严格的工艺,细致的安排,成本自
然会增加.
4成本问题
由于将甲醇分解成氢离子的化学反应需要铂金
及钌作为催化剂,不仅昂贵,反应速度缓慢,还存
在着诸如燃料外泄,电池过热,以及电解质膜易被
甲醇腐蚀等技术难题.所有这些问题,都最后在经
济上反映出来,就是成本问题.降低成本,需要技
术进步,规模化生产和先进的管理.
微型燃料电池面临着其他电池的竞争.微型燃
料电池在发展的同时,锂离子电池,镍氢电池的新技
术新产品不断推出,电池可靠性也在不断提高,所以
在短期内燃料电池难以取代原有的二次电池.微型
燃料电池进入市场的速度并非如制造商开始预料的
那样乐观,相反由于技术问题,样品迟迟不能转化为
商品,进入市场的时间一拖再拖,给其前景蒙上阴
影.微型燃料电池的前景还是主要取决于其本身技
术发展的程度,希望随着新材料的出现,新技术的应
用,使微型燃料电池在寿命,容量,可靠性方面都有
质的提高,则微型燃料电池的前途是光明的.圆
——
—卜
SoLARENERGY9/2007
能,以使结构本身运动能耗降到最低;(8)具有良好
的保养,维护,运输性能,支架在满足整体刚性,强
度的同时还应当易拆卸,易组装,易保养.
同塔式太阳能热发电定日镜相比,槽式太阳能
热发电聚光器的制作难度要大:一是抛物面镜曲面
比定日镜曲面弧度大;二是平放时,槽式聚光器迎
风面比定日镜要大,抗风要求更高;三是运动性能
要求更高.
二聚光器种类
上述聚光器是针对一次反射结构而言,其实聚
光器还有其它不同种类,按反射次数分为一次反射
结构和二次反射结构.
1一次反射结构
太阳光经槽式聚光器聚光后,照射在真空集热
管上,由吸收涂层吸收后,完成光热转换,结构如
图1所示.
图1槽式聚光器工作原理
2二次反射结构
考虑到聚光器的结构复杂性,一次反射的槽式
抛物面聚光器的聚光比在100以内,要想有更大的
聚光比,提高集热温度,必须采用二次反射结构.
(1)平面一抛物面反射结构.日本在20世纪80
年代完成的1MW槽式电站中,采用定日镜一抛物
面反射结构,即用一组定日镜将太阳光反射到一台
抛物面镜上(图2a),阳光经二次聚焦后,取得了较
大聚光比,从而使系统取得较高的集热温度.
(2)抛物面一抛物面反射结构.平面一抛物面
反射结构可以取得较大聚光比,但其一次反射的定
日镜和二次聚焦的抛物面镜需要两套传动结构,甚
至两套跟踪系统,成本较高.采用抛物面一抛物面
反射结构,即在一次聚焦的抛物面镜焦线处,放置
二次聚焦抛物面镜(图2b),集热管放置在二次聚焦
的抛物面焦线上.阳光经二次聚焦后,取得了较大
聚光比,从而使系统取得较高的集热温度.两次聚
光结构放置在同一支架结构上,可节省许多材料,
降低成本,便于
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