前言

太陽能熱發電是利用集熱器將太陽輻射能轉換成熱能，通過熱力循環過程進行發電的一項清潔能源技術。世界現有的太陽能發電系統按照集熱溫度的高低大致可分為三大類：槽式線聚焦系統、塔式系統和碟式系統。部分先進陶瓷材料可被應用在塔式太陽能熱發電系統的吸熱器上。

1.槽式、碟式、塔式太陽能熱發電系統運作原理：

槽式太陽能熱發電系統是利用槽形拋物面反射鏡將太陽光纖聚焦到集熱器上，對傳熱工質進行加熱，經過換熱產生的蒸汽推動汽輪機帶動發電機發電的能源動力系統。

圖1槽式太陽能熱發電系統

碟式系統又稱盤式系統，主要采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器，其結構從外形上看類似大型拋物面雷達天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點聚焦集熱器，其聚光比能夠高達數百至數千，因此可以產生極高的溫度。碟式太陽能發電系統可將多臺裝置并聯起來，組成小型太陽能發電電站來為用戶提供電力需求。

圖2.碟式聚光太陽能熱發電系統

塔式系統又稱為集中型系統，其聚光裝置由許多安裝在場地上的大型反射鏡（通常被稱為定日鏡）組成，每臺定日鏡都具備太陽雙軸跟蹤能力，能夠準確的將太陽光反射集中于一個高塔頂部的吸熱器上，太陽能熱加熱吸熱器上的傳熱工質；蒸汽產生裝置所產生的過熱蒸汽進入動力子系統后實現熱功轉換，由此完成電腦輸出。

圖3.塔式太陽能熱發電站系統

2.哪些陶瓷材料可應用于太陽能發電系統中：

塔式太陽能熱發電系統因其具有聚光比高（200~1000kW/㎡）、熱力循環溫度高、熱損耗小、系統簡單且效率高的特點在太陽能發電上被大力推崇。吸熱器作為塔式太陽能熱發電的核心器件，需要承受比自然光強200-300倍的輻射強度，工作溫度可高達一千℃以上，所以其性能對熱發電系統的穩定運行和工作效率非常重要。傳統的金屬材料吸熱體工作溫度受限，使得瓷吸熱材料成為新的研究熱點。

2.1由于太陽能聚光能流密度的不均勻和不穩定性，所以對于瓷吸熱體材料有如下要求：

（1）高溫抗氧化性，材料在長期高溫工作環境中不會發生氧化破壞；

（2）良好的高溫力學性能和抗熱震性能，能夠避免材料熱斑破壞；

（3）高的太陽輻射吸收率，使材料能夠充分吸收太陽輻射能量；

（4）具有三維或者二維的連通結構，保證材料高滲透率，使空氣流阻小，利于空氣流的分布均勻與穩定；

（5）高比表面積，保證材料具有大的換熱面積，保證與空氣的充分換熱。

2.2有以下幾種陶瓷材料可被用作吸熱體材料：

①氧化鋁陶瓷：可承受1000℃以上的高溫，械強度和化學穩定性高，且耐酸堿、導熱性能良好、絕緣強度、電阻率、耐磨損；劣勢在于工作溫度高但熱導率和太陽輻射吸收率低，自身顏色為白色使得其被用作吸熱體的同時必須要在表面上涂覆涂層，由此來增加太陽輻射吸水率。高溫使用過程中產品基體與涂層易產生開裂，再加上抗震性不好，使得實際使用受限。

②堇青石陶瓷：具有熱膨脹系數低、抗熱震性好、且比表面積大等特點，但因為強度低，通常需要添加莫來石、氧化鋯等第二相來提高其強度。不過堇青石瓷吸熱體材料同氧化鋁陶瓷吸熱體問題相同，僅適用于中溫吸熱體材料。

有實驗研究表明，以合成莫來石和合成堇青石為原料,廢玻璃粉和鈦酸鋁為燒結助劑,采用常壓燒結制備的莫來石-堇青石復相陶瓷，還可用作太陽能發電用的輸熱管道材料。

③碳化硅陶瓷：具有高強度、比表面積大、抗腐蝕、抗氧化、良好的隔熱性、抗熱震性和耐高溫性等優良特性，相較于氧化鋁和堇青石瓷吸熱體材料具有更好的高溫性能。

有研究結果表明，采用燒結碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲得高達1200℃的出口空氣溫度，材料沒發生破壞。

結語

我國在太陽能熱發電技術應用研究比較晚，直到“十五”期間才開始實質性的應用研究。但不影響中國目前成為世界上最大的光伏和太陽熱能市場。先進陶瓷或因技術成本等原因目前還未大規模投放應用在太陽能市場，但伴隨技術的革新、產品的更新換代，以及生產效率的提升，能與太陽能熱發電系統合理高效適配的陶瓷產品也將全面投放市場，一切只是時間問題。

參考來源：

《太陽能高效吸熱陶瓷材料及吸熱器的設計與研究》——劉孟

《太陽能熱發電技術的發展現狀及主要問題》——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。