太阳能热管(兆瓦太阳能热管)

槽式太阳能热发电系统

太阳能热发电系统主要由集热系统、传热换热系统和发电系统组成。

聚光集热系统

槽式太阳能热发电系统利用槽式抛物面反射器集热发电，主要由槽式抛物面反射器、集热管和跟踪机构组成。镜子一般是玻璃做的，背面镀银，有保护层。镜子也可以用镜面铝板或镜面不锈钢板制成，镜子安装在镜子支架上。槽式抛物面反射器可以将入射的太阳光聚焦到一条聚焦线上，这条线上装有接收器的集热管，如图1所示。

图1-槽式抛物线收集器

真空集热管

真空集热管采用直通式形式，内部有金属吸热管，用于吸收太阳光，加热内部的传热液体。一般是不锈钢材质，管外壁有黑色吸热涂层。为了减少散热，集热管的外层设有玻璃套管，玻璃套管与吸热管之间有间隙，用于抽真空。由于玻璃管和金属吸热管的膨胀系数相差很大，而且两种管的温度也不同，所以玻璃管和金属吸热管的焊接和封装技术非常重要，过渡一般采用波纹管制成的膨胀节。安装在玻璃管内的膨胀节称为内膨胀真空集热管，如图2(A)所示；安装在玻璃管两端外侧的膨胀节称为外膨胀真空集热管，如图2(B)所示。

图2-内膨胀真空集热管和外膨胀真空集热管

图3是网上一个真空集热管的照片。

图3-真空收集管

空腔集热管

空腔集热管的工作原理是利用空腔的黑体效应充分吸收聚焦的太阳光。空心集热管的结构为圆管，其外表面包裹有隔热材料，在圆管圆柱面的长度方向开有一条窄缝，形成圆柱形空腔。图4的左图显示了空腔集热管和冷凝器。为了改善腔的黑体效应，狭缝很窄，限制了入射光的角度。与真空收集管不同，它使用长焦距聚光器来收集。

空心集热管内主要有两种传热液体导管，图4中的右图是两种空心集热管的截面图。中间图中的液体导管为月牙形管，图中浅蓝色表示传热液体，称为月牙形空腔集热管。右图中，腔管内壁上排列有多根细管，细管为液体导管，因此这种腔集热管称为组排腔集热管。

图4-长焦距聚光腔集热管

腔体接收器不需要抽真空，不需要光学选择性镀膜，玻璃和金属之间不需要密封，只采用传统材料和制造工艺，制造成本低，便于维护。但腔体接收管的槽缝较窄，对聚焦精度、跟踪精度和安装精度要求较高。

聚光集热系统的布置

集热管通过接收器支架与反射器固定，形成槽式集热器。反射器支架具有平行于集热管的轴线，集热器通过轴线安装在集热器支架上，并可绕轴线旋转。

槽式收集器的跟踪方式一般设置在东西轴，只需要定期调整仰角，机构简单方便，但效率较低；也可以南北轴向布置，单轴跟踪太阳光，需要高效率的自动跟踪控制系统；如果集热器的旋转轴平行于地球的旋转轴，同时集热管垂直于太阳的效率最高，但结构复杂，集热管的管与管之间的连接也是如此。

太阳能热发电需要配备一套蒸汽发电设备，其中

根据导热液体的不同，槽式集热器将导热液体加热到400度左右。由于槽式太阳能热发电系统的传热管道特别长，为了减少热量损失，管道外要有保温材料，管道尽量短；长管道需要专业的泵来促进导热液体的循环，尽量降低导热液体泵的功率很重要。导热液体可以是苯醚混合液、加压水混合液、导热油等液体，传热方式可以是直接传热或相变传热。

传热液体通过热交换器将水加热成300左右的蒸汽，蒸汽带动汽轮机旋转，带动发电机发电。换热器有板、管等多种结构，这里不做介绍。云可能会阻挡阳光。为了保证系统的稳定运行，系统中应该有储热装置，如高温储热罐和低温储热罐。对于在低温下会冻结的导热液体，必须提供辅助加热器来保持导热液体的温度，以避免冻结。如果太阳能不足时需要供电，需要将天然气锅炉并联到系统中，以保证汽轮机的正常运行。图6是槽式太阳能热发电系统的框图。

图6-槽式太阳能热发电系统框图

热传输与交换系统

换热器输出的过热蒸汽送至汽轮机发电，汽轮机排出的蒸汽经冷凝器转化为水，再经给水泵送至换热器再次产生过热蒸汽，驱动汽轮机。发电机产生的电被变压器转换成高压电，输送到电网。

文章力量专家联盟

浙江大学