【文章內(nèi)容簡介】 反射是太陽光經(jīng)一次聚光鏡聚光后，照射在真空集熱管上，有吸收涂層吸收后，完成光熱轉(zhuǎn)換。此聚光反射聚焦比低，在30100之間，聚焦溫度最高只能達(dá)400度作用，適合于小型的槽式發(fā)電系統(tǒng)。二次聚光主要有平面—拋物面反射聚光鏡、拋物面—拋物面發(fā)射聚光鏡、拋物面—CPC反射聚光鏡。平面—拋物面反射聚光鏡是用一組定日鏡將太陽光反射到一臺(tái)拋物面鏡上，陽光經(jīng)二次聚焦后，取得了較大聚光比，從而使系統(tǒng)取得較高的集熱溫度。但其一次反射的定日鏡和二次聚焦的拋物面鏡需要兩套傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，甚至兩套跟蹤系統(tǒng)，成本較高。日本在20世紀(jì)80年代采用定日鏡—拋物面反射聚光器完成1MW槽式電站。拋物面—拋物面發(fā)射聚光鏡，可在一次聚焦的拋物面鏡焦線處，放置二次聚焦拋物面鏡，集熱管放置在二次聚焦的拋物面焦線上，陽光經(jīng)二次聚焦后，取得了較大的聚光比，從而使系統(tǒng)得到較高的聚熱溫度。兩次聚光結(jié)構(gòu)放置在同一支架結(jié)構(gòu)上，可節(jié)省許多材料，降低成本，便于維護(hù)。拋物面—CPC反射聚光鏡是將二次聚焦的拋物面改為CPC結(jié)構(gòu)，集熱管放置在CPC的聚光帶上（CPC無焦點(diǎn)）。反射鏡研究重點(diǎn)主要是反射鏡曲度研究和制作工藝。反射鏡主要有平面反射鏡和曲面反射鏡，曲面反射鏡比平面反射鏡具有更高的聚光比和光斑溫度，曲面反射鏡的聚光比可高達(dá)700，聚焦光斑溫度可高達(dá)1500度。某公司采用曲面反射鏡，自主研發(fā)了復(fù)合拋物面的高溫聚熱器（）,采用二次聚光技術(shù)，內(nèi)反射鏡面由兩段對(duì)稱的拋物面和兩段沿拋物面交線對(duì)稱的漸開面組成的漸開線復(fù)合拋物面，有較大的聚光比和接受角度，聚光集熱效果好，成本低廉、易于操作。下圖1就是復(fù)合拋物面的高溫聚熱器。圖1復(fù)合拋物面的高溫聚熱器（1 底座加固支撐，2 橫梁底座，3 玻璃板固定板，4 內(nèi)反射聚光鏡支架， 5 吸收管支架， 6吸收管， 7 鋼化玻璃板， 8 螺栓，9 長螺栓 ，10固定拉桿，11 鉚釘，12保溫層內(nèi)罩，13 保溫層外罩，14內(nèi)反射聚光鏡，15 保溫層，16透氣碳?xì)郑?7短螺栓反射鏡的制造工藝比較復(fù)雜，對(duì)材質(zhì)要求很高，一般采用鍍銀金屬玻璃，銀具有吸收比低、反射比高（97%）的特點(diǎn)，但其在戶外容易老化，需在其上鍍一層銅起保護(hù)作用。目前鍍銀玻璃生產(chǎn)的主要工藝是曲面磁控濺射鍍膜法，其制造工藝為：平白超白玻璃熱彎磁控濺射鍍銀保護(hù)涂層。此法只有比利時(shí)、德國、法國等幾家企業(yè)掌握，國內(nèi)技術(shù)還是一片空白，只有某太陽能有限公司掌握了這項(xiàng)專利技術(shù)（），生產(chǎn)出磁控濺射雙曲面太陽能反光鍍銀玻璃鏡。下圖2是反射鏡結(jié)構(gòu)圖。 圖2 反射鏡結(jié)構(gòu)圖（2）支架定日鏡的支架需要有很強(qiáng)的機(jī)械性能和抗腐蝕、抗疲勞能力，它的設(shè)計(jì)需要有良好的材質(zhì)和運(yùn)行靈活性。目前支架主要有鋼板結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼板結(jié)構(gòu)鏡架抗風(fēng)沙強(qiáng)度較好, 對(duì)鏡面有保護(hù)作用,鏡本身可以做得很薄,有利于平整曲面的實(shí)現(xiàn)。鋼框架結(jié)構(gòu)鏡架減小了鏡面的重量, 減小了定日鏡運(yùn)行時(shí)的能耗,使之更經(jīng)濟(jì)。但這種鋼框架結(jié)構(gòu)也帶來一個(gè)新問題, 即鏡面支架與鏡面之間的連接, 既要考慮不破壞鏡面涂層, 又要考慮鏡子與支架之間結(jié)合的牢固性, 還要有利于雨水順利排出, 以避免雨水浸泡對(duì)鏡子的破壞。 針對(duì)此類問題設(shè)計(jì)了三種方式: 在鏡面最外層防護(hù)漆上粘結(jié)上陶瓷墊片, 用于與支撐物的連接。 用膠粘結(jié)。 用鉚釘固定。為了增加支架的靈活性，支架的底座設(shè)計(jì)分為兩種：獨(dú)臂支架和圓形底座式支架。獨(dú)臂支架具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、較易密封等優(yōu)點(diǎn), 但其穩(wěn)定性、抗風(fēng)性也較差, 但為了達(dá)到足夠的機(jī)械強(qiáng)度, 防止被大風(fēng)吹倒, 必須消耗大量的鋼材和水泥材料為其建鏡架和基座。圓形底座式定日鏡的基座一般均為金屬結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較好, 機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高, 且運(yùn)行能耗少, 但其結(jié)構(gòu)比獨(dú)臂支架式復(fù)雜, 而且其底座軌道的密封防沙問題也有待進(jìn)一步解決。某公司獨(dú)自研發(fā)了固定定日鏡的駁接爪裝置，就是利用比較靈活的每個(gè)駁接爪固定每塊定日鏡，具有安裝、拆卸、調(diào)整方便，整體移動(dòng)反射鏡不破損的優(yōu)點(diǎn)，下圖2是固定定日鏡的駁接爪裝置。 圖3 定日鏡的駁接爪裝置（1 定日鏡反射鏡，2 膠，3吸盤，4球頭螺栓，5壓緊螺母，6固定螺母，7 支撐架，8連接臂，9 駁接爪中心套，10調(diào)整螺母，11駁接爪固定桿，12 支架）某公司在定日鏡技術(shù)方面有12項(xiàng)發(fā)明專利，4項(xiàng)反射鏡專利，8項(xiàng)支架調(diào)形、調(diào)整設(shè)計(jì)專利。序號(hào)專利名稱專利號(hào)1定日鏡用反射鏡2一種基于提前量設(shè)計(jì)的復(fù)合拋物面的高溫聚熱器3一種定日鏡4一種大型太陽光聚光反射裝置5用于固定定日鏡反射鏡的駁接爪6一種定日鏡的反射鏡用支撐調(diào)整裝置7一種定日鏡的反射鏡用支撐調(diào)型裝置8高精度雙軸傳動(dòng)減速機(jī)9一種定日鏡的反射鏡夾持支撐調(diào)形裝置10一種單元反射鏡的調(diào)形裝置及調(diào)整方法11一種微弧菲涅爾反射鏡支撐調(diào)形裝置12一種太陽能槽式集熱器的集熱管可調(diào)支撐裝置某公司在定日鏡聚光技術(shù)研究方面具有雄厚的技術(shù)實(shí)力，未來研究方面是反射鏡的鏡面曲度設(shè)計(jì)和支架靈活性、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等，通過與山大研究中心的合作，在太陽能高溫發(fā)電聚光技術(shù)方面將有重大的技術(shù)突破，提高定日鏡的聚光比、反射比，降低定日鏡成本。自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)研究定日鏡聚焦陽光需準(zhǔn)確的跟蹤控制系統(tǒng)，跟蹤控制系統(tǒng)主要采用三種方式控制：程序控制、傳感器控制、程序與傳感器聯(lián)合控制的方法。程序控制是計(jì)算出太陽在一天中的位置，并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，該方法可克服傳感器控制的缺點(diǎn)，但存在累積誤差，且程序復(fù)雜，對(duì)控制器要求較高；傳感器控制方法是實(shí)時(shí)測(cè)量太陽光的方向，但實(shí)際應(yīng)用中存在跟蹤死區(qū)，跟蹤范圍窄；程序與傳感器混合控制的方法以程序控制為主，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)做反饋的“閉環(huán)”控制，這種方式對(duì)程序進(jìn)行累積誤差修正，使之在任何氣候條件下都能得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制，但由于成本和可靠性等問題，一直沒有被規(guī)?；褂谩Ｄ壳皬V泛采用的跟蹤控制方式是“開環(huán)”程序跟蹤方式, 即利用時(shí)鐘來控制定日鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。從上世紀(jì)80年代美國的Solar One到2005年西班牙的PS10均采用了這種控制方式。 定日鏡開環(huán)跟蹤控制方式主要有兩種：方位角 仰角跟蹤方式以及自旋 仰角跟蹤方式。方位角 仰角跟蹤方式是指定日鏡運(yùn)行時(shí)采用轉(zhuǎn)動(dòng)基座( 圓形底座式) 或轉(zhuǎn)動(dòng)基座上部轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)( 獨(dú)臂支架式) 來調(diào)整定日鏡方位變化, 同時(shí)調(diào)整鏡面仰角的方式。自旋 仰角跟蹤方式是指采用鏡面自旋, 同時(shí)調(diào)整鏡面仰角的方式來實(shí)現(xiàn)定日鏡的運(yùn)行跟蹤, 這是由新的聚光跟蹤理論推導(dǎo)出的一種新的跟蹤方法, 也叫“陳氏跟蹤方法”。陳氏跟蹤法比傳統(tǒng)的聚光跟蹤方法能更有效的接收太陽能。定日鏡跟蹤控制裝置主要采用雙軸跟蹤裝置：利用高度角一方位角式全跟蹤，通過兩電機(jī)分別控制高度角軸與方位角軸位置，如圖1所示。跟蹤箱內(nèi)裝有跟蹤傳感器，傳感器通過檢測(cè)光線強(qiáng)度、光電池一三象限電壓差、二四象限電壓差等信號(hào)，來確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度，編碼器編碼器2分別檢測(cè)高度角軸與方位角位置，電機(jī)1控制高度角軸，電機(jī)2控制方位角軸，兩軸的合成運(yùn)動(dòng)使跟蹤鏡頭始終跟隨太陽入射光線。 圖4 雙軸自動(dòng)控制裝置定日鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)陽光的實(shí)時(shí)跟蹤還需要傳動(dòng)系統(tǒng)，把控制信息通過傳動(dòng)系統(tǒng)來調(diào)整定日鏡的方位和角度變化。跟蹤傳動(dòng)系統(tǒng)主要有三種傳動(dòng)方式：齒輪傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、齒輪與液壓結(jié)合方式。由于平面鏡位置的微小變化都將造成反射光在較大范圍的明顯偏差, 因此目前采用的多是無間隙齒輪傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在定日鏡的設(shè)計(jì)研制中, 傳動(dòng)部件的密封防沙和防潤滑油外泄等也是重要環(huán)節(jié)。傳動(dòng)系統(tǒng)選擇的主要依據(jù)是: 消耗功率最小、跟蹤精確性好、制造成本最低、能滿足沙漠環(huán)境要求、具有模塊化生產(chǎn)可能性, 密封符合美國IP54標(biāo)準(zhǔn)等。某公司在自動(dòng)控制系統(tǒng)研究方面有2項(xiàng)發(fā)明專利：一種控制定日鏡傳動(dòng)箱跟蹤誤差的阻尼裝置（），一種定日鏡自動(dòng)控制系統(tǒng)（）。某公司自主研發(fā)了雙軸全自動(dòng)跟蹤控制，與中科院聯(lián)合研發(fā)了三維跟蹤技術(shù)、高精度控制傳動(dòng)技術(shù)、使聚光系統(tǒng)精度達(dá)到聚光系統(tǒng)精度達(dá)到177。，而且研發(fā)出蝸輪蝸桿式、軌道鏈傳動(dòng)式和雙蝸輪均力式等三種不同的傳動(dòng)方式，使設(shè)備運(yùn)行耗電量小于 4W。下圖5是某自主研發(fā)的雙軸自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)。 圖5 某自主研發(fā)的雙軸自動(dòng)控制跟蹤控制系統(tǒng)圖5中定日鏡的控制通過PLC（可編程控制器）完成對(duì)太陽角度的計(jì)算及指令代碼的轉(zhuǎn)換，將計(jì)算結(jié)果通過電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制字與反饋信號(hào)的雙向傳輸，控制電機(jī)按照既定的目標(biāo)和速度運(yùn)行，達(dá)到對(duì)日光的精確定位跟蹤。某公司的自動(dòng)控制技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平，未來研發(fā)方向：研發(fā)精確度更高的，傳動(dòng)更靈活的自動(dòng)控制裝置并應(yīng)用于實(shí)踐。集熱技術(shù)研究集熱系統(tǒng)是太陽能高溫發(fā)電的核心，集熱技術(shù)決定著高溫發(fā)電的效率，而集熱技術(shù)中的核心是選擇性吸收涂層，它決定著太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率，選擇性吸收涂層的性能指標(biāo)為：涂層的吸收比、發(fā)射比及其穩(wěn)定性。選擇性吸收涂層的性能決定于膜層材料和鍍膜工藝。選擇性吸收涂層一般采用氮化鋁不銹鋼做選擇性吸收涂層，但其耐高溫性能有限，太陽能高溫發(fā)電的選擇性吸收涂層采用耐高溫的金屬陶瓷做吸收涂層，高溫下性能穩(wěn)定，吸收比可達(dá)93%以上。選擇性吸收涂層的鍍膜工藝采用磁控濺射鍍膜，鍍的膜層均勻、不脫落、膜層之間相互干擾小，吸收比高、發(fā)射比低。某公司自主研發(fā)了磁控濺射干涉鍍膜技術(shù)，使用SSALN（氮化鋁金屬陶瓷）做集熱材料，膜層有紅外高反射金屬層，擴(kuò)散阻擋層，吸收層，減反層組成，吸收比高達(dá)97%，發(fā)射比達(dá)7%，抗老化吸收，400℃空氣中，1600小時(shí)，性能衰減小于5%，涂層性能處于國際領(lǐng)先水平。下圖6是某自主研發(fā)的太陽能選擇性吸收涂層圖。圖6 某自主研發(fā)的太陽能選擇性吸收涂層圖（1 紅外高反射金屬層，2 擴(kuò)散阻擋層，3 吸收層，4 減反射層，5 基材）高溫發(fā)電的集熱系統(tǒng)主要是通過選擇性吸收涂層把光能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，高溫發(fā)電的集熱器分為兩類：管式和腔體式。管式一般是鍍膜鋼管集熱器，腔體式一般是圓柱或錐形的集熱器，按吸熱介質(zhì)的不同可分為：熔鹽腔體式吸熱器、空氣網(wǎng)狀腔體式吸熱器、水蒸氣腔體式吸熱器。（1）鍍膜鋼管集熱器鍍膜鋼管集熱器由內(nèi)管、外管、真空夾層、吸氣劑、玻璃與金屬