【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結(jié)構(gòu)，甚至兩套跟蹤系統(tǒng)，成本較高。日本在20世紀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。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）。反射鏡研究重點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700，聚焦光斑溫度可高達1500度。某公司采用曲面反射鏡，自主研發(fā)了復合拋物面的高溫聚熱器（）,采用二次聚光技術(shù)，內(nèi)反射鏡面由兩段對稱的拋物面和兩段沿拋物面交線對稱的漸開面組成的漸開線復合拋物面，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就是復合拋物面的高溫聚熱器。圖1復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透氣碳氈，17短螺栓反射鏡的制造工藝比較復雜，對材質(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，但其在戶外容易老化，需在其上鍍一層銅起保護作用。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涂層。此法只有比利時、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的機械性能和抗腐蝕、抗疲勞能力，它的設(shè)計需要有良好的材質(zhì)和運行靈活性。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)鏡架抗風沙強度較好, 對鏡面有保護作用,鏡本身可以做得很薄,有利于平整曲面的實現(xiàn)。鋼框架結(jié)構(gòu)鏡架減小了鏡面的重量, 減小了定日鏡運行時的能耗,使之更經(jīng)濟。但這種鋼框架結(jié)構(gòu)也帶來一個新問題, 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, 以避免雨水浸泡對鏡子的破壞。 針對此類問題設(shè)計了三種方式: 在鏡面最外層防護漆上粘結(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)計分為兩種：獨臂支架和圓形底座式支架。獨臂支架具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、較易密封等優(yōu)點, 但其穩(wěn)定性、抗風性也較差, 但為了達到足夠的機械強度, 防止被大風吹倒, 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, 機械結(jié)構(gòu)強度高, 且運行能耗少, 但其結(jié)構(gòu)比獨臂支架式復雜, 而且其底座軌道的密封防沙問題也有待進一步解決。某公司獨自研發(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，整體移動反射鏡不破損的優(yōu)點，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項發(fā)明專利，4項反射鏡專利，8項支架調(diào)形、調(diào)整設(shè)計專利。序號專利名稱專利號1定日鏡用反射鏡2一種基于提前量設(shè)計的復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高精度雙軸傳動減速機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)實力，未來研究方面是反射鏡的鏡面曲度設(shè)計和支架靈活性、穩(wěn)定性設(shè)計等，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。自動跟蹤控制技術(shù)研究定日鏡聚焦陽光需準確的跟蹤控制系統(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。程序控制是計算出太陽在一天中的位置，并通過電機驅(qū)動裝置運動到目標位置，該方法可克服傳感器控制的缺點，但存在累積誤差，且程序復雜，對控制器要求較高；傳感器控制方法是實時測量太陽光的方向，但實際應用中存在跟蹤死區(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，傳感器實時監(jiān)測做反饋的“閉環(huán)”控制，這種方式對程序進行累積誤差修正，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, 即利用時鐘來控制定日鏡的轉(zhuǎn)動角度。從上世紀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行時采用轉(zhuǎn)動基座( 圓形底座式) 或轉(zhuǎn)動基座上部轉(zhuǎn)動機構(gòu)( 獨臂支架式) 來調(diào)整定日鏡方位變化, 同時調(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, 同時調(diào)整鏡面仰角的方式來實現(xiàn)定日鏡的運行跟蹤, 這是由新的聚光跟蹤理論推導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，傳感器通過檢測光線強度、光電池一三象限電壓差、二四象限電壓差等信號，來確定電機的轉(zhuǎn)向和速度，編碼器編碼器2分別檢測高度角軸與方位角位置，電機1控制高度角軸，電機2控制方位角軸，兩軸的合成運動使跟蹤鏡頭始終跟隨太陽入射光線。 圖4 雙軸自動控制裝置定日鏡實現(xiàn)對陽光的實時跟蹤還需要傳動系統(tǒng)，把控制信息通過傳動系統(tǒng)來調(diào)整定日鏡的方位和角度變化。跟蹤傳動系統(tǒng)主要有三種傳動方式：齒輪傳動、液壓傳動、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或液壓傳動機構(gòu)。在定日鏡的設(shè)計研制中, 傳動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標準等。某公司在自動控制系統(tǒng)研究方面有2項發(fā)明專利：一種控制定日鏡傳動箱跟蹤誤差的阻尼裝置（），一種定日鏡自動控制系統(tǒng)（）。某公司自主研發(fā)了雙軸全自動跟蹤控制，與中科院聯(lián)合研發(fā)了三維跟蹤技術(shù)、高精度控制傳動技術(shù)、使聚光系統(tǒng)精度達到聚光系統(tǒng)精度達到177。，而且研發(fā)出蝸輪蝸桿式、軌道鏈傳動式和雙蝸輪均力式等三種不同的傳動方式，使設(shè)備運行耗電量小于 4W。下圖5是某自主研發(fā)的雙軸自動跟蹤控制系統(tǒng)。 圖5 某自主研發(fā)的雙軸自動控制跟蹤控制系統(tǒng)圖5中定日鏡的控制通過PLC（可編程控制器）完成對太陽角度的計算及指令代碼的轉(zhuǎn)換，將計算結(jié)果通過電動機進行控制字與反饋信號的雙向傳輸，控制電機按照既定的目標和速度運行，達到對日光的精確定位跟蹤。某公司的自動控制技術(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，傳動更靈活的自動控制裝置并應用于實踐。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，擴散阻擋層，吸收層，減反層組成，吸收比高達97%，發(fā)射比達7%，抗老化吸收，400℃空氣中，1600小時，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