探讨太阳能中高温热利用技术研究与应用

摘要：太阳能中高温热利用技术是太阳能光热技术的一种重要发展趋势。本文阐述了当前我国太阳能中高温热利用技术的发展情况，结合某企业的案例，分析了中、高温太阳能真空集热管关键技术，开拓了太阳能光热技术的利用范围。

关键词：太阳能；中高温；热利用技术；光热发电

目前我国低温热利用技术已经成熟，大部分用于人们生活用水的供应。产品为真空管状的集热器；中温热利用技术一般为工农业应用为主，而高温热利用技术主要用于太阳能发电方面。世界当热应用正从以往的低温应用向中高温工业应用过渡。

一、当前我国太阳能中高温热利用技术的发展情况

第一，关于太阳能热利用技术，我国应用较晚，一般处于小型部件与材料的攻关工程中。世界发达国家已应用了金属玻璃型的集热管作为太阳能中温热利用的集热部件，应用成本高，影响了我国太阳能中温热技术的发展。某光热企业最新研发的中温全玻璃真空太阳集热管由企业与清华大学联合经历了三年研制的新产品。该产品为集热管的长级产品，其应用温度是80至150度，有效解决了集热管长时间高温工作中的真空维持问题，该产品被企业应用于研发太阳能空调制冷、地区建筑供暖等太阳能中温热应用技术。第二，我国太阳能高温发电技术研究较晚。槽式太阳能热发电系统中重要部件，例如：高温真空太阳集热管、储热单元等正处在研发时期。当前，我国已成功掌握了长达4厘米太阳能集热管的技术，有效解决了玻璃、金属非匹配封接的技术问题。第三，伴随我国新能源法律的实施，有些太阳能中高温使用的示范性工程已经实施。山东省制定了中温、高温太阳能真空集热管研发的战略规划。继续开拓全玻璃集热管的使用范围。

二、太阳能中高温光热利用的核心部件重要技术应用

（一）中温太阳能真空集热管技术

第一，中温涂层的设计与研发。在中温涂层的设计研发过程中，我国已选用环保型、高熔点的钛金属为磁控溅射的材料。展开了大量的相关试验，最终确定了涂层的工艺参数，制成了中温范围的选择性的吸收涂层。第二，双效真空维持技术。全玻璃真空太阳能集热管的真空夹层设计可以良好地避免由于热传递、空气对流引起的热量损失现象。进而增强集热管的保湿性能。而中温太阳能真空集热管因为不断应用的时候温度会很高，其夹层内部各个部件的放气量远远大于较常规集热管，为了确保设备可以平稳工作与较长的使用期限，中温太阳能真空集热管对真空的维持技术要求较高。通过展开大量的试验，企业设计研发了双效吸气剂激活与测试仪。并且，合理确定了相应的工艺条件、号型、用量、安装方位等。使得最后两种吸气剂达到了优势互补的作用。同时，研发了中温太阳能真空集热管的连续排气系统。温场的温度差异小于二十度，达到了排气工艺的自动化，确保了排气工艺的稳定性能。第三，中温太阳能真空集热管有关的检测技术。现阶段，国家对太阳能集热管中温光热系统未作出明确的性能参数、检测设备、检测方式的规定。企业在研制中温太阳能真空集热管期间，对各种性能参数检测设备及方法展开了一系列的研究，形成了适用中温太阳能真空集热管的检测标准与测试系统。已研发了中温吸气剂检测每个与真空校准技术。通过我国计量部门的验证，可以对排气工艺对中温吸气剂的激活过程进行模拟试验。优化了传统集热管真空的测试技术，极大地提升了控温的精度，温场的温差不超过5度，能够实现智能化控制，还具备分段控温的性能，从而达到了中温太阳能真空集热管的真空品质的测试标准。

（二）高温真空太阳集热管

第一，高温涂层的设计与研发。高温真空太阳能集热管内部的工作温度可以高达400度，常规的太阳能选择性的吸收涂层越来越不能适应此高温状态下的长时间工作环境。为此，企业联合了清华大学，共同研发了高温太阳能选择性吸收涂层。应用了金属陶瓷吸收层、金属红外反射层、介质减反层等多层吸收薄膜构造。涂层的金属材料主要包括Mo、W、Ni、Cu、Y等，介质的材料选择了折射率较低的Al、Si等氮氧化物。可以在超过500度的高温环境下长期工作，涂层吸收太阳能一般超过094，当温度达到400度时，发射比不会超过0.14。第二，玻璃金属封接技术。罩玻璃管与金属封接环主要应用两种封接形式。其一，研发了非匹配性直接熔封技术。罩玻璃管理选用硼硅3.3玻璃，具有高抗机械冲击强度、高透过、耐酸碱、耐水的腐蚀性，金属封接环选择的是不锈钢的材料。经过精细加工制作、表面处理等方式，对金属封接环的结构参数、应用状态等进行有效地调节，同时，改进了传统熔封工艺及其后序的处理技术。进而达到了金属封接环与硼硅玻璃的直接熔封。其中，玻璃金属封接部分十分牢固，可以承受450度缓变高温与200度急速的热冲击压力，其漏率极其小。其二，匹配封接。经过了自主研发，企业制成了玻璃窑炉，研制了硼硅5.0玻璃為罩玻璃管，金属封接环为可伐的合金。这种玻璃不但具有硼硅33玻璃的特点，而且具有与金属相匹配的线性膨胀的系数，有效地促进了金属与玻璃之间的封接，解决了封接难的问题。

三、结语

我国中温太阳能真空集热管的研发与应用开拓了太阳能光热利用技术的应用范围，为中温热利用技术的发展打下了坚实的基础。同时，在高温真空太阳能集热管的研发方面也取得了较大的进步，已对高温真实集热管、高温涂层、玻璃金属封接等重要技术展开了深入地研究，从而推动了整个太阳能热利用领域的发展。

参考文献：

[1]杜中玲.太阳能中高温热利用及其储热技术的应用研究[D].东南大学，2015.

[2]非言.技术进步或推太阳能中高温热利用大发展[J].太阳能，2012（12）：42.

[3]王红梅，俞自涛，胡亚才，张良，倪煜，樊建人.太阳能中高温热利用技术及其经济性分析[J].能源工程，2012（03）：2124.

作者简介：韦锐，女，广西大化人，本科，毕业于广西科技大学（原广西工学院），助理工程师，研究领域为技术管理、聚焦型中高温太阳能集热及应用。