太阳能集热在清洁能源供热的应用

孙亚楠

摘要：随着人们对于环境保护和能源开发呼声的不断高涨，太阳能作为一种清洁能源，其开发和利用也成为了人类寻求新能源的热点，具有广泛的发展前景。文中先对太阳能集热的工作原理及清洁能源供热基本内容进行分析，再结合实际案例，分析其在实际项目当中的应用情况，希望通过本次研究可以成为今后太阳能碟式供热系统的推广应用奠定基础。

关键词：太阳能集热；碟式光热供暖系统；项目应用

太阳能热发电是利用槽式聚光镜将太阳光聚在一条线上，在这条线上安装吸热管，吸收太阳能并对传热工具进行加热，再借助蒸汽的动力循环发电。槽式吸热管是将太阳能转变为热能的核心部件，其熱性能和结构可靠性将直接决定整个槽式热发电站的热效率和经济成本。从国际商业化的槽式太阳能热发电站运行和维护的统计数据来看，吸热管真空失效和破损是造成太阳能热发电站经济损失的最主要因素。吸热管真空失效和破损需要及时更换，以免影响电站运行，会大幅提高电站的维护成本，降低整个电站的经济性。

1集热系统

1.1塔式集热系统

平面镜是塔式集热系统的一个主要组成部分，一旦定日镜的传动不能连续进行，集热器就不能接收到反射光线，因此定日镜如何以恰当的方式进行远距离跟踪是该系统的一个技术突破点。这种镜子具备独立的太阳追踪系统，双轴单轴均有。当集热塔接收太阳光后，该系统可对其进行开环或闭环控制。

接收器由预热、蒸发和再热器三大部分组成，主要作用是间接或直接地接收“镜场”四周分布的热量。聚焦点的温度需控制在一定范围内，以免光斑在风的作用下出现晃动时，温度高低不定。受热面在太阳能的作用下，温度达到一定程度后，将自身的热量向四周散发是间接接收器的主要工作原理。间接接收器的一个代表是管状接收器，由于其加热的温度过高，光斑的位置常常不确定，加上其他不确定的因素，温度也常常不够稳定，常造成各种不良后果。当介质不够或流动不畅时，接收器会开启自身相关的保护功能，必要时及时改变镜场的倾斜度，或采取一定的隔离措施，以减轻接收器温度过高带来的不良后果。

值得注意的是，集热塔相关工作人员的操作应按照具体的工作流程实施，切勿在接收器高温运行时登塔。

1.2槽式集热系统

首先，与塔式集热系统不同的是，槽式集热系统主要组成部分是集热管形成的抛物面，且大多串联成槽型。其次，这个系统也带有相应的追踪太阳的系统。最后，恰当地设置传动系统的具体参数以及采取一定的措施以减少风力对该系统的影响是该系统的一大技术突破点。

槽式集热系统当然也有其自身的劣势。当热流分布多少不等时，周围环境的冷热也常常各不相同，这容易引起吸热管不耐受，损坏以致不起作用；当集热管中的高热导体流失时，由于其温度过高，常常容易引发严重的后果，比如火灾；当没有足够的电力及时的供应本系统时，高温传导介质则容易变性而失去作用。

1.3其他集热系统

首先，与塔式集热系统和槽式集热系统不同的是，碟式集热系统主要组成部分是反射镜，各镜子之间的关联性常常不大，但性能好，耗电低，聚光好，但是，因为这个系统具有存储空间不足、高昂的价格以及温度过高等劣势，人们对其常望而却步。

与碟式集热系统不同的是，菲涅尔式集热系统主要组成部分是镜面和集热管，这个系统的前身是抛物面式的槽式集热系统，此系统以槽式集热系统为基础，在镜面上，采用其特有的菲涅尔类型，从而优化了镜面的内部结构。当热流分布多少不等时，周围环境的冷热也常常各不相同，这容易引起吸热管不耐受，损坏以致不起作用。

2太阳能集热系统在清洁能源供热项目中的应用

2.1碟式太阳能热发电系统的应用

碟式太阳能热发电系统如图1所示，主要由聚光器、接收器、斯特林发动机、发电机组成。聚光器由抛物面反射镜组成，聚焦点位于接收器的开口处。接收器将聚光器汇聚的光能转化为热能产生高温，驱动斯特林发动机带动发电机转动，实现太阳能转换为电能。该系统使用双轴跟踪太阳，晚上当辐照度变得太低而不能产生电力时，返回到起始收集位置。本系统的部件尺寸及其技术规格如表1所示。

2.2项目具体细节

以一套25kW碟式太阳能热发电系统为研究对象，对系统的各个部件进行数学建模并计算在典型工作条件下各个部件的热效率和效率，评估各个部件的性能。分析结果表明：

（1）聚光器自身光学性质及接收器内工质吸热升温的熵增造成损失，导致集热子系统效率远低于本身热效率。

（2）斯特林发电机的能量损失和损失分别占了总能量损失和总损失的绝大部分。所以提高碟式太阳能热发电系统效率的关键在于提高斯特林发电机的转换效率。

系统的运行过程如下：（1）用户进出水口、电锅炉及太阳能供暖系统为共用，采用并联的方式来进行连接；（2）进入到采暖期时需要对系统进行检查和压力测试，了解是否存在漏水现象；（3）供暖之前必须要经过预加热工序，额定设计的进出水温度分别为95度和70度。（4）有白天与夜晚供暖部分，白天为直接供暖，晚上需要使用白天储存的水进行供暖。（5）具有智能化调节功能，不仅在室内温度调节还表现在阴天或者日照不足时的调节。

3结语

本文梳理和总结了太阳能热利用技术在我国温室中的应用现状与主要形式，并对该技术的发展提出了展望。未来，资源节约型和环境友好型的温室生产方式将得到进一步的推广和应用。

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（作者单位：唐山市热力总公司）