探討太陽能中高溫?zé)崂眉夹g(shù)研究與應(yīng)用

摘要：太陽能中高溫?zé)崂眉夹g(shù)是太陽能光熱技術(shù)的一種重要發(fā)展趨勢(shì)。本文闡述了當(dāng)前我國(guó)太陽能中高溫?zé)崂眉夹g(shù)的發(fā)展情況，結(jié)合某企業(yè)的案例，分析了中、高溫太陽能真空集熱管關(guān)鍵技術(shù)，開拓了太陽能光熱技術(shù)的利用范圍。

關(guān)鍵詞：太陽能；中高溫；熱利用技術(shù)；光熱發(fā)電

目前我國(guó)低溫?zé)崂眉夹g(shù)已經(jīng)成熟，大部分用于人們生活用水的供應(yīng)。產(chǎn)品為真空管狀的集熱器；中溫?zé)崂眉夹g(shù)一般為工農(nóng)業(yè)應(yīng)用為主，而高溫?zé)崂眉夹g(shù)主要用于太陽能發(fā)電方面。世界當(dāng)熱應(yīng)用正從以往的低溫應(yīng)用向中高溫工業(yè)應(yīng)用過渡。

一、當(dāng)前我國(guó)太陽能中高溫?zé)崂眉夹g(shù)的發(fā)展情況

第一，關(guān)于太陽能熱利用技術(shù)，我國(guó)應(yīng)用較晚，一般處于小型部件與材料的攻關(guān)工程中。世界發(fā)達(dá)國(guó)家已應(yīng)用了金屬玻璃型的集熱管作為太陽能中溫?zé)崂玫募療岵考瑧?yīng)用成本高，影響了我國(guó)太陽能中溫?zé)峒夹g(shù)的發(fā)展。某光熱企業(yè)最新研發(fā)的中溫全玻璃真空太陽集熱管由企業(yè)與清華大學(xué)聯(lián)合經(jīng)歷了三年研制的新產(chǎn)品。該產(chǎn)品為集熱管的長(zhǎng)級(jí)產(chǎn)品，其應(yīng)用溫度是80至150度，有效解決了集熱管長(zhǎng)時(shí)間高溫工作中的真空維持問題，該產(chǎn)品被企業(yè)應(yīng)用于研發(fā)太陽能空調(diào)制冷、地區(qū)建筑供暖等太陽能中溫?zé)釕?yīng)用技術(shù)。第二，我國(guó)太陽能高溫發(fā)電技術(shù)研究較晚。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中重要部件，例如：高溫真空太陽集熱管、儲(chǔ)熱單元等正處在研發(fā)時(shí)期。當(dāng)前，我國(guó)已成功掌握了長(zhǎng)達(dá)4厘米太陽能集熱管的技術(shù)，有效解決了玻璃、金屬非匹配封接的技術(shù)問題。第三，伴隨我國(guó)新能源法律的實(shí)施，有些太陽能中高溫使用的示范性工程已經(jīng)實(shí)施。山東省制定了中溫、高溫太陽能真空集熱管研發(fā)的戰(zhàn)略規(guī)劃。繼續(xù)開拓全玻璃集熱管的使用范圍。

二、太陽能中高溫光熱利用的核心部件重要技術(shù)應(yīng)用

（一）中溫太陽能真空集熱管技術(shù)

第一，中溫涂層的設(shè)計(jì)與研發(fā)。在中溫涂層的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，我國(guó)已選用環(huán)保型、高熔點(diǎn)的鈦金屬為磁控濺射的材料。展開了大量的相關(guān)試驗(yàn)，最終確定了涂層的工藝參數(shù)，制成了中溫范圍的選擇性的吸收涂層。第二，雙效真空維持技術(shù)。全玻璃真空太陽能集熱管的真空夾層設(shè)計(jì)可以良好地避免由于熱傳遞、空氣對(duì)流引起的熱量損失現(xiàn)象。進(jìn)而增強(qiáng)集熱管的保濕性能。而中溫太陽能真空集熱管因?yàn)椴粩鄳?yīng)用的時(shí)候溫度會(huì)很高，其夾層內(nèi)部各個(gè)部件的放氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于較常規(guī)集熱管，為了確保設(shè)備可以平穩(wěn)工作與較長(zhǎng)的使用期限，中溫太陽能真空集熱管對(duì)真空的維持技術(shù)要求較高。通過展開大量的試驗(yàn)，企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)了雙效吸氣劑激活與測(cè)試儀。并且，合理確定了相應(yīng)的工藝條件、號(hào)型、用量、安裝方位等。使得最后兩種吸氣劑達(dá)到了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用。同時(shí)，研發(fā)了中溫太陽能真空集熱管的連續(xù)排氣系統(tǒng)。溫場(chǎng)的溫度差異小于二十度，達(dá)到了排氣工藝的自動(dòng)化，確保了排氣工藝的穩(wěn)定性能。第三，中溫太陽能真空集熱管有關(guān)的檢測(cè)技術(shù)。現(xiàn)階段，國(guó)家對(duì)太陽能集熱管中溫光熱系統(tǒng)未作出明確的性能參數(shù)、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)方式的規(guī)定。企業(yè)在研制中溫太陽能真空集熱管期間，對(duì)各種性能參數(shù)檢測(cè)設(shè)備及方法展開了一系列的研究，形成了適用中溫太陽能真空集熱管的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試系統(tǒng)。已研發(fā)了中溫吸氣劑檢測(cè)每個(gè)與真空校準(zhǔn)技術(shù)。通過我國(guó)計(jì)量部門的驗(yàn)證，可以對(duì)排氣工藝對(duì)中溫吸氣劑的激活過程進(jìn)行模擬試驗(yàn)。優(yōu)化了傳統(tǒng)集熱管真空的測(cè)試技術(shù)，極大地提升了控溫的精度，溫場(chǎng)的溫差不超過5度，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制，還具備分段控溫的性能，從而達(dá)到了中溫太陽能真空集熱管的真空品質(zhì)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

（二）高溫真空太陽集熱管

第一，高溫涂層的設(shè)計(jì)與研發(fā)。高溫真空太陽能集熱管內(nèi)部的工作溫度可以高達(dá)400度，常規(guī)的太陽能選擇性的吸收涂層越來越不能適應(yīng)此高溫狀態(tài)下的長(zhǎng)時(shí)間工作環(huán)境。為此，企業(yè)聯(lián)合了清華大學(xué)，共同研發(fā)了高溫太陽能選擇性吸收涂層。應(yīng)用了金屬陶瓷吸收層、金屬紅外反射層、介質(zhì)減反層等多層吸收薄膜構(gòu)造。涂層的金屬材料主要包括Mo、W、Ni、Cu、Y等，介質(zhì)的材料選擇了折射率較低的Al、Si等氮氧化物。可以在超過500度的高溫環(huán)境下長(zhǎng)期工作，涂層吸收太陽能一般超過094，當(dāng)溫度達(dá)到400度時(shí)，發(fā)射比不會(huì)超過0.14。第二，玻璃金屬封接技術(shù)。罩玻璃管與金屬封接環(huán)主要應(yīng)用兩種封接形式。其一，研發(fā)了非匹配性直接熔封技術(shù)。罩玻璃管理選用硼硅3.3玻璃，具有高抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度、高透過、耐酸堿、耐水的腐蝕性，金屬封接環(huán)選擇的是不銹鋼的材料。經(jīng)過精細(xì)加工制作、表面處理等方式，對(duì)金屬封接環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、應(yīng)用狀態(tài)等進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，同時(shí)，改進(jìn)了傳統(tǒng)熔封工藝及其后序的處理技術(shù)。進(jìn)而達(dá)到了金屬封接環(huán)與硼硅玻璃的直接熔封。其中，玻璃金屬封接部分十分牢固，可以承受450度緩變高溫與200度急速的熱沖擊壓力，其漏率極其小。其二，匹配封接。經(jīng)過了自主研發(fā)，企業(yè)制成了玻璃窯爐，研制了硼硅5.0玻璃為罩玻璃管，金屬封接環(huán)為可伐的合金。這種玻璃不但具有硼硅33玻璃的特點(diǎn)，而且具有與金屬相匹配的線性膨脹的系數(shù)，有效地促進(jìn)了金屬與玻璃之間的封接，解決了封接難的問題。

三、結(jié)語

我國(guó)中溫太陽能真空集熱管的研發(fā)與應(yīng)用開拓了太陽能光熱利用技術(shù)的應(yīng)用范圍，為中溫?zé)崂眉夹g(shù)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在高溫真空太陽能集熱管的研發(fā)方面也取得了較大的進(jìn)步，已對(duì)高溫真實(shí)集熱管、高溫涂層、玻璃金屬封接等重要技術(shù)展開了深入地研究，從而推動(dòng)了整個(gè)太陽能熱利用領(lǐng)域的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：韋銳，女，廣西大化人，本科，畢業(yè)于廣西科技大學(xué)（原廣西工學(xué)院），助理工程師，研究領(lǐng)域?yàn)榧夹g(shù)管理、聚焦型中高溫太陽能集熱及應(yīng)用。