太陽能反射器

太陽能反射器即“反射聚光器”也叫“太陽能聚光器”。

太陽能反射器是聚焦型太陽能集熱器的組成部分，它可以通過反射或折射使太陽能輻射聚集到吸收器上。太陽能反射器分反射式和折射式(透過式)兩類，有固定和跟蹤兩種運行方式。反射式太陽能反射器利用高反射率材料將分散的陽光會聚到接收器上；折射式太陽能反射器採用凸透鏡和費涅爾透鏡折射聚焦將陽光會聚到接收器上。

基本介紹

• 中文名：太陽能反射器
• 外文名：Solar reflector；Solar concentrator
• 別名：反射聚光器或太陽能聚光器
• 類型：反射式和折射式(透過式)兩類
• 運行方式：固定和跟蹤
• 優點：高熱能轉換效率

背景

太陽能主要以光—熱、光—電、光—化學、光—生物質等幾種轉換方式來利用，其中太陽能光—電轉換主要採用太陽能電池來實現。按基體材料分，太陽能電池主要分為兩類：一類是矽太陽能電池，包括單晶矽電池、多晶矽電池、非晶矽電池、微晶矽電池等；一類是化合物太陽能電池，主要包括單晶矽化合物電池、多晶矽化合物電池，矽太陽能電池一直是主流產品，其中多晶矽太陽能電池自1998年開始成為世界光伏發電市場的主角。

但是電池片常規轉換率在20以下，極大的限制了太陽能行業的發展，太陽能聚光器正是在此背景下對太陽能電池的更新換代產品，經過不斷試驗的數據，太陽能聚光器熱能轉換效率能達到80以上，可用於建築供熱供汽。也可直接併入電網用於發電。能大量節省煤炭天然氣等能源，市場前景十分廣闊。

太陽能反射器優點

太陽能聚光器與傳統的太陽能集熱器相比，線性鏡面的性能是很驚人的：即使沒有任何隔熱裝置和選擇性吸收體表面，能量流失只有入射能的10%。能有如此出色表現的原因就在於線性鏡面可集中入射光，它允許設備的熱量傳輸出去，這些熱量即使在沒有任何隔熱裝置的情況下仍然比熱量流失高很多。如此高的轉換效率充分解決太陽能電池片轉換效率不足的問題。產品廣泛用於建築光伏一體化系統，用太陽能代替煤炭天然氣等燃料，用以光伏發電上網和獨立發電系統，以滿足市場需求。

太陽能熱發電系統與光伏發電相比較，具有效率、造價低、技術成熟等優點，並且容易與化石燃料進行混合發電，成為當前太陽能開發和利用的一個主要研究方向。現階段，槽式、塔式和碟式是最為常見的三種太陽能熱發電系統，其中碟式熱發電系統相對於其他兩種方式而言，被認為是發展空間最大的一種。

太陽能反射器幾種類型

線性聚光反射器

線性聚光太陽能發電採用線聚焦技術，線性聚光器包括拋物面槽式系統和線性菲涅耳反射系統2種，利用很大的反射鏡來捕獲太陽的能量，並把太陽光反射和對焦集中到焦線上，在這條焦線上安裝有線性管狀集熱器，集熱器吸收聚焦後的太陽輻射能，把吸熱管內的流體加熱，然後產生過熱蒸汽，驅動渦輪發電機產生電力。線性集中聚光器系統通常由按南北向平行排列的大量聚光器組成，這樣保證最大限度地聚集太陽能。

1.拋物面槽式反射器

在美國太陽能熱發電領域中占主導地位的是拋物面槽式線性聚光系統，槽式太陽能發電系統由太陽能聚光器，以及吸熱配件或接收器和跟蹤機構組成。其中太陽能聚光器由許多彎曲的反射鏡組合裝配而成，安裝在支架上。吸熱管或接收器管沿著每個拋物形反射鏡的焦線固定安裝，用以吸收太陽輻射能，傳熱工質(不管是傳熱流體還是水/蒸汽)都要從太陽能集熱管中流過，從而產生過熱蒸汽，直接輸送到渦輪機用以發電。

該系統基本工作機理是利用若干個槽式採光板在單軸跟蹤機構作用下，將太陽光聚集到該系統的集熱器上，從而對傳熱工質進行加熱，並使之汽化產生蒸汽，蒸汽受熱膨脹對外做功，驅動發電機運行工作，進而達到發電的目的。另外，該熱發電系統安裝維護等方而較為方便，發電成本低，集熱器的散熱而積也比較大，相對於另外兩種發電系統，其技術較為成熟，並最早實現商業化，但其主要的缺點在於能量集中過程依賴於管道，管道質量的好壞將影響整個系統的集熱效果。

2.線性菲涅爾反射器系統

第二種線性聚光技術是線性菲涅爾反射器系統，該系統由反射鏡。聚光器和跟蹤機構組成。把平坦的或略有彎曲的反射鏡安裝配置在跟蹤器上，在反射鏡上方的空間安裝吸熱管，反射鏡把陽光反射到吸熱管。有時在聚光器的頂部加裝小型拋物面反射鏡，以加強陽光的聚焦。

碟式反射器

與其他聚光太陽能發電技術相比，碟式引擎系統產生的電力功率相對較少，通常在3~25萬kW的範圍內，很適合分散式套用，如果將多個這樣分布安裝的單元碟式。引擎系統整合成一簇，可以實現集中向電網供電，不但能緩解電力能源需求，還可以提高整個電網的運行安全性。整個發電系統安裝在一個雙軸跟蹤支撐機構上，實現定日跟蹤，連續發電，發電效率高達30%，在相同的運行溫度下，發電效率明顯高於槽式和塔式，是所有太陽能熱發電系統中效率最高的。缺點是碟式太陽能熱發電系統的單元發電容量較小。

碟式太陽能聚光器通常是由支架、連線桿、反射鏡和U形固定塊等部分組成，類似於拋物而雷達天線形狀。聚光器能將平行的太陽光反射聚焦在集熱器上，集熱器再將熱能傳遞給發電機，從而實現發電的效果。碟式聚光器作為該類型的熱發電系統中不可或缺的部件，其主要作用就是收集太陽能，此外，它還可套用於諸如太陽能空調、太陽能污水處理系統等領域，總而言之，碟式太陽能聚光器的性能的優劣會直接影響系統的總體性能。

碟式太陽能聚光器主要用來收集太陽能，是整個系統不可或缺的部件。由於該聚光器而積龐大，除受自身重力載荷影響外，對於外界風載荷等情況極為敏感，在風載荷作用下，容易導致曲而固鏡殼和網架發生塑性變形或破壞，嚴重的話，還會導致反射鏡而的擠壓破裂。為了獲得聚光器最佳的避風高度角和方位角，以及得到聚光器在不同位姿時的風載特性。

塔式反射器

塔式太陽能熱發電系統主要由日光反射鏡子系統。接收器組成，見圖。其中日光反射鏡子系統由大量大型。平坦的太陽跟蹤反射鏡構成，對太陽進行實時跟蹤，把太陽光聚焦到塔頂的接收器。在接收器中對傳熱流體進行加熱，產生高溫過熱蒸汽，過熱蒸汽推動常規渦輪發電機組發電。一些電力塔利用水。蒸汽作為傳熱流體。由於其卓越的傳熱和能量存儲能力，在其他先進的設計中，對其進行了熔融硝酸鹽試驗。具有商業規模的工廠可以生產200MW的電力造價十分昂貴，建設電站的投資很高。

聚光太陽能發電

基本原理

聚光太陽能發電使用拋物鏡將光線聚集到充有合成油的吸熱管上，再將加熱到約400攝氏度的合成油輸送到熱交換器里，將熱量通過此加熱循環水，將水加熱，產生水蒸氣，推動渦輪轉動使發電機運轉，以此來發電。

聚光太陽能發電與太陽能電池不同，太陽能電池使用太陽電池板將太陽能直接變成電能，可以在陰天操作，CSP一般只能夠在陽光充足、天氣晴朗的地方進行。

塔式太陽能熱發電系統，又稱之為集中型太陽能熱發電系統，其基本工作原理是利用安裝在地而上若干台大型定日鏡在雙軸跟蹤機構作用下，將太陽光反射聚集到接收塔上的吸熱器，吸熱器將太陽能轉化為熱能，熱能再傳給熱傳導工質，其受熱產生蒸汽，蒸汽膨脹則對外做功，驅動發電機運行工作，進而達到發電的目的。此外，該系統具有光電轉化效率高，可與其他能源進行混合發電及實現高溫儲能的優點，但其占地而積大，建設費用昂貴，並且聚光場和吸熱場的最佳化配合還需進一步研究。

發展現狀

對於光伏組件，大致可以分為非聚光的平板太陽電池組件、聚光光伏發電組件和薄膜電池組件等三類。前者套用最為普遍，後者尚處於開發之中，聚光光伏發電組件則由於結構尺寸較大和需要對日跟蹤，通常是用在有一定場地和空間的場合，市場主要定位在鄉村、台站和戶用的中型離網光伏電站及大型併網發電中心電站。

西方已開發國家（如美、日、德、澳等）主要發展平板太陽電池組件，從上世紀70年代起還發展聚光光伏發電組件，並達到了較高的技術水平和較大的規模。聚光光伏發電組件有反射式結構和折射式結構兩大類，但後來主要發展折射式的，其聚光透鏡常用點聚焦平板式和線聚焦柱面式兩種。點聚焦平板式與線聚焦柱面式聚光光伏發電組件相比，結構緊湊，聚光比高，所用電池少，但電池溫度較高（從而降低光電轉換效率和長期性能），對日跟蹤系統精度要求較高。

發展優勢

1、與其它產業相比具有產業競爭優勢

我國政府一直把研究開發太陽能和可再生資源技術列入國家科技攻關計畫，大大推動了我國太陽能和可再生能源技術的發展。二十多年來，太陽能利用技術和研究開發、商品化生產、市場開拓等方面都獲得了長足發展，成為快速穩定發展的新興產業之一。我國已在太陽能光伏利用領域做出了積極的發展，光伏技術在解決西部邊遠無電地區人民的生活用電發揮了作用。近幾年我國在西藏、青海、甘肅等地區投資建設光伏電站示範項目，為解決無電地區的供電問題作出了很大貢獻，並積累了寶貴的經驗。隨著我國光伏產業的發展，光伏能源將在中國的能源發展中占有舉足輕重的地位。

2、與水利發電、火力發電相比具有資源優勢

利用太陽做能源，沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒有噪聲，不產生有害的物質，因而不會污染環境，沒有公害。一年內到達地面的太陽輻射能的總量，要比地球上每年消耗的各種能源的總量大幾萬倍。我國寧夏、甘肅、青海、新疆、西藏的大部分地區年平均日照時間在3000h以上，如果光伏電站採用固定平板式結構，則大約有一半日照時間可利用，即年發電量為1.5kW﹒h/Wp﹒年；如果採用對日跟蹤平板式結構，年發電量約可提高40%，即達到2.1 kW﹒h/Wp﹒年的水平；若採用聚光式結構，年發電量約可提高47%，即達到2.2 kW﹒h/Wp﹒年。

3、與潛在的競爭對手相比具有市場優勢

我國是石化能源資源貧國，人均能源資源不足世界平均水平的一半，耗能是以煤炭為主（約占70%）。要實現2020年國內生產總值比2000年翻兩番的目標，能源供需矛盾十分突出，到時石化能源產生的CO₂排放量為全球第一（約占28%）。另外，我國西部地區約有2萬多個村、700多萬戶、3000多萬農牧民處於無電狀態。但是，我國是富太陽能資源國，全國2/3以上地區年日照超過2000小時，荒漠面積有108萬平方公里，主要分布在西北地區，適合安裝併網光伏發電系統，如果利用其中的1.38萬平方公裡面積，則裝機容量可達1380GWp，相當於我國2002年的全部用電量，因此市場潛量十分巨大。充分利用太陽能源發電，這一陽光工程將給西部地區尤其是西部貧困山區帶來極大的社會效益和經濟效益。