陶瓷材料在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

       太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電的一項清潔能源技術(shù)。部分陶瓷材料被應(yīng)用到太陽能系統(tǒng)的吸熱器上面。

       太陽能發(fā)電系統(tǒng)工作原理和對加熱器的要求

太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理

太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要是通過利用槽形拋物面反射鏡、或者盤狀拋物面鏡聚光集熱器、或者大型地面反光鏡將太陽光纖聚焦到集熱器上，對傳熱工質(zhì)進行加熱，經(jīng)過換熱產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電的能源動力系統(tǒng)。因此吸熱器需要有極強的耐高溫的性能。

由于太陽能聚光能流密度的不均勻和不穩(wěn)定性，所以對于瓷吸熱體材料有如下要求：

（1）高溫抗氧化性，材料在長期高溫工作環(huán)境中不會發(fā)生氧化破壞；

（2）良好的高溫力學(xué)性能和抗熱震性能，能夠避免材料熱斑破壞；

（3）高的太陽輻射吸收率，使材料能夠充分吸收太陽輻射能量；

（4）具有三維或者二維的連通結(jié)構(gòu)，保證材料高滲透率，使空氣流阻小，利于空氣流的分布均勻與穩(wěn)定；

（5）高比表面積，保證材料具有大的換熱面積，保證與空氣的充分換熱。

什么樣的陶瓷材料可以應(yīng)用到太陽能發(fā)電系統(tǒng)中：

以塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)為例，因其具有聚光比高（200~1000kW/㎡）、熱力循環(huán)溫度高、熱損耗小、系統(tǒng)簡單且效率高的特點在太陽能發(fā)電上被大力推崇。吸熱器作為塔式太陽能熱發(fā)電的核心器件，需要承受比自然光強200-300倍的輻射強度，工作溫度可高達一千℃以上，所以其性能對熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和工作效率非常重要。傳統(tǒng)的金屬材料吸熱體工作溫度受限，使得瓷吸熱材料成為新的研究熱點。吸熱陶瓷材料主要分以下幾種：

①氧化鋁陶瓷：可承受1000℃以上的高溫，機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性高，且耐酸堿、導(dǎo)熱性能良好、絕緣強度、電阻率、耐磨損；劣勢在于工作溫度高但熱導(dǎo)率和太陽輻射吸收率低，自身顏色為白色使得其被用作吸熱體的同時必須要在表面上涂覆涂層，由此來增加太陽輻射吸水率。高溫使用過程中產(chǎn)品基體與涂層易產(chǎn)生開裂，再加上抗震性不好，使得實際使用受限。

②堇青石陶瓷：具有熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性好、且比表面積大等特點，但因為強度低，通常需要添加莫來石、氧化鋯等第二相來提高其強度。不過堇青石瓷吸熱體材料同氧化鋁陶瓷吸熱體問題相同，僅適用于中溫吸熱體材料。

有實驗研究表明，以合成莫來石和合成堇青石為原料,廢玻璃粉和鈦酸鋁為燒結(jié)助劑,采用常壓燒結(jié)制備的莫來石-堇青石復(fù)相陶瓷，還可用作太陽能發(fā)電用的輸熱管道材料。

③碳化硅陶瓷：具有高強度、比表面積大、抗腐蝕、抗氧化、良好的隔熱性、抗熱震性和耐高溫性等優(yōu)良特性，相較于氧化鋁和堇青石瓷吸熱體材料具有更好的高溫性能。

有研究結(jié)果表明，采用燒結(jié)碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲得高達1200℃的出口空氣溫度，材料沒發(fā)生破壞。

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