夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡的優(yōu)勢與發(fā)展前景

中國建筑材料科學(xué)研究總院 玻璃科學(xué)研究院 ■ 張凡 付靜 陳瑋 穆元春 劉超英 張洋 徐志偉

0 引言

隨著太陽能熱發(fā)電被列入國家“十二五”重點(diǎn)支持項目的行列，太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)入一個研究高峰期，預(yù)計2015年我國太陽能熱發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?000 MW，2020年的裝機(jī)總?cè)萘繛?000 MW[1-2]。與此同時，世界各國也大幅度提升本國的太陽能發(fā)電裝機(jī)目標(biāo)。由此可見，反射鏡作為太陽能熱發(fā)電聚光器的核心部件，擁有廣闊的市場前景。

關(guān)于太陽能熱發(fā)電用反射鏡，國外以4 mm彎鋼鍍鏡為主，該產(chǎn)品的制備技術(shù)和裝備被德國Schott、德國Flagbeg、以色列Solel和意大利Achimide等少數(shù)幾家外國公司壟斷，引進(jìn)費(fèi)用高昂[3-5]。

反射鏡是太陽能熱發(fā)電聚光器的核心部件，夾層式反射鏡作為一種新型CSP聚光反射鏡，既滿足高反射率、高聚焦比的要求，又具備強(qiáng)度高、形變小、抗風(fēng)載荷能力強(qiáng)、使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)。中國建筑材料科學(xué)研究總院玻璃科學(xué)研究院自2009年開始研發(fā)夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡，成功地將熱彎精確成型、超薄玻璃化學(xué)增強(qiáng)、特殊夾層及邊部密封等軍工產(chǎn)品先進(jìn)技術(shù)在夾層玻璃反射鏡產(chǎn)品上得到了轉(zhuǎn)化。

1 夾層式與彎鋼鍍鏡太陽能熱發(fā)電反射鏡簡介

夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡是將高反射率高強(qiáng)度1.1 mm超薄銀鏡與精確成型的3～4 mm玻璃背板粘合在一起，既滿足高反射率、高聚焦比，又具備高強(qiáng)度、抗風(fēng)載能力強(qiáng)的一種新型CSP聚光反射鏡。槽式復(fù)合夾層式反射鏡結(jié)構(gòu)與實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 槽式復(fù)合夾層式反射鏡

彎鋼鍍鏡是指以平板玻璃為原片，經(jīng)過熱彎、鋼化、鍍鏡等一系列工藝后制備出的單片太陽能聚光反射鏡，一般采用4 mm玻璃原片。實(shí)物如圖2所示。

圖2 彎鋼鍍鏡太陽能反射鏡實(shí)物圖

2 夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡的優(yōu)勢

夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡以其獨(dú)有的夾層式結(jié)構(gòu)設(shè)計，與普通彎鋼鍍鏡相比具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

1）玻璃具有透過率高、輕質(zhì)高強(qiáng)、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)，是理想的反射鏡基材。玻璃厚度每增加1 mm，對光線的吸收增加1%～2%，用1.1 mm超薄玻璃取代4 mm厚玻璃，能減少光線吸收損耗3%～6%，有利于提高反射鏡的反射率，同時可實(shí)現(xiàn)冷態(tài)彎曲復(fù)合成型。

2）由于反射鏡是夾層式結(jié)構(gòu)抗風(fēng)壓能力強(qiáng)，在風(fēng)載荷條件下啟動彈性形變小，有利于降低抖動對聚光效果的影響，中間膠合層有利于反射鏡中應(yīng)力的釋放，使反射鏡不被破壞。

3）反射鏡層合式結(jié)構(gòu)設(shè)計的最大優(yōu)勢在于，即使反射鏡受沖擊破碎，在中間膠合層的粘結(jié)作用下，仍能保持整體而不脫落，對反射率沒有絲毫影響，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖3為普通單片鋼化反射鏡碎裂后形貌，圖4為層合式反射鏡碎裂后形貌，可以看出：層合式結(jié)構(gòu)鏡子碎裂后仍保持整體形貌結(jié)構(gòu)，對聚光影響較小，這一特點(diǎn)是單片彎鋼鍍鏡所不能比擬的。

圖3 單片鋼化反射鏡碎裂

圖4 層合結(jié)構(gòu)反射鏡碎裂

4）層合式結(jié)構(gòu)將1.1 mm鏡子的背漆面與4 mm厚玻璃背板粘結(jié)，邊部采用密封膠密封保護(hù)，避免了背漆面與外界環(huán)境直接接觸，有效阻止了背漆起泡、脫落等現(xiàn)象，延長了整體反射鏡的使用壽命。圖5為彎鋼鍍鏡背面圖，背漆直接暴露在空氣中，圖6為夾層式反射鏡背面圖，鏡子背漆面與背板粘結(jié)，未與外界直接接觸，對背漆起到了有效的保護(hù)作用。

圖5 彎鋼鍍鏡反射鏡背面圖

圖6 夾層式反射鏡背面圖

3 夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡技術(shù)參數(shù)

針對我們自行研制的夾層式反射鏡，在國家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行了質(zhì)量檢測，具體檢測項目及指標(biāo)如表1所示。

由表1可知，夾層式反射鏡具有較高的反射率，本身較好的耐沖擊強(qiáng)度及耐候性保證在環(huán)境惡劣的地區(qū)長期使用，使用壽命保守估計25年以上。

表1 夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡技術(shù)參數(shù)

4 夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡的發(fā)展前景

在中國西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古高原等地的太陽能資源相對豐富，其中，西藏西部太陽能資源最豐富，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。但是由于我國西部地區(qū)降水較少、氣候干旱、多風(fēng)沙天氣，氣候相對惡劣[1,6-7]。

夾層式反射鏡抗風(fēng)壓能力強(qiáng)，在風(fēng)載荷條件下彈性形變小，能有效降低反射鏡的抖動，對聚光效果影響較??；同時，夾層式結(jié)構(gòu)能有效保護(hù)反射鏡的背漆，在強(qiáng)紫外環(huán)境下延長反射鏡的使用壽命。因此，夾層式反射鏡在我國太陽能資源豐富，但風(fēng)沙相對較大、紫外照射強(qiáng)度高的地區(qū)具有更好的應(yīng)用前景，在保證高反射、高聚光的條件下，更具有較高的使用壽命。

目前，我院的反射鏡產(chǎn)品已經(jīng)在西安航空動力有限公司、蘭州大成科技有限公司、北京電影機(jī)械研究所、益科博能源科技(上海)有限公司的光熱發(fā)電示范線上得到了應(yīng)用。隨著夾層式光熱太陽能發(fā)電技術(shù)的日益完善，夾層式太陽能熱發(fā)電反射鏡將擁有更廣闊的市場。

[1]張遜寶，吳慶輝，寧傳科. 我國太陽能建筑應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向探討[J]. 節(jié)能，2012，(3):15－18.

[2]許學(xué)軍. 光伏光熱共享陽光盛宴[J]. 陽光能源，2011，(2)：8－9.

[3]陳婕. 淺析玻璃的性能及復(fù)合性質(zhì)[J]. 廣東建材，2012，(1)：106－108.

[4]能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃(摘選)[J]. 太陽能，2013，(4)：6－14.

[5]葛曉敏. 全球太陽能動態(tài)概覽[J].太陽能，2012，(18)：45－47.

[6]黃素逸，黃樹紅，等. 太陽能熱發(fā)電原理及技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2012.

[7]Li Xin，Wang Zhifeng，Zhang Meimei，et al. The experimental analysis on thermal performance of a solar dish concentrator [A]. Proceedings of ISES Solar World Congress 2007[C]. Beijing，China，2007.