| 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) | |||
| Dish Solar Thermal Power System | |||
前面介紹的槽式、塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用多個(gè)反射器大面積聚集熱量，集中加熱水變蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電；而碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)每個(gè)功率為數(shù)十千瓦（小的為數(shù)千瓦），碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可單獨(dú)存在，也可多臺(tái)組成碟式太陽能熱發(fā)電場。 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由碟式聚光鏡、接收器、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組成，目前峰值轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%以上，很有發(fā)展前途。 |
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| 碟式拋物面反射鏡 | |||
| 每個(gè)碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)都有一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡用來匯聚太陽光，該反射鏡一般為圓形像碟子一樣，故稱為碟式反射鏡。由于反射鏡面積小則幾十平方米，大則數(shù)百平方米，很難造成整塊的鏡面，是由多塊鏡片拼接而成。一般幾kW的小型機(jī)組用多塊扇形鏡面拼成園形反射鏡，如圖1左側(cè)照片；也有用多塊園形鏡面組成，如圖1右側(cè)照片。大型的一般用許多方形鏡片拼成近似園形反射鏡，如圖2照片所示。 | |||
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| 拼接用的鏡片都是拋物面的一部分，不是平面，多塊鏡面固定在鏡面框架上，構(gòu)成整片的旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡。整片的旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡與斯特林機(jī)組支架固定在一起，通過跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置安裝在機(jī)座的支柱上，斯特林機(jī)組安裝斯特林機(jī)組支架上，機(jī)組接收器在旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡的聚焦點(diǎn)上，見圖3。 | |||
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跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)裝置由跟蹤控制系統(tǒng)控制，保證拋物面反射鏡對(duì)準(zhǔn)太陽，把陽光聚集在斯特林機(jī)組的接收器上。有關(guān)跟蹤知識(shí)請(qǐng)瀏覽本欄目“太陽的視運(yùn)動(dòng)與跟蹤”章節(jié)。 請(qǐng)觀看碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)畫， 動(dòng)畫格式 .mp4；分辨率 640x480。 |
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| 斯特林發(fā)電機(jī)組 | |||
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種外燃機(jī)，依靠發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外部熱源加熱工質(zhì)進(jìn)行工作，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的工質(zhì)通過反復(fù)吸熱膨脹、冷卻收縮的循環(huán)過程推動(dòng)活塞來回運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)做功。由于熱源在氣缸外部，方便使用多種熱源，特別是利用太陽能作為熱源。碟式拋物面聚光鏡的聚光比范圍可超過1000，能把斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的工質(zhì)溫度加熱到650度以上，使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來。在機(jī)組內(nèi)安裝有發(fā)電機(jī)與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)連接，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸出有直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可帶動(dòng)直線發(fā)電機(jī)或普通旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)較復(fù)雜，在此一下說不清，本網(wǎng)站有“斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)”欄目專門介紹斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)，有興趣請(qǐng)到斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)欄目瀏覽。 碟式太陽能使用的斯特林發(fā)電機(jī)組的前端有太陽能接收器，為斯特林發(fā)電機(jī)組提供加熱源，有關(guān)結(jié)構(gòu)在下面介紹。碟式太陽能使用的斯特林發(fā)電機(jī)組的冷卻器通常用風(fēng)冷，利用風(fēng)扇直接散熱，使工質(zhì)溫度接近外界空氣溫度，有關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，這里就不再介紹了。 |
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| 斯特林機(jī)組的接收器 | |||
在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)欄目介紹了利用燃?xì)獾热剂先紵a(chǎn)生熱量的外燃系統(tǒng)，這里介紹用如何用太陽光來加熱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的工質(zhì)。 在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)前端有太陽光的接收器也就是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器，下面介紹兩種用得較多的結(jié)構(gòu)。 |
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| 直接加熱式太陽能接收器 | |||
| 比較簡單的是直接加熱式太陽能接收器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。U形吸熱管一頭直接通到斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣缸上，另一頭連通到通往回?zé)崞鞯膮R集管上，多根U形管密集排成一圈組成管簇，構(gòu)成斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器。U形管向園中心外側(cè)彎曲，整個(gè)管簇猶如盤狀，以便接受匯聚的太陽光。U形管管簇有較大的接受陽光面積與較好的流通性，使高速通過的工質(zhì)迅速得到加熱。工質(zhì)多為氦氣或氫氣，傳熱快，換熱性能好。 | |||
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| 由于太陽光直接照射在加熱器管簇上，直接加熱內(nèi)部的工質(zhì)，故稱之為直接加熱式接收器。加熱器管簇安裝在接收器外壁內(nèi)，在前方有透明度很高的石英玻璃保證太陽光照射在管簇上。 | |||
| 間接加熱式太陽能接收器 | |||
間接加熱式太陽能接收器多數(shù)是利用介質(zhì)的相變來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，主要有池沸騰接收器、熱管式接收器以及混合式熱管接收器。 下面介紹的池沸騰接收器是較新式的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)用相變式太陽能加熱器，圖5是池沸騰太陽能接收器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中接收器的角度是接收器安裝時(shí)（工作時(shí)）的實(shí)際角度。 |
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斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器由密集排成一圈的U形管簇組成，U形吸熱管一頭直接通到斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣缸上，另一頭連通到通往回?zé)崞鞯膮R集管上。接收器外殼呈園臺(tái)狀，直徑小的一端與氣缸端密閉，直徑大的一端為匯聚的太陽光入口，入口端的密封板是吸熱面，接收器內(nèi)抽真空，注入適量鈉液。有鈉液的接收器工作原理類似熱管，聚集的太陽光加熱鈉液，鈉液被加熱到約700度蒸發(fā)，鈉蒸汽上升遇到比它溫度低的U形管，把熱量傳給U形管后鈉蒸汽又凝結(jié)成鈉液，鈉液由于重力流回吸熱板，在陽光加熱下又蒸發(fā)為蒸汽，整個(gè)接收器內(nèi)部空間呈汽液兩相共存狀態(tài)，就是一個(gè)大熱管。 為增加鈉液與吸熱板的接觸面積，在吸熱板內(nèi)面有一層特殊結(jié)構(gòu)能吸附鈉液使之不流下，稱之為吸液芯結(jié)構(gòu)。也可以在吸熱板內(nèi)壁刻許多密集的微形孔槽，阻止鈉液下流，稱之為微槽板結(jié)構(gòu)。 池沸騰接收器內(nèi)的各U形加熱管受熱均勻，相變傳熱效率高，是一種較好的結(jié)構(gòu)形式。 |
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| 碟式太陽能使用的斯特林發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)非常緊湊，太陽光的熱量直接加熱了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱器，沒有熱能儲(chǔ)存裝置，沒有陽光機(jī)組就立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，不像槽式、塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)都有儲(chǔ)熱裝置，相比起來這也是碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的不足之處。 | |||
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