浅析碟式太阳能热发电系统接收器

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1、浅析碟式太阳能热发电系统接收器　　摘要：接收器是碟式太阳能热发电系统的核心部件，在能量转换效率中起着重要的作用，其性能直接影响着整个系统的运行效率。文章对几种已经成功运行的接收器的设计、结构及其性能进行分析评价，针对高温太阳能热利用的特殊条件，探讨了影响接收器性能及寿命的主要因素，分析结果表明热管式接收器能够提高热发电系统的安全性和效率，可适用于不同的跟踪系统，具有良好的开发应用前景关键词：碟式太阳能；接收器；热管；热发电1概述碟式太阳能热发电系统主要包括碟式聚光镜、发电机、接收器这几大部分。其系统工作原理为借助一抛物面状的碟形聚光器

2、聚集太阳辐射到到接收器中，接收器将吸收的能量传递到热电转换系统，成功将太阳能转换为电能碟式太阳能热发电系统具有工作温度高、聚光效率高、系统高效、安装方便的特点，而且便于应用在分布式能源系统的建立，吸引了许多国家和地区的研究机构。从上世纪80年代起，美国、欧洲等多国开展了对碟式太阳能热发电系统及其重要部件的研究。在碟式太阳能热发电系统中，接收器是其核心部件，目前关于接收器的研究也较多。研究者们提出了多种方案，并且对每种方案进行了评估。目前，关于接收器的研究，其重点有如下两个：如何控制并降低接收器的成本；如何提高其稳定性和工作效率文章将针

3、对几种典型的接收器进行分析，探讨其工作特性及优缺点，为我国在此领域的进一步发展提供一定的参考依据2直接照射接收器这种接收器是的工作原理是：将斯特林发动机的换热管簇弯制组合成盘状，通过聚光镜聚集后的太阳光照射到这个盘的表面，也就是每根换热管的表面，管内工作流体高速流过，吸收了太阳辐射的能量，达到较高的温度和压力，从而实现斯特林发动机的运转由于斯特林换热管内存在高流速高压力的氦气或氢气，而其具有很强的换热能力，使得直接照射接收器热流接收密度比较高，可以达到75W/cm2。但是，太阳辐射强度具有不稳定性以及聚光镜本身的加工并不能保证十分精细

4、，由此导致换热管受热并不均匀与稳定，因此，多缸斯特林发动机中难以保证各气缸热量、温度的平衡就成为其不可忽视的缺点3间接受热接收器由于直接照射接收器存在受热不均匀等问题，相对应地提出将液态金属应用于接收器，利用液态金属的蒸发和冷凝传递热量。使用液态金属的接收器有效克服了直接照射接收器难以等温的缺点，提高了热机的工作效率。这类接收器的工作温度一般为650℃～850℃，而工作介质主要选择液态碱金属钠、钾、或钠钾合金3.1池沸腾接收器该类接收器的结构简单，池内充有大量液态金属，在换热表面吸收来自太阳的能量，受热产生的蒸汽在冷凝时放热，将热量传

5、递到换热管。冷凝后的液态金属由于重力又回到液态金属池，完成以此热量传递循环。DouglasB.O.首先提出这种接收器型式，但发明者并未对其进行实验研究。后来的研究者们提出了不同的结构型式，并对它们进行了详细的测试。20世纪80年代末，Moreno，J.B等人首先对被其称为“第一代池沸腾接收器”展开研究。随后针对第一代池沸腾接收器存在的问题，Moreno，J.B等做出了许多的改进，改进后的接收器被称为第二代池沸腾接收器。该接收器采用液态金属钠作为相变换热的工质，实验时则充入一定量的惰性气体氙以改善其热态再启动的性能。接收器最高热流密度为

6、58W/cm2，未充入惰性气体时能够在750℃进行稳定地沸腾传热，但在热态再启动时存在短暂的过热问题。在充入了惰性气体氙之后，则表现出良好的热态再启动性能，并且能够在700℃以及500℃（输入功率为设计功率的1/2时）进行稳定的沸腾传热。该接收器在输入功率69.6kWt时工作温度为750℃，而此时的热效率达到了92.3%。另外，实验还证明了第一代池沸腾接收器烧毁主要是液态金属的膜态沸腾引起的池沸腾接收器具有非常明显的优点：（1）整体结构较为简单，制造成本低。（2）适应性强，可以适应较大倾角。（3）效率较高。但是这种接收器也存在明显的不

7、足之处：（1）要求工质的充装量较大，一旦发生泄漏将非常危险。（2）液态金属池内沸腾的机理研究仍然处于探索阶段，其传热特性及控制因素仍不为人们所了解，特别是在交变热流密度条件下沸腾传热的特性3.2热管接收器所谓热管接收器，是指借助毛细吸液芯结构将液体金属分布在换热器表面的接收器这种接收器的受热面一般为拱形，其表面分布有吸液芯，可以使液态金属均匀分布于换热管的表面。吸液芯的结构可以有多种，包括金属毡、不锈钢丝网等。与池沸腾接收器的工作原理类似，液态金属受热气化至换热管冷凝，冷凝的同时放热将热量传递给换热管，之后冷凝液在重力的作用下重新流回

8、换热管表面。不同的是，借助吸液芯，液态金属可以始终处于饱和状态，如此接收器内的温度保持一致，从而使受热更加均匀。有研究表明，将热管接收器应用于碟式系统，效率较直接照射接收器提高了大约20%在美国各研究机构进行上述结构热管