陶瓷材料在太阳能发电系统中的应用

       太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能，通过热力循环过程进行发电的一项清洁能源技术。部分陶瓷材料被应用到太阳能系统的吸热器上面。

       太阳能发电系统工作原理和对加热器的要求

太阳能发电系统的工作原理

太阳能发电系统主要是通过利用槽形抛物面反射镜、或者盘状抛物面镜聚光集热器、或者大型地面反光镜将太阳光纤聚焦到集热器上，对传热工质进行加热，经过换热产生的蒸汽推动汽轮机带动发电机发电的能源动力系统。因此吸热器需要有极强的耐高温的性能。

由于太阳能聚光能流密度的不均匀和不稳定性，所以对于瓷吸热体材料有如下要求：

（1）高温抗氧化性，材料在长期高温工作环境中不会发生氧化破坏；

（2）良好的高温力学性能和抗热震性能，能够避免材料热斑破坏；

（3）高的太阳辐射吸收率，使材料能够充分吸收太阳辐射能量；

（4）具有三维或者二维的连通结构，保证材料高渗透率，使空气流阻小，利于空气流的分布均匀与稳定；

（5）高比表面积，保证材料具有大的换热面积，保证与空气的充分换热。

什么样的陶瓷材料可以应用到太阳能发电系统中：

以塔式太阳能热发电系统为例，因其具有聚光比高（200~1000kW/㎡）、热力循环温度高、热损耗小、系统简单且效率高的特点在太阳能发电上被大力推崇。吸热器作为塔式太阳能热发电的核心器件，需要承受比自然光强200-300倍的辐射强度，工作温度可高达一千℃以上，所以其性能对热发电系统的稳定运行和工作效率非常重要。传统的金属材料吸热体工作温度受限，使得瓷吸热材料成为新的研究热点。吸热陶瓷材料主要分以下几种：

①氧化铝陶瓷：可承受1000℃以上的高温，机械强度和化学稳定性高，且耐酸碱、导热性能良好、绝缘强度、电阻率、耐磨损；劣势在于工作温度高但热导率和太阳辐射吸收率低，自身颜色为白色使得其被用作吸热体的同时必须要在表面上涂覆涂层，由此来增加太阳辐射吸水率。高温使用过程中产品基体与涂层易产生开裂，再加上抗震性不好，使得实际使用受限。

②堇青石陶瓷：具有热膨胀系数低、抗热震性好、且比表面积大等特点，但因为强度低，通常需要添加莫来石、氧化锆等第二相来提高其强度。不过堇青石瓷吸热体材料同氧化铝陶瓷吸热体问题相同，仅适用于中温吸热体材料。

有实验研究表明，以合成莫来石和合成堇青石为原料,废玻璃粉和钛酸铝为烧结助剂,采用常压烧结制备的莫来石-堇青石复相陶瓷，还可用作太阳能发电用的输热管道材料。

③碳化硅陶瓷：具有高强度、比表面积大、抗腐蚀、抗氧化、良好的隔热性、抗热震性和耐高温性等优良特性，相较于氧化铝和堇青石瓷吸热体材料具有更好的高温性能。

有研究结果表明，采用烧结碳化硅制成的吸热体可以使该吸热器获得高达1200℃的出口空气温度，材料没发生破坏。

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