2.2　太陽能集熱場介紹

2.2.1　太陽能集熱器比較

想利用太陽能就需要對太陽能進行采集，太陽能集熱器就是發揮這樣的作用。太陽能集熱器是各種利用太陽能的裝置中的關鍵部分，是吸收太陽輻射并將產生的熱能傳遞到傳熱工質的裝置。其按進入采光口的太陽輻射是否改變方向分為聚光型集熱器和非聚光型集熱器。非聚光型集熱器，一般稱為平板集熱器，日光入射面積與吸收面積相等。聚光型集熱器通常有凹形反射面，將太陽光束刀更小的接收面上以提高輻射強度。

光能利用包括利用光伏效應和利用光熱效應。在利用光熱效應時，溫度越高，能源的品質越高，可以通過減少散熱面積來實現。由于太陽能發電需要較高的溫度，所以這里選擇聚光型太陽能集熱器。　目前研究應用比較普遍的有線性菲涅爾反射鏡、拋物槽式集熱器、拋物碟式集熱器及定日鏡場4種，見表2-2。 ［33-38］

拋物槽式太陽能集熱器是由反射材料彎曲形成拋物狀橫截面的線性集熱器。在其焦點處，有一根套著玻璃管的黑色金屬管，在兩管之間抽真空以防止散熱損失。當拋物面朝向太陽，入射平行光將被反射到吸收管表面。用單軸跟蹤可以達到較好的效果進而可以支撐很長的集熱器模塊。如果集熱器軸向是東西方向，則其可以從南到北跟蹤太陽（季節跟蹤），如果軸向是南北方向，則可以從東到西跟蹤太陽（日期跟蹤）。

2.2.2　太陽能集熱場原型介紹

圖2-3是位于美國的SEGS Ⅵ太陽能發電站的原則性熱力循環圖。太陽能集熱場中的傳熱介質溫度升高后進入膨脹箱，一路依次經過過熱器、蒸發器及預熱器，另一路直接經過再熱器與蒸汽循環中的水蒸氣進行熱量交換并降低溫度。溫度降低后的傳熱介質油經過泵加壓后回到太陽能集熱場中再次被加熱，周而復始。

發電站的太陽能集熱場主要有東、西兩部分（見圖2-4），傳熱介質通過給水管分別被送到東、西兩場中，在進入發電環節前匯集在一起以抵消由于兩場的氣象參數不一致導致的出口參數差異。集熱場中有50個平行的回路，每個回路有16個太陽能陣列，分布于兩排。夏季，傳熱介質的溫升一般為100℃，即從入口的293℃到出口的391℃。

本文將30MW SEGS Ⅵ發電站作為太陽能電站模型，此電站位于美國加利福利亞洲的Mojave沙漠。來自于太陽能場的傳熱介質用于預熱、蒸發、過熱及再熱過程。輔助的天然氣鍋爐用于在無太陽或者太陽輻射強度有限或過大時提供備用熱源。

此電站只在白天工作，如有需要，在中午12時到下午6時期間開啟天然氣備用熱源以增大太陽能利用。用于此電站的集熱器類型是經典的LUZ LS-2集熱器，傳熱介質為Therminol VP-1。對于Therminol VP-1，其工作范圍為-85～400℃，發電站參數見表2-3。

2.2.3　槽式太陽能集熱元件傳熱分析

本章中的太陽能熱性能模型是基于美國Sandia國家實驗室對LS-2集熱器的實驗數據［11］。在模型中，調整換熱介質的流量是為了保持傳熱介質出口溫度不變。［12］

在太陽能場中，太陽能被拋物槽式聚光器反射聚集在其焦點上的吸收器上。經過反射、吸收、散射等，太陽光能轉化成吸收器中的熱能，熱能經過傳導、輻射及對流，絕大部分熱量被吸收器中的傳熱介質（HTF）帶走，使其溫度上升。［39-42］

圖2-5為換熱元件的傳熱分析，其中q為單位面積熱流量，cond表示熱傳導過程，conv表示熱對流過程，rad表示熱輻射過程，sol表示太陽能吸收過程。其能量平衡關系式為