浅谈太阳能塔式光热发电定日镜（场）

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1、浅谈太阳能塔式光热发电定日镜（场）1.定日镜的原理及特点定日镜原理如图1所示，由于太阳在天空中的位置是不断移动的，阳光的照射角度也时刻都在变化，定日镜则通过反射镜的旋转对太阳进行跟踪，使阳光经过反射后能以一定的方向出射，这样就能实现太阳能的大量聚集，改变太阳辐射能流密度低的缺点。一般的定日镜是由反射镜、镜架及基座、跟踪传动系统、控制系统等组成。单台定日镜的反射面一般为球面或抛物面，这就使得定日镜可以在将阳光反射定位的同时进行聚焦。1.定日镜组成定日镜是由反射镜、镜架及基座、跟踪传动系统、控制系统等组成的聚光装置，用于跟踪接收并聚集反射太阳光线进入位于接收塔顶部的集热器内，是塔式太阳能热发电站

2、的主要装置之一。为确保塔式太阳能热发电站的正常、稳定、安全和高效运行，定日镜的总体性能应达到如下基本要求：镜面反射率高、平整度误差小;整体结构机械强度高、能够抵御8级台风袭击；运行稳定、聚光定位精度高；操控灵活、紧急情况可快速撤离；可全天候工作;可大批量生产；易于安装和维护，工作寿命长等。2.1反射镜反射镜是定日镜的核心组件。从镜表面形状上分，主要有平凹面镜、曲面镜等几种。在塔式太阳能热发电站中，由于定日镜距位于接收塔顶部的太阳能接收器较远，为了使阳光经定日镜反射后不致产生过大的散焦，把95%以上的反射阳光聚集到集热器内，目前国内外采用的定日镜大多是镜表面具有微小弧度的平凹面镜。从镜面材料上

3、分，主要有张力金属膜反射镜、玻璃反射镜等几种。张力金属膜反射镜造价相对较低，但是反射率较低、结构复杂。故目前已建成投产的塔式热电站的定日镜以及待建、拟建的塔式热电项目等均采用玻璃反射镜。玻璃反射镜结构如图2、3所示，最上层由4〜5価的超白低铁玻璃作为基体（降低铁的含量是为了提高玻璃的透光率），镀一层银层（银反射率可达97%以上）作为反射层。最后加一层铜层作为保护层及过渡层，。有时还会把银层封夹在两层玻璃之间或喷涂上多层漆保护层使其保护性能更好。图2：玻璃反射镜结构超白玻璃银膜增强层背板玻璃制作玻璃曲面最常用的方法是采用模具法让玻璃热弯成型，国内一般采用机械变形的手段形成所需曲面，大大节约了成

4、本，但同时降低了镜面的机械强度。为了加强涂层的抗风沙能力和反射镜的机械强度，通常需对基层玻璃进行钢化。测试强度要求为40g铁球于6m高度自由落体，反射镜镜面不破裂。2.2镜架及基座定日镜架主要有两种，一种是钢板结构镜架，其抗风沙强度较好，对镜面有保护作用，因此镜本身可以做得很薄，有利于平整曲面的实现；另一种是钢框架结构镜架，这种结构减小了镜面的重量,即减小了定日镜运行时的能耗，使之更经济。但这种钢框架结构也带来一个新问题，即镜面支架与镜面之间的连接，既要考虑不破坏镜面涂层，又要考虑镜子与支架之间结合的牢固性，还要有利于雨水顺利排出，以避免雨水浸泡对镜子的破坏。（如图4所示）目前，对此主要可采

5、取以下三种方法：在镜面最外层防护漆上粘结上陶瓷垫片，用于与支撑物的连接；用胶粘结；用钾钉固定。图4：

6、*j水对反射镜的腐蚀定日镜基座主流分为独柱式和圆形底座式。独臂支架式（如图6所示）定日镜具有结构简单、体积小、较易密封等优点，但其抗风性也较差，为了达到足够的防风效果，一方面需要单台定日镜的面积在合理范围之内，否则在技术上是不合理甚至是不可行的。另一方面必须消耗大量的钢材和水泥材料为其建镜架和基座，其建造费用相当惊人;形底座式（如图7所示）定日镜稳定性较好，机械结构强度高，且运行能耗少，但其结构比独臂支架式复杂，而且其底座轨道的密封防沙问题也有待进一步解决。图6：独柱式图7：圆形底座式图8：

7、金屈结构基朋2.3跟踪传动系统一般进行双轴跟踪的定日镜采用的大都是方位角+仰角的跟踪方式，现中国科学技术大学特聘教授陈应天提出了一种新的太阳跟踪聚光理论，称为自旋+仰角跟踪方式，也叫“陈氏跟踪方法”。两种方法如图9所示：(a)(b)图9：方位角+仰角跟踪(a)和自旋+仰角跟踪(b)陈应天教授的新的跟踪聚光理论对于提高单台定日镜聚光性能有很大的指导意义，模拟计算表明，采用自旋+仰角跟踪加上特殊曲面的定日镜和采用方位角+仰角加旋转抛物面的定日镜，自旋+仰角跟踪方式比方位角+仰角跟踪方式的反射聚光光斑面积要小五倍多。定日镜的传动方式多采用齿轮传动、液压传动或两者相结合的方式。由于平面镜位置的微小变

8、化都将造成反射光在较大范围的明显偏差，因此目前采用的多是无间隙齿轮传动或液压传动机构。在定日镜的设计研制中，传动部件的密封防沙和防润滑油外泄等也是重要环节。传动系统选择的主要依据是：消耗功率最小、跟踪精确性好、制造成本最低、能满足沙漠环境要求、具有模块化生产可能性，密封符合美国IP54标准等。表：1P防护等级意义第一个数字第二个数字数字意义数字意义0无防护0无防护1防止直径大丁-50mm的固体外物侵入1防止水