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槽式太阳能热发电系统工作原理

作者：曹连芃时间：2011年3月

聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太

阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。聚光集热器是

一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透

镜、菲涅耳反射镜三种。

槽式聚光集热器

由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为

抛物柱面（槽式抛物面），在工业应用中称槽式聚光镜。在凹面覆上反光层就构成

抛物面聚光器。根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在

镜面的轴线上，见下图（a）。把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴

线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见下图（b）。

槽式聚光镜反射的光线是会聚到一条线（带）上，故集热器的接收器是长条形的，

一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。槽式聚光集热器的聚光比范

围约20至80，最高聚热温度约300度至400度。

槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。

反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造反射镜，反射

镜安装在反光镜托架上。槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，

在该条线上装有接收器的集热管，见图1。

集热管内有吸热管，用来吸收太阳光加热内部的传热液体，一般用不锈钢制作，外

有黑色吸热涂层。为了减小热量散发，集热管外层装有玻璃套管，在玻璃套管与吸

热管间有空隙并抽真空。集热管通过接收器支架与反射镜固定在一起构成槽式集热

器，反光镜托架上有与集热管平行的轴，集热器通该轴安装在集热器支架上，可绕

轴旋转。

槽式集热器的跟踪方式一般采用东西轴向布置，只需定期调整仰角，机构简单方便

但效率较低；也可南北轴向布置，单轴跟踪阳光，需自动跟踪控制系统，效率较高；

如果集热器转轴与地球转轴平行效率更高，如果同时保证集热管与阳光垂直则效率

最高，但结构复杂，集热管的管间连接也复杂。有关槽式太阳能集热器的布置与跟

踪可参考“鹏芃科艺”网站聚光太阳能热利用栏目太阳的视运动与跟踪课件页面。

太阳能热发电需配一套蒸汽发电设备，适合较大的发电场，功率一般都在MW级以

上，接受阳光的面积也很大，多达数万平米，于是槽式太阳能热发电场由许多槽式

集热器串并组成。图2是网上的一张槽式太阳能热发电场照片。

热传输与交换系统

根据不同的导热液，槽式集热器把导热液加热到至400度左右，由于槽式太阳能热发

电系统的热传输管道特别长，为减小热量损失，管道外要有保温材料、管道要尽量

短；长长的管路需液传输来推动导热液的循环，要设法减小导热液泵功率，这些都

是重要的技术。导热液可用苯醚混合液、加压水混合液、导热油等液体，传热方式

可直接传热也可采用相变传热。

传热液通过热交换器把水加热成300度左右的蒸汽，水蒸气去推动蒸汽轮机旋转带动

发电机发出电来，热交换器有板式、管式等多种结构，这里就不介绍了。可能云彩

会挡住阳光，为保证系统稳定运行，在系统中要有储热装置，一般有高温储热罐与

低温储热罐等。对于低温会冻结的导热液，必须有辅助加热器维持导热液温度避免

冻结。若需要在太阳能不足时也能供电，就要在系统上并联天然气锅炉，保证汽轮

机正常运行。图3是槽式太阳能热发电系统框图。

发电系统

从热交换器输出的过热蒸汽送往蒸汽轮机发电，从蒸汽轮机排出的水经冷凝器转为

水，再由给水泵送往热交换器，再次产生蒸汽推动蒸汽轮机。发电机发出的电经变

压器转换成高压电输送到电网。

需要观看槽式太阳能热发电系统流程动画请到“鹏芃科艺”网站的聚光太阳能热利用

栏目槽式太阳能热发电课件页面去观看。