太阳能储能锅炉技术探讨

太阳能由于其可得性高、清洁性好，在节能减排的政策号召下我国对太阳能应用取得了良好的发展，尤其是在太阳能热利用方面，慢慢在向产业化靠拢。随着对太阳能热利用领域的拓展，我国不仅在太阳能中低温方面取得了很好的发展，太阳能中高温热利用技术也越来越为人们所重视。

1 太阳能储能锅炉工作原理

该锅炉的工作原理见图1，利用Al-Si合金作为相变储能材料，该锅炉结构紧凑，主要分为4部分：

1.封装Al-Si合金储能材料的空腔接收器；

2.高温热管，其主要把储存在Al-Si合金中的能量传递给锅筒中的水；

3.锅筒，3.5MPa的水在锅筒中被热管传递Al-Si合金的热量加热，产生的饱和水蒸气；

4.过热管。过热管和Al-Si合金换热，饱和水蒸气变成415℃、3.5MPa的过热水蒸气。

由于采用的多碟式聚光器的有效面积只有12.56m2,聚光比C=625,有效峰值功率在8kW左右，因此该Al-Si合金储能锅炉的有效功率比较小，大概有3~4kW。采用Al-Si合金作为相变储能材料，主要考虑Al-Si合金相变储能材料有储能密度大、储热温度高、热稳定性好、导热系数好、相变时过冷度小、相偏析小、性价比良好等特点。高温相变储能材料Al-Si合金溶融潜热大（512J•g-1）,固相导热系数可达到180W/(m•K)，是比较好的导热体，是融盐的百倍以上，能把容器底部的热量迅速传递上来。而且Al-Si合金的相变过程能使得容器在相当长的时间内比较低和稳定，起到比较好的冷却作用，防止容器在高能密度下熔穿。

2 太阳能储能锅炉的系统图

该锅炉的工作原理见图2，储能锅炉的能量流是通过储热体的吸收腔把太阳能聚光器聚光的800~1000℃的高热流密度的太阳能吸收，储能于Al-Si合金之中。

冷水由柱塞泵泵入锅筒，被热管传递Al-Si合金的热量加热，产生3.5MPa压力的的饱和水蒸气，进入集气管；再经过过热管和Al-Si合金换热，饱和水蒸气变成415℃、3.5MPa的过热水蒸气。

3 锅筒在空中多碟式聚光器支

撑臂上转动的水位变化图(见图3)随着多碟式聚光器的俯仰变化，锅筒在空中向上转动的范围是0°到90°角（见图4）。可以看出C部分不管水位D部分怎变化都是不会被水淹没的。因此出气口A的位置定在C部分的中间位置，同时集气管B的最底点要比锅筒的最高点要高。这样就可以防止水堵住出气口。

4 多碟式聚光器

图5所示意的多碟聚光器的具体参数为：采光口直径5m,当量采光面积19.6m2，焦距为3.25m，其几何聚光比625，边缘角为42.1°，高0.48m。实际焦斑直径d为0.2m。镜子数16，镜直径1m，镜子总面积12.56m2，能承受200kg的质量。其高太阳能热流密度大概在400kW/m2~600kW/m2之间。由于该多碟式的聚光比为625，当太阳直射辐照度640W/m2~960W/m2时，就能产生400kW/m2~600kW/m2的高太阳能热流密度。在广州夏天最高的太阳辐照度可达1100W/m2。因此基于该多碟式的产生的高太阳能

热流密度最高可以达687.5kW/m2。多碟式聚光器的外形见图5。

5 试验结果

从图6可以看出，太阳能锅炉的蒸汽压力在12:11~12:14之间达到3.5MPa，过热蒸汽温度达到445℃。

图7是试验时太阳能锅炉喷出高压高温蒸汽的照片。

6 结论

通过搭建的太阳能储能锅炉实验平台，试验结果比较理想。但是由于该太阳能储能锅炉的功率太小，还不能应用到实际的太阳能热发电或工农业应用中去。另外该太阳能储能锅炉成本比较高，离它的实际应用还有比较长的路要走。