深圳光伏~【科普】太阳能光热与储热

太阳宣布的太阳辐射是地球上一切天然能量的来历。可是，大多数的太阳辐射会反射回太空。抵达地球表面的辐射只要三部分，即可见光，紫外线和红外辐射。接收到的太阳辐射中约40-45%坐落400至700nm之间的可见光谱中。在700nm–1mm之间的红外线占最大比例，为50–55%，而在100–400nm之间的紫外线辐射则最小，为5–10％。

近年来，咱们越来越长于运用太阳能电池板运用可见光。可是，咱们不能否定，热能仍然是首要的组成部分，而且或许是最陈旧的动力。太阳能光热（CSP）体系运用反射镜从入射的红外辐射中搜集热能。

光热怎么作业？

一切太阳能光热（CSP）体系都经过运用多个反射镜阵列将大面积的散射阳光聚集到热接收器上来作业。

首要，阳光照射到镜子阵列上。然后，镜子搜集阳光并将其反射（重定向）到接收器。大多数现代反射镜都能盯梢太阳的方位以搜集最大量的阳光。接收器实际上是装满作业流体的管道。因而，依据反射镜的类型和所运用的流体，作业流体的温度会升高到500度（乃至更高）。

终究，流体流向热能发电体系，在此流体中的热量经过换热发生蒸汽，然后驱动汽轮机发电。术语“作业流体”是指经过活动传递热量的流体。

图1 – 塔式太阳能光热电站

图1显现了定日镜将太阳光聚集在中心接收器上。光热电站发生的能量实际上能够满意任何需求，特别是在阳光充足的当地。例如，世界上最大的光热电站集群在摩洛哥。它的容量为500MW，可为110万摩洛哥人供电。

现有各式各样的光热体系能够运用太阳的热能，常见的集热器技能是：槽式集热器，线性菲涅尔集热器，太阳能塔式集热器，碟式集热器

储热（TES）体系

太阳能的首要缺陷是在特定时间段内的不连续性。例如，遮盖日光的云层按捺了太阳能的发电。因而，将太阳能光热电站与储热体系集成在一起是处理此问题的绝妙诀窍。

与其他大多数动力体系类似，（过量的）热能在明丽的阳光下存储起来，在太阳强度可疏忽或不行用时开释。现在共有三种类型的储热体系：显热储热，潜热储热，热化学储热

显热存储

在能量存储期间，经过添加存储资料的温度来存储热能。另一方面，经过下降资料的温度从资猜中吸收热量以发电。

可是，该资料不会发生任何相变。换句话说，资料不会在物质的三种状况（固体，液体和气体）之间转化。由于该进程不触及相变，因而工程师需求具有高比容量、能量密度和导热率的资料，这也是这种类型资料的缺陷。更重要的是，整个进程不会改动存储资料的化学性质。

显热存储中运用的固体资料以低成本供给了高导热率（0.05–5$/kg）。它们还为加热进程供给了广泛的温度规模（200–1200°C）。混凝土和陶瓷是受欢迎的挑选。

固体固然有其优势，但液体存储资料主导了整个职业。像太阳盐和HitecXL这样的熔融盐是两个最常见的比如。望文生义，这些盐虽然在室温（25°C）下为固体，但在高温下会熔化成液体。此外，熔融盐无毒且热安稳。

某些光热电站乃至采用了第三种物质状况来储热，即运用压缩空气或蒸汽等气态物质。虽然这种资料具有经济性，而且能够供给较大的作业温度规模，但与液态或固态资料比较，它们的导热系数和能量密度都较低。

潜热贮存

在潜热存储中，当存储资料在稳定温度下阅历相变时，热能被存储/提取。简而言之，当资料熔化/凝结/蒸腾/冷凝时，它会开释或存储所需求的热能。

像显热存储相同，它也是纯物理进程，资料的化学性质没有改动。这些资料称为相变资料（PCM）。由于资料在相变进程中存储/开释，因而它们能够在较小的温度规模内进行能量交流，并显现出更高的能量密度。

可是，它们的首要缺陷是低导热率导致相之间的过渡速度极慢。为了处理这个问题，规划人员混合了比如石墨之类的添加剂以进步导热率，并经过操控添加剂的剂量来改动导热率。

虽然有更好的挑选，例如由金属合金制成的资料，但价格昂贵。俗话说“天下没有免费的午饭！”

热化学储热

与前两个储热体系不同，可逆的吸热化学反响会耗费太阳能。由于发生化学反响，使新构成的产品存储太阳能。当这些新产品转化回原始反响物时，它们开释了贮存的太阳能。

“光合作用—呼吸”是热化学储热的一个很好的比如。一方面，光合作用运用太阳能（虽然不是红外规模）发生淀粉（食物）和氧气。另一方面，在有氧情况下，呼吸作用会分化相同的食物，然后开释能量和二氧化碳。就像之前说的那样，太阳是地球上一切能量方式的来历！

与光合作用—呼吸类似，金属氢化物，碳酸盐体系，氢氧化物体系等将太阳的热能（红外规模）转化为化学能以进一步运用。依据反响方式的不同，产品或许带来其他费事，例如反常缓慢的反响速度。此外，某些反响或许需求催化剂（外部影响）来进行反响。

将储热与太阳能光热相结合

已然咱们现已别离评论了这两个概念，那么在本节中，咱们将看到它们是怎么彼此学习的。依据存储资料是否能够活动（移动），集成进程大致分为两类-自动和被迫体系。图2是描绘分类的流程图。

图2 - TES体系集成分类

自动体系

它们很活泼，由于存储资料活动以经过对流吸收和开释热量。存储资料一般是液体，气体不是首要挑选。自动体系中的两个细分是：直接体系和直接体系。

直接体系—在直接体系中，存储介质还充任传热流体（HTF）或作业流体的人物。在吸热期间，流体直接存储在热罐中。在放热和发电期间，流体会经过动力体系，该体系会吸收热量，然后流入冷却箱中以进行再运用。上图是描绘自动直接体系的流程图。虽然此体系不需求热交流器，但挑选正确的存储资料至关重要。例如，熔融盐就能够满意杰出的传热流体以及杰出的存储资料的要求。

直接体系—与直接体系不同，直接体系中的传热流体和储热资料不同。如上图所示，在吸热阶段，来自冷罐的储热资料流入热交流器进行直接加热并存储在热罐中。为了开释热量并发电，需求回转储热资料的活动方向。

被迫体系

图3 – 被迫式储热传输体系

与自动体系比较，被迫体系的存储资料一般为固体，且是固定不动的。传热流体向/从储热资料开释/吸收热量（请参见图3）。流体的挑选随光热电站中运用的热能体系的类型而改动。可是，一直需求具有高导热率的流体。

定论

总归，太阳能光热电站/体系的功率根据以下两点：反射镜能够吸收多少太阳热量，储热体系能够将多少搜集来的热量传递到发电单元进行发电。

因而，有用能量产出取决于以上两个部分。这项老练技能有潜力改动干旱地区，由于在干旱地区，太阳是首要的动力。

此外，有些混合体系一起运用太阳能光热体系及其储热体系，以及光伏电池板及其电池技能，以一起运用可见光和红外光！这愈加令人等待。