夹层式太阳能热发电反射镜的优势与发展前景

中国建筑材料科学研究总院 玻璃科学研究院 ■ 张凡 付静 陈玮 穆元春 刘超英 张洋 徐志伟

0 引言

随着太阳能热发电被列入国家“十二五”重点支持项目的行列，太阳能热发电技术进入一个研究高峰期，预计2015年我国太阳能热发电装机总容量为1000 MW，2020年的装机总容量为3000 MW[1-2]。与此同时，世界各国也大幅度提升本国的太阳能发电装机目标。由此可见，反射镜作为太阳能热发电聚光器的核心部件，拥有广阔的市场前景。

关于太阳能热发电用反射镜，国外以4 mm弯钢镀镜为主，该产品的制备技术和装备被德国Schott、德国Flagbeg、以色列Solel和意大利Achimide等少数几家外国公司垄断，引进费用高昂[3-5]。

反射镜是太阳能热发电聚光器的核心部件，夹层式反射镜作为一种新型CSP聚光反射镜，既满足高反射率、高聚焦比的要求，又具备强度高、形变小、抗风载荷能力强、使用寿命长等一系列优点。中国建筑材料科学研究总院玻璃科学研究院自2009年开始研发夹层式太阳能热发电反射镜，成功地将热弯精确成型、超薄玻璃化学增强、特殊夹层及边部密封等军工产品先进技术在夹层玻璃反射镜产品上得到了转化。

1 夹层式与弯钢镀镜太阳能热发电反射镜简介

夹层式太阳能热发电反射镜是将高反射率高强度1.1 mm超薄银镜与精确成型的3～4 mm玻璃背板粘合在一起，既满足高反射率、高聚焦比，又具备高强度、抗风载能力强的一种新型CSP聚光反射镜。槽式复合夹层式反射镜结构与实物图如图1所示。

图1 槽式复合夹层式反射镜

弯钢镀镜是指以平板玻璃为原片，经过热弯、钢化、镀镜等一系列工艺后制备出的单片太阳能聚光反射镜，一般采用4 mm玻璃原片。实物如图2所示。

图2 弯钢镀镜太阳能反射镜实物图

2 夹层式太阳能热发电反射镜的优势

夹层式太阳能热发电反射镜以其独有的夹层式结构设计，与普通弯钢镀镜相比具有以下几点优势：

1）玻璃具有透过率高、轻质高强、经久耐用等特点，是理想的反射镜基材。玻璃厚度每增加1 mm，对光线的吸收增加1%～2%，用1.1 mm超薄玻璃取代4 mm厚玻璃，能减少光线吸收损耗3%～6%，有利于提高反射镜的反射率，同时可实现冷态弯曲复合成型。

2）由于反射镜是夹层式结构抗风压能力强，在风载荷条件下启动弹性形变小，有利于降低抖动对聚光效果的影响，中间胶合层有利于反射镜中应力的释放，使反射镜不被破坏。

3）反射镜层合式结构设计的最大优势在于，即使反射镜受冲击破碎，在中间胶合层的粘结作用下，仍能保持整体而不脱落，对反射率没有丝毫影响，保证系统的正常运行。图3为普通单片钢化反射镜碎裂后形貌，图4为层合式反射镜碎裂后形貌，可以看出：层合式结构镜子碎裂后仍保持整体形貌结构，对聚光影响较小，这一特点是单片弯钢镀镜所不能比拟的。

图3 单片钢化反射镜碎裂

图4 层合结构反射镜碎裂

4）层合式结构将1.1 mm镜子的背漆面与4 mm厚玻璃背板粘结，边部采用密封胶密封保护，避免了背漆面与外界环境直接接触，有效阻止了背漆起泡、脱落等现象，延长了整体反射镜的使用寿命。图5为弯钢镀镜背面图，背漆直接暴露在空气中，图6为夹层式反射镜背面图，镜子背漆面与背板粘结，未与外界直接接触，对背漆起到了有效的保护作用。

图5 弯钢镀镜反射镜背面图

图6 夹层式反射镜背面图

3 夹层式太阳能热发电反射镜技术参数

针对我们自行研制的夹层式反射镜，在国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检验中心进行了质量检测，具体检测项目及指标如表1所示。

由表1可知，夹层式反射镜具有较高的反射率，本身较好的耐冲击强度及耐候性保证在环境恶劣的地区长期使用，使用寿命保守估计25年以上。

表1 夹层式太阳能热发电反射镜技术参数

4 夹层式太阳能热发电反射镜的发展前景

在中国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原等地的太阳能资源相对丰富，其中，西藏西部太阳能资源最丰富，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。但是由于我国西部地区降水较少、气候干旱、多风沙天气，气候相对恶劣[1,6-7]。

夹层式反射镜抗风压能力强，在风载荷条件下弹性形变小，能有效降低反射镜的抖动，对聚光效果影响较小；同时，夹层式结构能有效保护反射镜的背漆，在强紫外环境下延长反射镜的使用寿命。因此，夹层式反射镜在我国太阳能资源丰富，但风沙相对较大、紫外照射强度高的地区具有更好的应用前景，在保证高反射、高聚光的条件下，更具有较高的使用寿命。

目前，我院的反射镜产品已经在西安航空动力有限公司、兰州大成科技有限公司、北京电影机械研究所、益科博能源科技(上海)有限公司的光热发电示范线上得到了应用。随着夹层式光热太阳能发电技术的日益完善，夹层式太阳能热发电反射镜将拥有更广阔的市场。

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[2]许学军. 光伏光热共享阳光盛宴[J]. 阳光能源，2011，(2)：8－9.

[3]陈婕. 浅析玻璃的性能及复合性质[J]. 广东建材，2012，(1)：106－108.

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[7]Li Xin，Wang Zhifeng，Zhang Meimei，et al. The experimental analysis on thermal performance of a solar dish concentrator [A]. Proceedings of ISES Solar World Congress 2007[C]. Beijing，China，2007.