夾層式太陽能熱發電反射鏡的優勢與發展前景

中國建筑材料科學研究總院 玻璃科學研究院 ■ 張凡 付靜 陳瑋 穆元春 劉超英 張洋 徐志偉

0 引言

隨著太陽能熱發電被列入國家“十二五”重點支持項目的行列，太陽能熱發電技術進入一個研究高峰期，預計2015年我國太陽能熱發電裝機總容量為1000 MW，2020年的裝機總容量為3000 MW[1-2]。與此同時，世界各國也大幅度提升本國的太陽能發電裝機目標。由此可見，反射鏡作為太陽能熱發電聚光器的核心部件，擁有廣闊的市場前景。

關于太陽能熱發電用反射鏡，國外以4 mm彎鋼鍍鏡為主，該產品的制備技術和裝備被德國Schott、德國Flagbeg、以色列Solel和意大利Achimide等少數幾家外國公司壟斷，引進費用高昂[3-5]。

反射鏡是太陽能熱發電聚光器的核心部件，夾層式反射鏡作為一種新型CSP聚光反射鏡，既滿足高反射率、高聚焦比的要求，又具備強度高、形變小、抗風載荷能力強、使用壽命長等一系列優點。中國建筑材料科學研究總院玻璃科學研究院自2009年開始研發夾層式太陽能熱發電反射鏡，成功地將熱彎精確成型、超薄玻璃化學增強、特殊夾層及邊部密封等軍工產品先進技術在夾層玻璃反射鏡產品上得到了轉化。

1 夾層式與彎鋼鍍鏡太陽能熱發電反射鏡簡介

夾層式太陽能熱發電反射鏡是將高反射率高強度1.1 mm超薄銀鏡與精確成型的3～4 mm玻璃背板粘合在一起，既滿足高反射率、高聚焦比，又具備高強度、抗風載能力強的一種新型CSP聚光反射鏡。槽式復合夾層式反射鏡結構與實物圖如圖1所示。

圖1 槽式復合夾層式反射鏡

彎鋼鍍鏡是指以平板玻璃為原片，經過熱彎、鋼化、鍍鏡等一系列工藝后制備出的單片太陽能聚光反射鏡，一般采用4 mm玻璃原片。實物如圖2所示。

圖2 彎鋼鍍鏡太陽能反射鏡實物圖

2 夾層式太陽能熱發電反射鏡的優勢

夾層式太陽能熱發電反射鏡以其獨有的夾層式結構設計，與普通彎鋼鍍鏡相比具有以下幾點優勢：

1）玻璃具有透過率高、輕質高強、經久耐用等特點，是理想的反射鏡基材。玻璃厚度每增加1 mm，對光線的吸收增加1%～2%，用1.1 mm超薄玻璃取代4 mm厚玻璃，能減少光線吸收損耗3%～6%，有利于提高反射鏡的反射率，同時可實現冷態彎曲復合成型。

2）由于反射鏡是夾層式結構抗風壓能力強，在風載荷條件下啟動彈性形變小，有利于降低抖動對聚光效果的影響，中間膠合層有利于反射鏡中應力的釋放，使反射鏡不被破壞。

3）反射鏡層合式結構設計的最大優勢在于，即使反射鏡受沖擊破碎，在中間膠合層的粘結作用下，仍能保持整體而不脫落，對反射率沒有絲毫影響，保證系統的正常運行。圖3為普通單片鋼化反射鏡碎裂后形貌，圖4為層合式反射鏡碎裂后形貌，可以看出：層合式結構鏡子碎裂后仍保持整體形貌結構，對聚光影響較小，這一特點是單片彎鋼鍍鏡所不能比擬的。

圖3 單片鋼化反射鏡碎裂

圖4 層合結構反射鏡碎裂

4）層合式結構將1.1 mm鏡子的背漆面與4 mm厚玻璃背板粘結，邊部采用密封膠密封保護，避免了背漆面與外界環境直接接觸，有效阻止了背漆起泡、脫落等現象，延長了整體反射鏡的使用壽命。圖5為彎鋼鍍鏡背面圖，背漆直接暴露在空氣中，圖6為夾層式反射鏡背面圖，鏡子背漆面與背板粘結，未與外界直接接觸，對背漆起到了有效的保護作用。

圖5 彎鋼鍍鏡反射鏡背面圖

圖6 夾層式反射鏡背面圖

3 夾層式太陽能熱發電反射鏡技術參數

針對我們自行研制的夾層式反射鏡，在國家安全玻璃及石英玻璃質量監督檢驗中心進行了質量檢測，具體檢測項目及指標如表1所示。

由表1可知，夾層式反射鏡具有較高的反射率，本身較好的耐沖擊強度及耐候性保證在環境惡劣的地區長期使用，使用壽命保守估計25年以上。

表1 夾層式太陽能熱發電反射鏡技術參數

4 夾層式太陽能熱發電反射鏡的發展前景

在中國西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內蒙古高原等地的太陽能資源相對豐富，其中，西藏西部太陽能資源最豐富，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。但是由于我國西部地區降水較少、氣候干旱、多風沙天氣，氣候相對惡劣[1,6-7]。

夾層式反射鏡抗風壓能力強，在風載荷條件下彈性形變小，能有效降低反射鏡的抖動，對聚光效果影響較小；同時，夾層式結構能有效保護反射鏡的背漆，在強紫外環境下延長反射鏡的使用壽命。因此，夾層式反射鏡在我國太陽能資源豐富，但風沙相對較大、紫外照射強度高的地區具有更好的應用前景，在保證高反射、高聚光的條件下，更具有較高的使用壽命。

目前，我院的反射鏡產品已經在西安航空動力有限公司、蘭州大成科技有限公司、北京電影機械研究所、益科博能源科技(上海)有限公司的光熱發電示范線上得到了應用。隨著夾層式光熱太陽能發電技術的日益完善，夾層式太陽能熱發電反射鏡將擁有更廣闊的市場。

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