中國粉體網(wǎng)訊  當前，歐洲能源危機，讓不少人意識到可再生資源的重要性。太陽作為取之不盡用之不竭的優(yōu)質(zhì)能源，合理利用實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換投入利用是一大好事。近幾年也有不少關(guān)于陶瓷材料用于太陽能系統(tǒng)的研究。

1、黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板

陶瓷材料應(yīng)本身的材質(zhì)優(yōu)勢可被應(yīng)用在塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器上，最具有代表性的就是黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板，其吸收體材料——無白度要求的普通陶瓷，是目前已知的成本最低、使用壽命最長、性能最穩(wěn)定的工程材料之一。

其涂層材料為釩鈦黑瓷，釩鈦黑瓷的原材料可從工業(yè)廢棄物提釩尾渣中取得，其成本低廉，約為同質(zhì)量硼硅玻璃及鋼材的1/10。陶瓷具有防凍、抗老化、抗腐蝕、易制造等特點，以此該太陽能集熱器有著傳統(tǒng)類型無可比擬的優(yōu)勢。其次陶瓷太陽板導熱系數(shù)與金屬之間導熱系數(shù)差別不大，其太陽能加熱過程是穩(wěn)定傳熱過程，非瞬間傳熱過程。

2、堇青石-莫來石儲熱陶瓷

太陽能發(fā)電技術(shù)真正做到了能源的清潔與利用，在高效利用的同時，儲熱系統(tǒng)也是最為重要的一環(huán)，儲熱系統(tǒng)有效的解決和平衡了太陽光輻射和能源利用的同步問題。陶瓷儲熱材料主要包括粘土、剛玉、莫來石、氧化鋯、鈦酸鋁、碳化硅和堇青石等，這些材料具有原料來源廣泛、耐腐蝕等優(yōu)勢，但也存在抗熱震性能差和儲熱密度小的問題，因此制備滿足太陽能熱發(fā)電高溫儲熱材料性能要求的堇青石-莫來石儲熱陶瓷要合理設(shè)計堇青石和莫來石復(fù)合品相的種類，且耐高溫的特性使其儲熱溫度更高，儲熱溫度范圍更寬。以合成莫來石和合成堇青石為原料,廢玻璃粉和鈦酸鋁為燒結(jié)助劑,采用常壓燒結(jié)制備的莫來石-堇青石復(fù)相陶瓷，可用作太陽能發(fā)電用的輸熱管道材料。

3、碳化硅儲熱陶瓷

碳化硅陶瓷是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有耐高溫、強度高、導熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小，有較好的抗熱震性能以及化學性能穩(wěn)定等特性，完全符合太陽能儲熱材料的要求。我國八達嶺太陽能熱發(fā)電站利用泡沫碳化硅陶瓷作為集熱塔上的吸熱材料，有研究結(jié)果表明，采用燒結(jié)碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲得高達1200℃的出口空氣溫度，材料沒發(fā)生破壞。

4、陶瓷金屬復(fù)合材料板材

到目前為止，光熱電站一般仍使用導熱油或熔鹽作為傳儲熱介質(zhì)，系統(tǒng)溫度因此被限制在550攝氏度左右，效率也因此被限制。

為了削減成本和拓寬光熱市場機會，美國普渡大學開發(fā)了一種新的材料和制造工藝，可以將太陽能儲存為熱能，更有效地發(fā)電。這種材料叫陶瓷-金屬復(fù)合材料板材，由陶瓷碳化鋯和金屬鎢制成。

正常集中式太陽能發(fā)電廠通過使用鏡子或透鏡將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，將大量光線集中到一個小區(qū)域，從而產(chǎn)生熱量傳遞給熔鹽；然后將來自熔融鹽的熱量轉(zhuǎn)移到“工作”流體，超臨界二氧化碳，其膨脹并用于旋轉(zhuǎn)渦輪機以產(chǎn)生電力。為了使太陽能電力更便宜，渦輪發(fā)動機就需要更多的熱量產(chǎn)生電力。而將熱量從熱熔融鹽傳遞到工作流體的熱交換器，目前由不銹鋼或鎳基合金制成，這些合金在所需的較高溫度和超臨界二氧化碳的高壓下變得太軟。

陶瓷-金屬復(fù)合材料板材在測試階段表現(xiàn)出的主要性能是優(yōu)化的斷裂強度，對SCO2（超臨界二氧化碳）的耐腐蝕性和導熱系數(shù)比鋼或鎳基合金高出兩到三倍（超過700攝氏度運行溫度下）。

隨著技術(shù)完善，最終，這項技術(shù)將允許可再生太陽能大規(guī)模滲透到電網(wǎng)中，大量減少化學電力生產(chǎn)中的二氧化碳。

熱力用方面，陶瓷太陽能目前應(yīng)用在建筑采暖、生活熱水制取，展現(xiàn)出較強的技術(shù)和成本優(yōu)勢，在“雙碳”經(jīng)濟背景下，陶瓷太陽能將有更大的發(fā)展空間。

參考來源：

王玎等人：陶瓷太陽能集熱板研究進展

吳建鋒等人：太陽能熱發(fā)電用堇青石-莫來石儲熱陶瓷的研制

田江洲：太陽能熱發(fā)電用SiC儲熱陶瓷材料的研究

CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺：金屬陶瓷帶來換熱器材料革新 超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化更進一步

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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