[发明专利]陶瓷太阳能风道

说明书

(一)技术领域

本发明涉及陶瓷制造和以陶瓷制品利用太阳能的技术领域，具体说是以富含第四周期过渡金属元素的工业废弃物、天然矿物、化合物和普通陶瓷原料制造低成本、长寿命的整体或表面为黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板作为太阳能吸热板，简称陶瓷太阳板，利用陶瓷太阳板吸收的太阳能提供受热膨胀的热空气作为发电的能源，使太阳能成为可大规模利用的可替代能源。

(二)背景技术

太阳能利用主要分为光电利用、光热利用方式，目前光热利用主要是太阳能热水器，太阳能热水器分为闷晒式和循环式，循环式效率较高，其集热体主要采用金属管板式集热体和真空玻璃管式集热体，金属管板式集热体也称作平板式集热体。两者均存在以下不足：1.金属管板式集热体主要采用铜、铝等材料，真空玻璃管集热体结构和制造工艺相对复杂，以每平方米吸热面积计算两者的价格都比较高。2.两者均采用低温涂覆的黑色阳光吸收涂料，在长期的阳光作用下会有一定程度的老化使阳光吸收率衰减，金属易腐蚀、真空玻璃管内的真空度会逐步下降，都是导致寿命和效率问题的重要原因。3.由于材料、结构、成本和寿命等原因难与建筑物结合为一体。

近年来一些国家开展了一种称之为“太阳能烟囱”的太阳能热发电方式的研究试验。太阳能烟囱发电系统，主要由烟囱集热器(平面温室)和发电机及储能装置组成，由被温室加热的空气经温室中心和烟囱底部产生气流，带动发电机而发电。1982年德国科研人员在西班牙马德里南部的Manzanaries建成一座50KW太阳能烟囱示范项目，首次把大型温室热气流推动涡轮机发电的概念变为现实。这之后，在此基础上，Eviro Mission公司开始计划在澳大利亚悉尼以西600km处，建造200MW的太阳能烟囱发电站。它的烟囱高1000m、直径130m，建于直径为7000m的平面温室的中心。其关键技术，是在温室的内外创造一定的温差，使大型圆形玻璃温室内的空气定向运动到中心的倾斜天花板处产生一个近恒速的风流，通过安装在烟囱底部的32个闭式叶轮机昼夜连续发电。预计建设投资为16～20亿澳元。目前该项目仍在优化设计阶段。这种方式的最大特点是没有聚光系统，不但可利用漫射光，而且避免了因聚光带来的各项技术难题。    

“太阳能烟囱”依靠平面温室进行集热，依靠高大烟囱中的上升气流和进出口压力差造成风流，可能存在以下不足：

1.通常温室内外温差约30℃，而对太阳能集热器进行空晒时，内外温差可以超过120℃，相比之下，“太阳能烟囱”的集热效果较低，但是，现有的太阳能集热器造价过高，其中真空玻璃管集热体为一头封闭的盲管难以形成通畅的气流，也使应用造成困难。

2.直径130m、高1000m的烟囱可能是目前最高的人造建筑物，其建造过程中技术和施工难度可能会形成很高的造价。

经过近200年持续加速开采，煤、石油、天然气等化石燃料资源逐步枯竭，现在人类必须在有限时间内寻找到至少一种新的大规模可替代能源，否则必将发生使现代社会大幅度倒退的真正的能源危机。与核聚变、深海可燃水化物、空间太阳能电站、低成本太阳能电池等一样，低成本、长寿命太阳能集热器的大量应用也可能形成新的大规模可替代能源。

目前科学界的共识是：到达地球陆地表面的太阳辐射能总量，比地球上消耗各种能源的总量大几万倍，一旦技术上取得突破，使之在成本上具有竞争力，太阳能可以满足人类大部分的能源需求。

或者说我们需要选择太阳能丰富的地区，在占地球陆地表面千分之一左右的面积上即约10万平方公里面积上铺满太阳能收集器并将收集到的太阳能转换为电力即可形成大规模可替代能源，10万平方公里等于1000亿平方米。

目前太阳能发电主要是太阳能光伏发电和太阳能热发电，太阳能热发电又可分为聚光、跟踪方式的高温发电和集热器方式的低温发电，光伏发电的阳光收集器是太阳能电池，高温发电的收集器是反射镜和太阳跟踪系统，低温发电的收集器主要是板管式金属集热器和真空玻璃管。目前这些收集器的共同缺点是成本较高、寿命较短，通常成本为每平方米数百至上千元人民币，寿命为5年至20年，各种发电机组已十分成熟，其成本和寿命相对固定，太阳能是低密度能源，上限约每平方米1KW，无论如何精密、复杂、先进的收集器都不能收集到更多的能量，所以收集太阳能需要巨大面积的收集器，太阳能发电的主要成本由收集器决定，关键是收集器的成本和寿命，一般来说现有收集器的成本需下降数倍，同时寿命增加数倍，相对常规能源而言，太阳能发电才会有竞争力。