陶瓷材料在太阳能系统中应用

    当前，欧洲能源危机，让不少人意识到可再生资源的重要性。太阳作为取之不尽用之不竭的优质能源，合理利用实现能量转换投入利用是一大好事。近几年也有不少关于陶瓷材料用于太阳能系统的研究。

黑瓷复合陶瓷太阳板

1、黑瓷复合陶瓷太阳板

     陶瓷材料应本身的材质优势可被应用在塔式太阳能热发电系统的吸热器上，最具有代表性的就是黑瓷复合陶瓷太阳板，其吸收体材料——无白度要求的普通陶瓷，是目前已知的成本最低、使用寿命最长、性能最稳定的工程材料之一。

    其涂层材料为钒钛黑瓷，钒钛黑瓷的原材料可从工业废弃物提钒尾渣中取得，其成本低廉，约为同质量硼硅玻璃及钢材的1/10。陶瓷具有防冻、抗老化、抗腐蚀、易制造等特点，以此该太阳能集热器有着传统类型无可比拟的优势。其次陶瓷太阳板导热系数与金属之间导热系数差别不大，其太阳能加热过程是稳定传热过程，非瞬间传热过程。

2、堇青石-莫来石储热陶瓷

     太阳能发电技术真正做到了能源的清洁与利用，在高效利用的同时，储热系统也是最为重要的一环，储热系统有效的解决和平衡了太阳光辐射和能源利用的同步问题。陶瓷储热材料主要包括粘土、刚玉、莫来石、氧化锆、钛酸铝、碳化硅和堇青石等，这些材料具有原料来源广泛、耐腐蚀等优势，但也存在抗热震性能差和储热密度小的问题，因此制备满足太阳能热发电高温储热材料性能要求的堇青石-莫来石储热陶瓷要合理设计堇青石和莫来石复合品相的种类，且耐高温的特性使其储热温度更高，储热温度范围更宽。以合成莫来石和合成堇青石为原料,废玻璃粉和钛酸铝为烧结助剂,采用常压烧结制备的莫来石-堇青石复相陶瓷，可用作太阳能发电用的输热管道材料。

3、碳化硅储热陶瓷

      碳化硅陶瓷是一种重要的高温结构陶瓷材料，具有耐高温、强度高、导热系数大、热膨胀系数小，有较好的抗热震性能以及化学性能稳定等特性，完全符合太阳能储热材料的要求。我国八达岭太阳能热发电站利用泡沫碳化硅陶瓷作为集热塔上的吸热材料，有研究结果表明，采用烧结碳化硅制成的吸热体可以使该吸热器获得高达1200℃的出口空气温度，材料没发生破坏。

4、陶瓷金属复合材料板材

      到目前为止，光热电站一般仍使用导热油或熔盐作为传储热介质，系统温度因此被限制在550摄氏度左右，效率也因此被限制。

陶瓷金属复合材料板材

    为了削减成本和拓宽光热市场机会，美国普渡大学开发了一种新的材料和制造工艺，可以将太阳能储存为热能，更有效地发电。这种材料叫陶瓷-金属复合材料板材，由陶瓷碳化锆和金属钨制成。

     正常集中式太阳能发电厂通过使用镜子或透镜将太阳能转化为电能，将大量光线集中到一个小区域，从而产生热量传递给熔盐；然后将来自熔融盐的热量转移到“工作”流体，超临界二氧化碳，其膨胀并用于旋转涡轮机以产生电力。为了使太阳能电力更便宜，涡轮发动机就需要更多的热量产生电力。而将热量从热熔融盐传递到工作流体的热交换器，目前由不锈钢或镍基合金制成，这些合金在所需的较高温度和超临界二氧化碳的高压下变得太软。

      陶瓷-金属复合材料板材在测试阶段表现出的主要性能是优化的断裂强度，对SCO2（超临界二氧化碳）的耐腐蚀性和导热系数比钢或镍基合金高出两到三倍（超过700摄氏度运行温度下）。

      随着技术完善，最终，这项技术将允许可再生太阳能大规模渗透到电网中，大量减少化学电力生产中的二氧化碳。 热力用方面，陶瓷太阳能目前应用在建筑采暖、生活热水制取，展现出较强的技术和成本优势，在“双碳”经济背景下，陶瓷太阳能将有更大的发展空间。