[發明專利]陶瓷太陽能風道

有效

• 申請號: 200710014008.3
• 申請日: 2007-03-22
• 公開（公告）號: CN101270725A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 曹樹梁;許建華;蔡濱;王啟春;石延嶺;許建麗;谷勝利;楊玉國;修大鵬;王立剛
• 申請（專利權）人: 曹樹梁
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03G6/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及陶瓷制造和以陶瓷制品利用太陽能的技術領域，具體說是以富含第四周期過渡金屬元素的工業廢棄物、天然礦物、化合物和普通陶瓷原料制造低成本、長壽命的整體或表面為黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板作為太陽能吸熱板，簡稱陶瓷太陽板，利用陶瓷太陽板吸收的太陽能提供受熱膨脹的熱空氣作為發電的能源，使太陽能成為可大規模利用的可替代能源。

(二)背景技術

太陽能利用主要分為光電利用、光熱利用方式，目前光熱利用主要是太陽能熱水器，太陽能熱水器分為悶曬式和循環式，循環式效率較高，其集熱體主要采用金屬管板式集熱體和真空玻璃管式集熱體，金屬管板式集熱體也稱作平板式集熱體。兩者均存在以下不足：1.金屬管板式集熱體主要采用銅、鋁等材料，真空玻璃管集熱體結構和制造工藝相對復雜，以每平方米吸熱面積計算兩者的價格都比較高。2.兩者均采用低溫涂覆的黑色陽光吸收涂料，在長期的陽光作用下會有一定程度的老化使陽光吸收率衰減，金屬易腐蝕、真空玻璃管內的真空度會逐步下降，都是導致壽命和效率問題的重要原因。3.由于材料、結構、成本和壽命等原因難與建筑物結合為一體。

近年來一些國家開展了一種稱之為“太陽能煙囪”的太陽能熱發電方式的研究試驗。太陽能煙囪發電系統，主要由煙囪集熱器(平面溫室)和發電機及儲能裝置組成，由被溫室加熱的空氣經溫室中心和煙囪底部產生氣流，帶動發電機而發電。1982年德國科研人員在西班牙馬德里南部的Manzanaries建成一座50KW太陽能煙囪示范項目，首次把大型溫室熱氣流推動渦輪機發電的概念變為現實。這之后，在此基礎上，Eviro?Mission公司開始計劃在澳大利亞悉尼以西600km處，建造200MW的太陽能煙囪發電站。它的煙囪高1000m、直徑130m，建于直徑為7000m的平面溫室的中心。其關鍵技術，是在溫室的內外創造一定的溫差，使大型圓形玻璃溫室內的空氣定向運動到中心的傾斜天花板處產生一個近恒速的風流，通過安裝在煙囪底部的32個閉式葉輪機晝夜連續發電。預計建設投資為16～20億澳元。目前該項目仍在優化設計階段。這種方式的最大特點是沒有聚光系統，不但可利用漫射光，而且避免了因聚光帶來的各項技術難題。????

“太陽能煙囪”依靠平面溫室進行集熱，依靠高大煙囪中的上升氣流和進出口壓力差造成風流，可能存在以下不足：

1.通常溫室內外溫差約30℃，而對太陽能集熱器進行空曬時，內外溫差可以超過120℃，相比之下，“太陽能煙囪”的集熱效果較低，但是，現有的太陽能集熱器造價過高，其中真空玻璃管集熱體為一頭封閉的盲管難以形成通暢的氣流，也使應用造成困難。

2.直徑130m、高1000m的煙囪可能是目前最高的人造建筑物，其建造過程中技術和施工難度可能會形成很高的造價。

經過近200年持續加速開采，煤、石油、天然氣等化石燃料資源逐步枯竭，現在人類必須在有限時間內尋找到至少一種新的大規模可替代能源，否則必將發生使現代社會大幅度倒退的真正的能源危機。與核聚變、深海可燃水化物、空間太陽能電站、低成本太陽能電池等一樣，低成本、長壽命太陽能集熱器的大量應用也可能形成新的大規模可替代能源。

目前科學界的共識是：到達地球陸地表面的太陽輻射能總量，比地球上消耗各種能源的總量大幾萬倍，一旦技術上取得突破，使之在成本上具有競爭力，太陽能可以滿足人類大部分的能源需求。

或者說我們需要選擇太陽能豐富的地區，在占地球陸地表面千分之一左右的面積上即約10萬平方公里面積上鋪滿太陽能收集器并將收集到的太陽能轉換為電力即可形成大規模可替代能源，10萬平方公里等于1000億平方米。

目前太陽能發電主要是太陽能光伏發電和太陽能熱發電，太陽能熱發電又可分為聚光、跟蹤方式的高溫發電和集熱器方式的低溫發電，光伏發電的陽光收集器是太陽能電池，高溫發電的收集器是反射鏡和太陽跟蹤系統，低溫發電的收集器主要是板管式金屬集熱器和真空玻璃管。目前這些收集器的共同缺點是成本較高、壽命較短，通常成本為每平方米數百至上千元人民幣，壽命為5年至20年，各種發電機組已十分成熟，其成本和壽命相對固定，太陽能是低密度能源，上限約每平方米1KW，無論如何精密、復雜、先進的收集器都不能收集到更多的能量，所以收集太陽能需要巨大面積的收集器，太陽能發電的主要成本由收集器決定，關鍵是收集器的成本和壽命，一般來說現有收集器的成本需下降數倍，同時壽命增加數倍，相對常規能源而言，太陽能發電才會有競爭力。