當(dāng)談到太陽能發(fā)電時，最先想到的往往是光伏系統(tǒng)。然而，高溫太陽能熱能作為令人關(guān)注的替代能源，正變得越來越受歡迎。在太陽能熱電裝置中，集熱器系統(tǒng)會匯聚陽光并將其采集至一個吸收管上。這些發(fā)電裝置往往不適用于在北歐離網(wǎng)安裝，而常以完整的發(fā)電裝置形式安裝在合適的邊界地區(qū)，因為只有直接輻射的陽光才能有效地匯聚。系統(tǒng)往往安裝在陽光直射充足的地區(qū)，例如西班牙、加利福尼亞以及北非等地。

  著名的沙漠科技計劃(DESERTEC)項目無疑推廣了這一技術(shù)。利用太陽能熱電裝置實現(xiàn)了在沙漠中發(fā)電，并將電能通過HVDC(高壓直流輸電)傳輸線路進行輸送，損失極小，甚至是傳輸?shù)椒浅Ｆh的用戶。

技術(shù)原理

  在拋物槽式太陽能熱發(fā)電廠中，拋物面反射鏡能將太陽輻射匯聚到吸收管內(nèi)，也就是位于反射鏡焦點處的接收器。熱傳導(dǎo)液如導(dǎo)熱油或熔鹽會穿過接收器(見圖1)。

氦檢漏極大提高了太陽能接收器的效率

  接收器串聯(lián)在一起并將熱傳導(dǎo)液引至系統(tǒng)設(shè)備集熱器的蒸汽輪機。設(shè)備中附加的集熱器可以補償太陽輻射的上下波動，同時還能保證夜間運行。一個帶集熱器的太陽能熱電設(shè)備，可以使能源生產(chǎn)適應(yīng)能耗和/或電網(wǎng)負荷。這種方式獲取的熱量經(jīng)過熱交換器引出，用于蒸汽輪機發(fā)電。

  拋物槽技術(shù)已經(jīng)過多年的測試和認可，其高效率、高可靠性以及相對較低的發(fā)電成本使之在市場中脫穎而出。

真空應(yīng)用

  真空對于電廠能效起著決定性作用：為了保證獲得的熱量不會丟失，必須對接收器(或收集器) 進行抽真空處理。

  接收器由一根中空玻璃管和一根內(nèi)部鋼管構(gòu)成。在溫度發(fā)生變化時，這種靈活設(shè)計的管道能平衡玻璃和鋼的不同熱膨脹系數(shù)。在不限制太陽輻射的情況下，傳熱鋼管必須進行保溫處理。與保溫壺的真空保溫原理類似，接收器采用了陽光傳輸率高的特殊玻璃，并在兩根管道上使用了特殊涂層，從而顯著減少輻射及傳送中的損耗。

  接收器的制造商必須確保產(chǎn)品至少可以維持20年的隔熱功能，以確保發(fā)電廠持續(xù)正常地運轉(zhuǎn)。實際應(yīng)用中，根據(jù)發(fā)電廠輸出、設(shè)計以及串聯(lián)的接收器數(shù)量，每一次接收器的更換都需要花費大量時間和金錢。

  為產(chǎn)生接收器所需的真空環(huán)境，普發(fā)真空為客戶提供了一系列的真空解決方案。經(jīng)特別設(shè)計的渦輪分子泵組被用來抽空接收器的管道，其中不僅采用了最優(yōu)化的真空技術(shù)，同時針對生產(chǎn)設(shè)施的要求，其結(jié)構(gòu)也進行了專門的調(diào)整改進。

對真空度的要求

  要對管道進行有效隔離保溫，必須阻止對流產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)。當(dāng)空氣作為傳熱介質(zhì)被抽空時，熱量損失不是來自對流，而是來自相對而言熱量傳輸少得多的輻射。從物理角度來看，10-3 mbar 以下的真空度狀態(tài)能保證最佳隔熱效應(yīng)。因此，接收器在整個使用期間，必須維持在指定的壓力水平。此外，必須盡可能地控制密封材料滲透及墻壁解吸或泄漏造成的氣體進入。

  單從技術(shù)上很難完全實現(xiàn)物理氣密性。因此需要弄清楚的是，滲透率最高能達到多少，接收器傳遞狀態(tài)中的壓力必須低于保證值多少范圍，從而能夠在指定時間段內(nèi)承受增壓的情況。

  最大允許漏率QL要求源于接收器設(shè)計的使用壽命、中空玻璃管內(nèi)的最大允許增壓[mbar]以及可利用體積：

氦檢漏極大提高了太陽能接收器的效率

  但同時，能否達到合理的極限真空取決于接收器的幾何結(jié)構(gòu)，及從技術(shù)真空角度來說，非常狹窄的抽空用的泵出口連接管徑的流阻。

氦檢漏極大提高了太陽能接收器的效率

  高真空環(huán)境下的分子流狀態(tài)延長了達到低壓所需的抽氣時間。接收器內(nèi)達到的壓力實際上可以對理論上獲得的壓力以及適合生產(chǎn)的允許周期進行補償。由于漏率和極限真空的限制，有必要使用吸氣劑材料，從而進一步限制氣體的脫附并保持高真空狀態(tài)。但從生產(chǎn)到使用結(jié)束，需始終維持接收器的隔離真空仍然是一個挑戰(zhàn)。通過氦檢漏儀可以檢測出該氣密性是否達到要求。

氦氣應(yīng)用原理

  氦氣是一種惰性氣體，這意味著它不會與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。檢測結(jié)果明確，并可以進行復(fù)制。另外氦氣也是一種無毒、非爆炸性氣體，成本明確。它不影響操作人員的健康，作為天然空氣的組成成分，它也不污染環(huán)境。

  氦氣分子量低，因此它可以穿過非常細小的裂縫，又因為速度快，可以很快檢測出來。

  質(zhì)譜分析法是一種選擇性的高靈敏度分析法。

測量方法

  氦氣是天然空氣的一種組成成分，自然濃度為5 ppm。在高精度測量中，必須先排空檢測件內(nèi)空氣中的殘余氦氣，以產(chǎn)生極低的本底信號。為了能精確檢測出最大允許漏率，必須確保本底信號至少低于規(guī)定氣密值5個點。

氦檢漏極大提高了太陽能接收器的效率

  氦分子由質(zhì)譜儀進行檢測，同時針對該應(yīng)用而特別設(shè)計的一款渦輪分子泵，被用來對質(zhì)譜儀進行排空。因此當(dāng)壓力范圍已低于1mbar 時，在精檢模式下能高精度地檢測到測試氣體。

整體/局部檢漏

  接收器的氣密性必須整體測定。在檢測所有潛在漏點時，提供待檢接收器運行的可靠證據(jù)顯得至關(guān)重要。出于返修考慮，在定位滲透點時可以局部使用檢漏儀。

  檢測方向應(yīng)始終符合未來的使用需求。對于接收器來說，這是指大氣壓和玻璃管內(nèi)抽空空間的壓差。

  接收器管道的缺點在于管道兩端的玻璃金屬接頭。在整體檢漏中，管道末端處使用了一個轉(zhuǎn)接器來建立一個腔室，當(dāng)中充滿規(guī)定濃度的氦氣。轉(zhuǎn)接器必須是全自動應(yīng)用于工業(yè)流程的，并且被用于指定的氦檢氣體應(yīng)用中。由于該過程對壓力和濃度都進行了規(guī)定，漏率檢測必須符合DIN EN 1779標準。

  接受器管子檢測系統(tǒng)技術(shù)實施的難點在于適應(yīng)基于生產(chǎn)的檢測的周期時間，以及從真空角度上看的測試對象的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，以及對泵系統(tǒng)和測試條件的適應(yīng)。此外，還必須考慮接收器材料檢漏效果的靈敏度以及由于開關(guān)閥等引起的死區(qū)容積。

總結(jié)

  在生產(chǎn)過程中進行接收器氣密性檢查是一項巨大的挑戰(zhàn)。在將工業(yè)檢漏系統(tǒng)整合到現(xiàn)代化生產(chǎn)線的設(shè)計規(guī)劃中，只有全自動系統(tǒng)才能達到工藝一致性和可靠性要求。為達到高質(zhì)量要求并獲得有復(fù)驗性的結(jié)果，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.chvacuum.com/)認為必須考慮到復(fù)雜的物理參數(shù)。

  普發(fā)真空提供系統(tǒng)所需的各類支持，包括信息咨詢和相關(guān)規(guī)劃服務(wù)，同時提供專業(yè)定制的氦檢真空解決方案，并為單個生產(chǎn)流程提供完整的真空技術(shù)支持。