1.4.3　碟式斯特林太阳能光热发电系统

在碟式太阳能光热发电系统中，将光能转换成电能的核心装置是斯特林发动机。斯特林发动机又称热气机，是一种外燃机，即依靠外部热源对密封在机器中的气体工质加热，使其不断膨胀冷缩，进行闭式循环，推动活塞做功[36]。斯特林发动机在工作时较内燃机平稳，而且噪声也小很多。

典型的碟式斯特林太阳能光热发电系统主要由碟式聚光镜、太阳光接收器、斯特林发动机和发电机组成，如图1.37所示。

其中，太阳光接收器、斯特林发动机与发电机组成的整体通常称为能量转换单元。太阳光接收器一般采用腔体式接收器，主要是为了增大传热面积，可承受高达1MW / m2的热流通量，适合碟式发电的高温场合[37]。装置中设有转向机构，通过调节聚光碟的仰角及水平角度跟踪太阳，保证聚光镜正对太阳获得最多的太阳能[38]。采用碟式斯特林太阳能光热发电，装置每平方米受光面积的平均年发电量可达629kW·h / m2，大于塔式和槽式太阳能光热发电的327kW·h / m2和260kW·h / m2，远远超过了跟踪式光伏发电技术的217kw·h / m2[38]。

碟式聚光器是一个可旋转的、类似抛物面的装置，用来收集太阳辐射能，由双轴跟踪控制系统驱动，追踪太阳光线，并将辐射光线反射会聚到聚光器的焦点位置，通过吸热器转化为热能，为斯特林发动机提供热源[39]。

碟式聚光器可分为单碟式和多碟式两种形式。单碟式聚光器为单个旋转抛物面反光镜，如图1.38（a）所示。多碟式聚光器由许多小型镜面组成呈抛物面形状的碟面，如图1.38（b）所示。多碟式聚光器由大量的小型镜面组件拼接后固定在支架上，可以达到很高的聚光精度。目前镜面组件的形状有扇形、矩形和圆形等[40]。单个镜面组件由玻璃反光镜片（5或6个小块）、衬板（1块）和背板（1块）组成，其厚度约1mm，玻璃反光镜片和衬板采用胶结，胶层厚度约1.5mm[41]。图1.39所示为两种多碟式太阳能光热发电系统。多块反射斑在吸热器上聚焦于同一位置，则形成温度过高的热点，因此系统安装调试过程中需要避免形成热点[42]。由于碟式光热发电效率高，因此多采用双轴跟踪系统来调整太阳高度角和方位角[43]。

常用于碟式太阳能自动跟踪系统的传动机构大致可以分为两类：回转传动机构和直线传动机构。回转传动机构就是机构输入/输出均为回转运动的传动结构，如圆柱齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构。直线传动机构就是输入为回转运动，输出为直线运动的传动机构，如齿轮齿条传动机构、丝杠螺母传动机构、液压缸传动机构[41]。由于碟式斯特林太阳能光热发电系统相对独立，而且聚热转换效率很高，因此对反光镜的清洁维护极为重要。

碟式斯特林太阳能光热发电技术有致命的缺陷，它很难像槽式、塔式和菲涅耳式等技术一样配置储热系统，难以实现稳定发电。德令哈地区建设的碟式冷—热电联供系统，扬长避短，其主要由光学系统、吸热与热储系统、动力及传动系统、控制系统构成。其中光学系统采用了太阳帆结构，其形貌如图1.40所示［9］。远远望去，如同遨游在海面上的帆船。从外观上看，其凹形的镜面对清洁维护造成了一定困难，同时其复杂的追光系统也给清洁维护带来影响。