新能源光热集热系统的材料革新与性能优化

引言：

在全球能源结构调整的背景下，具备清洁和高效双重特性的新一代光热集热系统受到关注。传统的系统受制于材料属性，存在集热效率低、储能稳定性能差等明显短板。近年来，纳米材料、复合涂层这类新型功能材料取得突破性成果，给系统改良供应了重要支撑；同时，结构设计与参数调节技巧的更新促使光热系统向高效化、智能型方向迈进。此研究重点放在材料革新和性能改良两个主要领域，剖析材料在光热集热领域应用的机制及其实际成效，并且给出增进新能源开发使用的技术创新途径。

一、材料革新与性能优化的协同效应

材料创新给光热集热系统性能改善赋予了物质根基，改良策略的执行可以充分发挥新材料的技术潜能，二者互相促进，产生协同效应。采用新型吸收涂层和优质集热管材料，明显加强了集热器的能量转换效率；同时通过改良集热装置设计和系统布局，也有效地提升了对太阳辐射能的捕捉和转化水平。高温相变储能材料以及复合储能介质被引进之后，储热系统的能量存储量得到大幅增长。针对储能系统的运行参数加以合理优化，便能够最大程度地发挥其储能效能，保障长期稳定运行。

二、材料革新在光热集热系统中的应用

2.1 集热器材料革新

传统集热器吸收涂层在吸收率和发射率上存在固有缺点，近些年纳米高熵太阳能吸收涂层研究有了重大进展。中国科学院兰州化学物理研究所研制出的 Solar Shot 1108 型高温太阳能吸收涂层，在极端工况下太阳能吸收效率达到0.975，整体性能好于国际同类产品。这种涂层通过改良材料微观结构设计，明显提升了对太阳辐射能的捕捉能力，光热转换效率得以显著改善。为了提高集热管传递热能的效率并减少能耗，近些年来出现了许多种新材料。真空绝热型的集热管通过内部抽真空的方法，很大程度上削减了气体分子之间的热传导以及对流换热的现象；而以陶瓷基复合材料为代表的先进材料，由于具有良好的耐高温能力和化学稳定特性，在延长设备服役时间以及改善运行成本方面表现出了明显的优点。

2.2 储能材料革新

相变储能材料因为相变时能吸收或者放出很多潜热而被重视起来，常常被用到热能存储方面。硝酸钠和硝酸钾这些高温熔盐混合物由于其独特研究价值和可能的应用前景而受到人们的注意。这类材料有着不错的能量密度、合适的相变温度范围、良好的热稳定性和较低的热损失特征，给高效热能存储给予了有力的支持。在塔式光热发电系统当中，熔盐储能装置白天用多余的太阳光将化学能转变成热能然后储存起来，到了晚上或者阴天时再将这些热量释放出来维持发电效率，这样就确保了整个系统的持续性和稳定性。为了改进储能系统整体性能，复合储能材料的研究成为学术界热门话题。将不同种类储能介质协同设计并集成应用之后，就能让各组分各自的优势得以充分发挥。将高温相变材料同高效导热材料结合在一起，可以大幅度提升能量存储密度，同时还能改良材料的热管理属性，进而加快储能和释能速度。有些研究者用纳米技术对复合储能体系加以改良，依靠纳米效应改变材料的微观结构，给储能领域的发展带来了崭新的研究思路和实际操作途径。

三、光热集热系统性能优化策略

3.1 系统结构优化

加强集热器几何结构的设计改善是提高太阳能吸收效果的关键方式之一。抛物槽式集热器作为代表，若改进抛物线参数并加大尺寸大小规格的话，那么就会使得其对入射太阳光束的集中力有所加强，能量密度的增加和阴影损耗的减少也就同时显现。由常州龙腾光热科技股份有限公司开发的 RT86 型大槽式集热器采取新型空间框架构造形式搭配自身研发的重要技术，不仅令不同品种的工质介质可以被包容接纳，更将出口状态下的介质温度固定于 565°C 之内，于是就在原有基础上提升了整个系统总体热转换的性能指标的同时还明显缩减了制造成本以及运输成本。科学规划光热集热系统的空间布局，可以明显提升太阳能的转化效率。在大型光热发电项目当中，要全面考量集热器间距、方位角以及地形特征这些关键要素，防止出现遮挡效应造成的能量损失，确保各个部件都能处在最佳受光状态。

3.2 运行参数优化

传热介质的特性参数对光热集热系统的运行效率有着明显的影响。通过调节流速、温度等关键变量，可以改善热交换性能并削减压降损耗。如果提升介质的导热系数及比热容，那么就能加强传热效果和储热能力，同时还会减小系统温差波动，进而优化发电稳定性。在槽式光热发电装置当中，倘若采用熔盐当作传热工质，而对其物理化学性质加以改良，像降低黏度、提升沸点等事情，那么就有希望大幅度改进整个系统的性能水平。储能系统性能优化的关键在于精准控制充放电时序及核心参数（温度）。在充电环节，要恰当设定充放电速率，避免储能介质过热或者过度充放电受损；在放电时段，按照实际热负荷或者用户需求灵活调节放电策略，确保储能装置源源不断地输出能量。

四、结论

光热集热系统不断改进依靠材料更新和性能改善的共同作用。纳米吸收涂层和高温相变储能材料的应用从根基上优化了能量转换和存储效率；抛物槽结构改良和智能跟踪系统的加入极大提升了太阳能量捕捉能力。以后的研究重点应当放在发展具备耐高温特性和良好导热性能的功能材料上，还需将智能调控技术整合到系统设计当中，从而加深系统参数改良，促使光热技术在清洁能源领域得到广泛使用，给达成“双碳”战略目标给予可靠的科技支持。

参考文献：

[1] 黄巨朋 . 光热电站的新能源电力外送系统优化技术探析 [J]. 电力设备管理 ,2025,(04):135-137.

[2] 尹航 , 汤建方 , 张继 , 等 . 电力现货市场中新能源 - 光热联合发电系统的储热系统容量优化配置 [J]. 储能科学与技术 ,2023,12(09):2842-2853.