CN103562651A - 太阳光反射板及聚光集热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳光反射板，其用于聚光集热装置，所述聚光集热装置具有反射并收集太阳光的太阳光反射板、和接收由上述太阳光反射板收集的太阳光而被加热的集热管，所述太阳光反射板至少具有经过轧制加工的基材，反射太阳光的最外表面即太阳光反射面的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.02～1.0μm，所述太阳光反射板被配置于上述基材的轧制方向与上述集热管的长度方向所成的角度为80～100°的方向上。

Description

太阳光反射板及聚光集热装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能热发电中适合使用的太阳光反射板及聚光集热装置。 
背景技术
一直以来，作为用于太阳能热发电的聚光集热装置，通常而言，已知具有收集太阳光的太阳光反射板和配置于其焦点上的集热管的装置。 
作为上述聚光集热装置所具有的太阳光反射板(反射镜)，例如专利文献1中公开了一种太阳光反射板，“其包含基材4、金属反射膜5及透明性无机保护膜6而形成，所述基材4由铝、钢板、不锈钢等金属、合金或塑料等适当的材料形成，所述金属反射膜5由沉积在该基材4上的铝、银等形成，所述透明性无机保护膜6由沉积在该金属反射膜5的表面上的例如SiO、SiO2之类的玻璃质膜形成”(参见第2页右上栏)。 
专利文献1：日本特开昭57-4003号公报 
发明内容
如专利文献1所公开的那样，太阳光反射板(反射镜)具有反射膜时，虽然漫反射率提高，但太阳能热发电中重要的镜面反射率变低。 
因此，发明人等进行了探讨研究，结果发现，通过降低太阳光反射板的最外表面(反射膜的表面)的表面粗糙度，镜面反射率提高。 
但是，明显存在下述情况：虽然镜面反射率高，但其聚光性低， 发电效率没有如期待般提高。 
本发明是鉴于以上方面完成的发明，目的在于提供一种可获得优异的聚光性的太阳光反射板及聚光集热装置。 
本发明人等为达成上述目的进行了深入研究。结果发现，通过将具有规定的表面粗糙度的太阳光反射板相对于集热管以特定的方向配置，可获得优异的聚光性，从而完成了本发明。 
即，本发明提供以下的(1)～(5)。 
(1)一种太阳光反射板，其用于聚光集热装置，所述聚光集热装置具有：反射并收集太阳光的太阳光反射板、和接收由上述太阳光反射板收集的太阳光而被加热的集热管，所述太阳光反射板至少具有经过轧制加工的基材，反射太阳光的最外表面即太阳光反射面的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.02～1.0μm，上述太阳光反射板被配置于上述基材的轧制方向与上述集热管的长度方向所成的角度为80～100°的方向上。 
(2)如上述(1)所述的太阳光反射板，其中，在上述基材上具有含有金属的反射膜。 
(3)如上述(2)所述的太阳光反射板，其中，在上述反射膜上具有保护膜。 
(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的太阳光反射板，其中，上述基材为不锈钢板或冷轧钢板。 
(5)一种聚光集热装置，具有：反射并收集太阳光的太阳光反射板、和接收由上述太阳光反射板收集的太阳光而被加热的集热管，上述太阳光反射板至少具有经过轧制加工的基材，上述太阳光反射板中的反射太阳光的最外表面即太阳光反射面的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.02～1.0μm，上述太阳光反射板被配置于上述基材的轧制方向与上述集热管的长度方向所成的角度为80～100°的方向上。 
根据本发明，可提供一种能获得优异的聚光性的太阳光反射板及聚光集热装置。 
附图说明
[图1]为示意性地表示聚光集热装置1的截面图。 
[图2]为示意性地表示聚光集热装置1的俯视图。 
[图3]为将太阳光反射板11的一例放大表示的截面图。 
[图4]为将太阳光反射板11的另一例放大表示的截面图。 
[图5]为将太阳光反射板11的又一例放大表示的截面图。 
[图6]为表示对成为平面的太阳光反射板11照射光的状态的示意图，(A)为侧视图，(B)为立体图。 
[图7]为表示聚光率的测定方法的概要的示意图，(A)为截面图，(B)为俯视图。 
具体实施方式
基于图1～图5，对本发明的聚光集热装置及太阳光反射板的一个实施方式进行说明。 
[聚光集热装置] 
图1是示意性地表示聚光集热装置1的截面图，图2是其俯视图。聚光集热装置1至少具有：反射并收集太阳光的太阳光反射板11；及接收由太阳光反射板11收集的太阳光而被加热的集热管51。太阳光反射板11以规定的曲率半径进行弯曲，使与光轴平行地入射的太阳光集中于焦点。集热管51配置于该焦点上。 
在聚光集热装置1用于太阳能热发电的情况下，油等热介质(未图示)在集热管51的内部流动，热介质借助泵(未图示)进行循环。而且，利用由太阳光反射板11反射的太阳光，集热管51被加热，由此在集热管51中流动的热介质也被加热，将经加热了的热介质输送至汽轮机(未图示)使水蒸发，使该汽轮机转动，从而进行发电。 
〔集热管〕 
集热管51是呈直线状延伸的中空构件，只要热介质能在其内部流动即可，可以使用现有公知的中空管。为了使集热管51具有隔热 性，可以为使内部为真空的双层壁结构，另外，集热管51的外表面可被太阳光吸收率高且放射率低的选择性吸收膜覆盖。作为这样的集热管51的材质，例如可以优选使用铜、铝、铁、玻璃等。 
〔太阳光反射板〕 
太阳光反射板11以经轧制加工的基材12(参见图3～图5)为主体而构成，在反射太阳光的最外表面(太阳光反射面21)出现有沿轧制方向形成的多条轧制条纹22。轧制条纹22是在轧制加工时形成的。 
图3是将太阳光反射板11的一例放大表示的截面图，图4是将太阳光反射板11的另一例放大表示的截面图，图5是将太阳光反射板11的又一例放大表示的截面图。 
太阳光反射板11可如图3所示仅由基材12构成，也可以如图4所示在基材12上形成有反射膜13，另外，还可以如图5所示在反射膜13上进一步形成有保护膜14。需要说明的是，关于基材12、反射膜13及保护膜14的材质等的详细内容，在后面进行叙述。 
在太阳光反射板11仅由基材12构成的情况(参见图3)，基材12的表面成为太阳光反射面21，在太阳光反射面21上，形成于基材12上的轧制条纹22按照原样出现。 
相对于此，在太阳光反射板11由基材12及反射膜13构成的情况(参见图4)下，成为最外表面的反射膜13的表面成为太阳光反射面21。此时，反射膜13按照原样反映基材12的凹凸形状而形成。因此，在反射膜13的表面即太阳光反射面21上也出现轧制条纹22。 
在反射膜13上形成有保护膜14的情况(参见图5)也相同。这种情况下，成为最外表面的保护膜14的表面成为太阳光反射面21。此时，保护膜14按照原样反映基材12及反射膜13的凹凸形状而形成。因此，在保护膜14的表面即太阳光反射面21上也出现轧制条纹22。 
<表面粗糙度> 
在太阳光反射板11中，出现轧制条纹22的最外表面即太阳光 反射面21的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.02～1.0μm。 
需要说明的是，表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)是针对与基材12的轧制方向成直角的方向(C方向)、依据JIS B0601：2001测定的。 
如上所述，在基材12上形成有反射膜13时(参见图4或图5)，镜面反射率变低，但本发明人等发现，通过降低太阳光反射面21的表面粗糙度，镜面反射率提高。 
但是，本发明人等明确了：虽然通过降低太阳光反射面21的表面粗糙度使镜面反射率变高，但向集热管51的聚光性未必变高。即，并不是太阳光反射面21的表面粗糙度越低，聚光性就越优异。 
因此，本发明人等进一步进行了研究，结果意外地发现了当太阳光反射面21比较粗、其算术平均粗糙度Ra在0.02～1.0μm的范围内时，向集热管51的聚光性大幅度提高。 
其理由虽不明确，但本发明人等如下考虑。即，认为在利用镜面加工等使太阳光反射面21为低粗糙度的情况下，平面状态下的反射率良好，但如图1所示的太阳光反射板11那样使其弯曲时，存在由于研磨变形等的影响而使光轴容易偏移的倾向。 
但是，太阳光反射面21的表面粗糙度在上述范围内时，在弯曲了的太阳光反射板11上不易产生变形，相对于集热管51成为理想的形状，因此光轴不易偏移，聚光性优异。 
出于聚光性更优异的理由，太阳光反射面21的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计优选为0.04～0.50μm，更优选为0.10～0.50μm。 
需要说明的是，表面粗糙度越低，轧制条纹22变得越浅而难以目视辨认，但即使轧制条纹22无法目视辨认，也包含在本发明的范围内。 
<太阳光反射板与集热管所成的角度> 
如图2所示，在聚光集热装置1中，太阳光反射板11及集热管51被配置于太阳光反射板11的轧制方向(与轧制条纹22平行的假想线)与集热管51的长度方向(通过集热管51的中心的假想线) 所成的角度(图2中用θ表示)为80～100°(90±10°)的方向上。 
但是，在形成有算术平均粗糙度Ra为光的波长程度的轧制条纹的平面，存在反射光在与轧制方向垂直的方向上扩散的倾向。 
图6是示意图，表示对成为平面的太阳光反射板11照射光的状态，(A)为侧视图、(B)为立体图。在图6中，向太阳光反射面21倾斜地照射从激光指示器P与轧制方向平行地射出的可见光的激光L(例如波长532nm的绿色激光、波长635～690nm的红色激光等)。 
若观察图6(A)，则认为可见光激光L镜面反射，若观察图6(B)，则可确认可见光激光L在与轧制方向垂直的方向上扩散的情况。该光的扩散方式为一维，纵横比约为3～80左右。 
因此，在本发明中，使该一维的光的扩散与集热管51的长度方向一致，即，使太阳光反射板11的轧制方向与集热管51的长度方向所成的角度为80～100°(90±10°)，由此形成聚光性优异的太阳光反射板。 
出于聚光性更优异的理由，上述角度优选为85～95°，更优选为88～92°。 
<基材> 
基材12没有特别限定，只要为经过轧制加工的基材即可，作为其材料，例如可举出钢板、铝板、塑料板等。作为钢板，只要为通常的钢板即可，没有特别限定，但从耐光性、耐气候性、经济性的观点考虑，优选冷轧钢板、不锈钢板，出于背面的耐腐蚀性优异的理由，更优选不锈钢板。 
不锈钢板等基材12优选沿轧制方向形成有轧制条纹22，更优选如细线加工(hairline finishing)那样在轧制方向上利用适当的研磨粒等进行研磨而成为条纹状。 
另外，如图1所示，太阳光反射板11为弯曲的板。从易于弯曲加工的观点出发，基材12优选较薄，具体而言，基材12的板厚优选为0.5mm以下，更优选为0.15mm以下。 
<反射膜> 
反射膜13为含有金属的膜，作为所述金属，优选使用反射率高的银(Ag)、铝(Al)，从经济性观点考虑，优选铝。 
出于能够获得良好的反射率的理由，反射膜13中的金属的含量优选为50质量％以上，更优选为80质量％以上，进一步优选为90质量％以上。 
作为使反射膜13沉积在基材12上的方法，没有特别限定，可举出真空蒸镀法等蒸镀法；电镀法、热浸镀法等镀敷法；等。 
采用蒸镀法时，从均匀性的观点考虑，反射膜13的厚度优选为0.5μm以下，更优选为0.2μm以下。另一方面，采用镀敷法时，反射膜13的厚度约为5～50μm。 
需要说明的是，采用蒸镀法时，有时需要调整基材12的表面粗糙度，另外，采用镀敷法时，有时需要通过研磨等调整反射膜13的表面粗糙度。 
需要说明的是，特别是在基材12为铝板的情况下，通过对基材12的表面实施研磨等，可在不形成反射膜13的情况下制成太阳光反射板11。 
<保护膜> 
保护膜14是用于耐受户外侵蚀的透明的现有公知的保护膜，例如可举出以氧化硅(SiO、SiO2)作为主要成分的保护膜、以氧化铝(Al2O3)作为主要成分的保护膜等。需要说明的是，所谓主要成分，是指将上述成分以SiO2及／或Al2O3换算而含有60质量％以上。 
作为形成以氧化硅为主要成分的保护膜14的方法，例如可举出下述方法，即，将硅烷醇类化学试剂、硅烷偶联剂、有机硅树脂等涂布在反射膜13上，然后通过加热或紫外线照射使其固化的方法。 
另外，作为形成以氧化铝为主要成分的保护膜14的方法，例如可举出使用真空蒸镀法等蒸镀法使其蒸镀在反射膜13上的方法。 
作为保护层14的厚度没有特别限定，从反射率与保护性的均衡的观点考虑，优选为10μm以下，更优选为5μm以下。 
实施例 
以下，举出实施例具体地说明本发明。但本发明并不限定于这些实施例。 
〔实施例1～20、比较例1～19〕 
使用下述第1表所示的物质作为基材12，进行表皮光轧加工及退火，形成下述第1表所示的反射膜13及任意形成的保护膜14，得到平面状的(弯曲前的)太阳光反射板11。 
<反射膜> 
作为铝(Al)金属膜的反射膜13是利用真空蒸镀法产生金属蒸汽、形成于基材12一面上的膜。 
<保护膜> 
对于以氧化硅(SiO2)为主要成分的保护膜14及以氧化铝(Al2O3)为主要成分的保护膜14，利用真空蒸镀法形成。 
(表面粗糙度) 
对于如上所述得到的平面状的太阳光反射板11中的太阳光反射面21，根据JIS B0601：2001，使用表面粗糙度测定机(Surftest SJ-400，Mitutoyo公司制)，测定与基材12的轧制方向成直角的方向(C方向)上的算术平均粗糙度Ra。测定结果示于下述第1表。 
(镜面反射率) 
对于平面状的太阳光反射板11中的太阳光反射面21，使用分光光度计(UV-3100PC，岛津制作所公司制)测定波长300～2500nm的镜面反射率，将其平均值作为镜面反射率。结果示于下述第1表。 
(聚光率) 
图7是表示聚光率的测定方法的概要的示意图，(A)为截面图，(B)为俯视图。 
首先，使平面状的太阳光反射板11以曲率半径1m弯曲。 
接着，将从激光指示器P与轧制方向平行地射出的红色激光L(光束直径：5mm)以相对于太阳光反射板11的弯曲方向(图7(A)中用虚线表示)倾斜45°的角度入射至太阳光反射面21，使用通过狭缝(直径：10mm)S的检测器(光功率计3664，日置电机公司制) D测定成为镜面反射位置的位置处的光强度。 
此时，一边使狭缝S和检测器D同时移动，一边测定一维地扩散的反射光的强度。狭缝S和检测器D的移动方向为相对于太阳光反射板11的弯曲方向成90°的方向，并且适当变更与轧制方向所成的角度(图7(B)中用θ表示)。需要说明的是，以镜面反射位置为基点，该移动范围为±20cm。 
将如上所述测定的强度累计(累计强度)，将该累计强度相对于入射激光L的光强度的比例作为弯曲时的聚光率(％)。将结果示于下述第1表。 
需要说明的是，如果聚光率为80％以上，则可评价为聚光性优异。 
[表1] 
第1表(之1) 
Figure BPA0000181604650000091
[表2] 
第1表(之2) 
[表3] 
第1表(之3) 
Figure BPA0000181604650000102
由第1表所示的结果明确可知，在实施例1～20的太阳光反射板中，弯曲时的聚光率高，聚光性优异。 
更详细而言，例如若观察第1表(之1)，则可知表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)在本发明的范围内(0.02～1.0μm)的实施例1～8中，聚光率为80％以上，聚光性优异，相对于此，在表面粗糙度小于本发明下限值的比较例1～4、及表面粗糙度大于本发明上限值的比较例5～9中，聚光率小于80％，聚光性差。 
另外，若观察第1表(之2)，则可知在角度θ为本发明的范围 内(80～100°)的实施例9～13中，聚光率为80％以上，聚光性优异，相对于此，在角度θ小于本发明下限值的比较例10～14、及角度θ大于本发明上限值的比较例15～19中，聚光率小于80％，聚光性差。 
进而，若观察第1表(之3)，则可知即使在反射膜上设置保护膜的情况、或使用了不锈钢板以外的基材的情况，聚光率也为80％以上，聚光性优异。 
符号说明 
1  聚光集热装置 
11 太阳光反射板 
12 基材 
13 反射膜 
14 保护膜 
21 太阳光反射面 
22 轧制条纹 
51 集热管 
D  检测器 
L  激光 
P  激光指示器 
S  狭缝 。

Claims (5)

1.一种太阳光反射板，其用于聚光集热装置，所述聚光集热装置具有：反射并收集太阳光的太阳光反射板、和接收由所述太阳光反射板收集的太阳光而被加热的集热管，
所述太阳光反射板至少具有经过轧制加工的基材，
反射太阳光的最外表面即太阳光反射面的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.02～1.0μm，
所述太阳光反射板被配置于所述基材的轧制方向与所述集热管的长度方向所成的角度为80～100°的方向上。
2.如权利要求1所述的太阳光反射板，其中，在所述基材上具有含有金属的反射膜。
3.如权利要求2所述的太阳光反射板，其中，在所述反射膜上具有保护膜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳光反射板，其中，所述基材为不锈钢板或冷轧钢板。
5.一种聚光集热装置，具有：反射并收集太阳光的太阳光反射板、和接收由所述太阳光反射板收集的太阳光而被加热的集热管，
所述太阳光反射板至少具有经过轧制加工的基材，
所述太阳光反射板中的反射太阳光的最外表面即太阳光反射面的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计为0.02～1.0μm，
所述太阳光反射板被配置于所述基材的轧制方向与所述集热管的长度方向所成的角度为80～100°的方向上。
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