近幾年來，在應對全球氣候變化的大背景下，作為多國重點支持發展的戰略性新興產業，光熱發電在全球范圍內迎來了又一波發展熱潮，中國、南非、中東北非等新興市場為光熱發電行業發展注入了新的動力。

為盡快降低光熱發電成本，產業界正在加大光熱發電領域的科研投入，旨在通過光熱發電的技術革新和升級來提高光熱系統效率并降低光熱發電成本。從關鍵裝備角度來看，全球范圍內的制造商們也在積極探索光熱發電裝備的創新和升級。下文統計了反射鏡，集熱管，槽式集熱器，塔式定日鏡等光熱電站關鍵設備和組件的一些創新方向和部分創新案例。

一、反射鏡篇

目前光熱發電站采用的主流反射鏡產品一般為六層結構，分別為超白玻璃基層、鍍銀層、鍍銅層、底漆涂層、中漆涂層和白色面漆涂層。超白低鐵玻璃是一種高透光率玻璃產品，透光率≥91%，鍍銀層為反射層，鍍銅層為保護層，底漆涂層、中漆涂層和白色面漆涂層為防腐保護層。

創新方向1：反射膜

反射膜技術是在鋁質或不銹鋼等材料制成的基板上覆上一層高性能聚合物薄膜以獲得輕質反射鏡。此舉可顯著降低反射鏡系統的整體重量，降低支架等系統的投資，從而降低光場系統整體投資。

當前在太陽能反射膜技術上研發較多的有兩家公司，分別是3M和Skyfuel旗下的ReflecTech。3M以反射膜及其附屬產品如膜邊緣用的密封膠、清潔劑等的研發和銷售為主，但并不提供整體反射鏡系統方案，而Skyfuel則提供整體的SkyTrough反射膜反射鏡系統方案。

ReflecTech的反射膜是一種鍍銀高分子聚合物薄膜，已經通過NERL能效測試。該技術在2011年9月份就開始在加州SEGS1&2槽式電站上進行示范運行，整體運行狀況較為穩定。
反射膜技術目前面臨的問題主要有四個。一是還沒有權威機構對其反射率進行檢測認證；二是使用壽命，目前還不能完全確定反射膜在運行幾年后是否會發霉、變質，反射率是否會有較大的衰減等；三是其聚光精度較難控制，反射膜需要搭配金屬基板，其聚光精度由金屬基板如鋁板決定，如何保障鋁板的弧面精度是一個問題，即便鋁板的精度可以保證，把反射膜貼上去這一過程也很可能會影響弧面的精度。四是經濟上來看，由于缺乏實際的大型商業化項目的驗證，目前并沒有實際數據支撐其成本比玻璃反射鏡較低的論斷。

創新方向2：更薄厚度

反射鏡常用的厚度標準是4mm,但事實上，玻璃越厚，太陽光到達反射鏡反射層的光損越多，反射率則越低。當前主流反射鏡產品的反射率在93%~94%之間，為進一步提高反射率，其中一個可行的解決方案即設法降低玻璃的厚度，從而降低反射鏡系統的重量，并最終降低集熱場的整體投資。

目前的解決方案是在強度更好的基板如蜂窩鋁板、合成樹脂等上面粘貼超薄反射鏡。如意大利ENEA研發的一種超薄反射鏡就是將蜂窩鋁板先成形為拋物弧，再把0.8mm的超薄反射鏡貼上去。天津濱海光熱投資有限公司采用的方案則為在合成樹脂制作的基板上面粘貼1mm厚的反射鏡，反射率可提升至96%以上。

然而，厚度降低會大幅提高超白玻璃的生產成本，1mm超白玻璃的價格要遠遠高于4mm超白玻璃的價格（同一廠商），同時也增加了反射鏡生產工藝的難度，1mm的非鋼化鏡在生產過程中較易破損。另外，目前采用的附屬基板方案種類較多，缺乏成熟的經過商業化項目驗證的案例，在強度和耐候性方面仍存在不確定性。超薄反射鏡相對通用的4mm鏡在成本上要高出不少，其帶來的聚光效率的提升是否足以抵消并超出其成本增加尚缺乏實際案例的證實。
反射鏡領先制造商Rioglass于2013年推出了一種創新型的“三明治”結構反射鏡，其沒有大幅度縮減厚度，而是采取了較為“中和”的技術路線。它將玻璃厚度從4mm降至2mm，前層為2mm厚的鍍銀層和銅層的薄玻璃反射鏡，中層為高密度聚氨酯泡沫，背板為鍍鋅鋼板，總厚度為40mm，反射率提升至96%左右。這種反射鏡的安裝更為簡便安全，降低了安裝成本，強度更高，也降低了破損率。于2016年投運的南非KhiSolarOne50MW塔式光熱電站就采用了這種超薄反射鏡。

創新方向3：減少防護漆

反射鏡一般要鍍上三層防護漆，常見的第一層保護漆是丙烯酸樹脂層，第二層是醇酸樹脂層，第三層是聚氨酯樹脂層。如若能減少防護漆的層數同時不影響對反射鏡的防護，可相對降低反射鏡的成本。但目前尚無廠商公開發布在此領域的相關研發成果。

創新方向4：微弧平面鏡

在實際應用中，為獲得較好的聚光效果，平面鏡也經常通過支架固定等方式形成一定的微弧。除了機械方式外，部分廠商已生產或正在開發“天然”的微弧反射鏡，即生產出的成品即為微弧鏡，而非后期安裝時通過機械作用力產生。

“天然”微弧鏡的生產技術和工藝難度并不太高，也可以減少鏡場安裝時的工作量。但其產品生產流程較為復雜，成本一般要遠高于普通平面鏡。如果可以生產出低成本的微弧平面鏡，將大大降低鏡場的安裝成本，提升聚焦精度。

世界領先的玻璃生產商Guardian公司聲稱擁有微弧平面鏡的生產技術和能力，但該公司內部人士也承認這種鏡子的造價要高出一般的平面鏡，具體價格可能要根據每個項目的具體要求來測算。

國內廠商浙江大明玻璃有限公司也能夠生產這種微弧鏡，并在CSPPLAZA年會上多次展出該款反射鏡。其宣稱該款反射鏡實際反射率可達95.5%以上，同時，復合式設計大大減輕了反射鏡自重，相較傳統反射鏡自重減輕50%以上。

創新方向5：減反射膜層

減反射膜，又稱增透膜，它的主要功能是減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學表面的反射光，從而增加這些元件的透光量，減少或消除系統的雜散光。因此，在玻璃反射鏡前表面鍍減反射膜層，則可降低前表面的反射率，增加透光率，使更多光到達反射層，從而增加反射率。

這種技術面臨的主要障礙仍是成本，增加膜層不應過多增加反射鏡的成本，否則則不具推廣價值。

創新方向6：自潔凈

光熱電站開發的自然環境一般較為惡劣，特別是在中國西部沙塵較大的地區，反射鏡極易附著大量灰塵從而降低其反射率。但由于對鏡面的的清洗耗時耗資，開發擁有自潔凈功能的反射鏡成為一大發展方向。Rioglass表示其一直在開展減輕鏡面染污率的研究，Rioglass方面介紹稱其開發的一種新的玻璃反射鏡的抗污涂層（自清潔）已經被成功的集成在玻璃熱彎鋼化工藝中，即將推向市場。

二、集熱管篇

集熱管是太陽能熱發電系統的核心組件之一。典型的集熱管由帶選擇性吸收涂層的金屬內管（不銹鋼內管）、同心玻璃外管、波紋管等部件組成。槽式拋面鏡或菲涅爾平面鏡將太陽光反射聚焦至集熱管上，加熱其內部流動的工作介質，為蒸汽發生提供熱源。

目前使用最廣泛的導熱介質是導熱油，但由于其使用溫度的限制，該技術運行溫度較低（最高400℃），發電效率相比塔式及碟式系統要低。隨著熔鹽槽式光熱發電技術的發展和大開口槽式集熱器的出現，對集熱管的耐高溫等性能也提出了更高要求。

創新方向1：槽式熔鹽集熱管

熔鹽作為另一種廣泛使用的工作介質，相比導熱油，它的使用溫度可達到550℃以上，可以直接進行儲熱，而且價格低，安全可靠，從而顯著提高電站效率。

2010年，意大利國家電力公司ENEL在西西里島建成了全球第一個熔鹽槽示范項目，2013年日本Chiyoda和阿基米德太陽能公司又在意大利合作建成了一個600米長的試驗回路。去年10月正式投運的濱海光熱阿克塞800米試驗回路則是我國首個熔鹽槽式試驗項目。

熔鹽集熱管面臨的技術難點有兩個，一是需要耐高溫涂層：目前的選擇性吸收涂層在高溫下運行易分解或脫落，穩定工作溫度不超過400℃，這是槽式技術采用熔鹽做傳熱介質的障礙之一，研發耐550℃高溫的選擇性吸收涂層為集熱管技術的一個發展方向；二要增加耐腐蝕性，若采用熔鹽做傳熱介質，其所含的氯離子等雜質將對金屬內管造成腐蝕，需采用抗腐蝕的金屬材料內管，或改進熔鹽的成分，降低其腐蝕性。

創新方向2：DSG集熱管

DSG直接蒸汽發生技術采用水直接產生蒸汽，可省去多級換熱流程，其運行溫度可以提高到450℃以上，系統效率和成本效益提升明顯。DSG集熱管面臨的技術難題是需要承受更高的運行壓力，選用導熱油做傳熱介質對集熱管造成的壓力不高于4Mpa，但如果采用水做工質，則需要耐壓在10Mpa以上，這對真空集熱管的耐高溫性能、承壓能力及可靠性都提出了更高的要求。國內的兆陽光熱采用的類菲涅爾DSG技術路線即對集熱管提出了更高要求，為適用于其高溫高壓工況，為其生產的集熱管用鋼量極大，單根管重量高達70kg以上。

創新方向3：更大尺寸的集熱管

光熱發電系統的聚光比是指采光面積與吸收體面積的比值，聚光比越高，電站運行溫度就越高，從而提高發電效率。因此，更大尺寸的不銹鋼內管外徑在單位長度內可傳輸更多熱量，有效降低廣場系統的整體投資。但僅僅只增大集熱管的尺寸，其聚光比將相對減小，不易達到高溫。因此，如果要增加集熱管尺寸，反射鏡系統的尺寸也需隨之增大。

目前國內外多家集熱管廠商都推出了內徑90MM等不同規格的大口徑集熱管，以滿足創新型大開口集熱器的配套需求。
三、槽式集熱器篇

槽式集熱器是利用槽式拋物面聚光反射鏡聚集得到高熱流密度的太陽輻射能來實現系統的光熱轉換過程，該組件在光熱發電系統中占據主導地位，它為系統提供熱源，其效率和投資成本會影響到整個集熱系統的效率和經濟性。

創新方向1：大開口

在光熱系統的關鍵設備中，集熱器的設計與集熱管和反射鏡緊密相關，目前主要的設計包括：歐洲槽ET150，SENER槽，SENER?-2槽，FlagsoLHelioTrough槽，UltimateTrough終極槽。這些設計最大的特點就是其開口面積越來越大，因此集熱器的發展方向開始傾向于大型化，以提高聚光比。

UT槽是目前商業化應用的開口最大的集熱器設計。2013年，全球首個UT槽示范回路被成功安裝在SEGSVIII槽式光熱電站，三年的運行數據證明UT的熱效率高于設計預期。2016年初，Flabeg又與沙特Duba1和WaadAlShamal兩個ISCC聯合循環電站的項目方達成合作，將首次在商業化項目上使用UT槽。

美國天源光熱（SkyFuel）也于今年推出了新一代SkyTrough?DSP槽式集熱器，此款集熱器集合了具有革命性設計的可滑動安裝的ReflecTech?反射鏡、7米寬的大采光口和更新后的立體框架，從而降低了整款集熱器產品的總成本。但目前該設計還未有實際商業化應用案例。

創新方向2：輕質化

多年來，槽式集熱器的各方面雖然一直都在不斷創新，但基本沒有突破“鋼結構+玻璃反射鏡”的傳統結構。為提升槽式光熱電站的經濟性，光熱行業一直以來在嘗試改變這種傳統的較為笨重的集熱器設計，奧地利的HELIOVISAG另辟蹊徑，以可回收的塑料薄膜作為原材料，研發出了全新的充氣型薄膜槽式集熱器HELIOtube，其可通過簡單的卷裝方式批量生產運輸，抗風性能佳。最關鍵的是，集熱器原材料的徹底轉變，可大幅降低電站的集熱成本（約55%）。
為推廣該項創新技術，Heliovis去年為一家西班牙農產品企業建設了一套9米寬220米長的太陽能光熱裝置，僅用于工業供熱，目前該項目已經運行三個月，使用輸出達88%。此外，公司還計劃在中東建設第一套15MW商用混合型太陽能光熱發電系統，儲熱時長為8小時。更多具體信息可參考CSPPLAZA此前報道：HELIOVIS攜充氣薄膜槽式集熱器技術拓中國市場

來自奧地利SOLABOLIC公司的設計也非常獨特，該公司于2014年推出了一款新型槽式反射鏡集熱技術，利用一種類似電纜架設的支撐技術，可以節約20%-30%的材料使用量。據悉，依據吊橋原理建設的新型拋物線槽式系統可以使用平面鋁鏡模塊組合來代替昂貴的曲面玻璃模塊組合，這項技術可以大大提高發展中國家光熱電站建設的國產化率，使這些電站在不使用高科技制造工藝的條件下建成完美的拋物線槽式集熱系統，同時還可以節省大批投資。

雖然采用該項專利建設電站的技術成本僅僅比常規槽式光熱發電低16%左右，但采用該技術后預計可以節約光場基礎投資費用的35%左右，同時可以使LCOE（均化電力成本）下降15%左右，這就意味著電站開發商能夠通過此項技術獲取采用常規槽式光熱發電電站2倍以上的利潤。

四、塔式定日鏡篇

定日鏡是塔式光熱電站必不可少的關鍵設備，其制造成本和安裝成本約占電站總體投資的50%以上，同時其聚光性能也直接影響著電站的發電效率及經濟收益。因此，眾多國內外廠商多年來不斷從材料、整體設計及安裝施工方式等多方面進行創新，以實現定日鏡的進一步優化和升級。

創新方向1：獨特的鏡面設計

塔式定日鏡由跟蹤控制器、機械支撐結構和反射鏡三大組件構成，與槽式集熱系統大規模應用最成熟的RP3反射鏡不同，其規格因設計方的不同而不同，不同的設計方有不同的尺寸設計。因此可以說，塔式定日鏡不是標準化產品，而是定制化產品。但是，雖然尺寸設計各有不同，但大多數定日鏡的形狀一般呈方形或矩形，其它多邊形狀的較少。

2013年，Schlaichbergermannpartner（SBP）領導的聯合小組開發出了創新型的Stellio定日鏡，其采用獨特的五邊形設計，呈中心對稱結構，用料少，材質堅固，且聚光均勻，抗風性能佳，凈采光面積47.5平方米。該定日鏡曾在SolarPaces2015大會上獲得了技術創新大獎，并在西班牙PSA進行了相關測試，在距離集熱塔400米外驗證了其聚光精度。中電工程哈密50MW熔鹽塔式電站將采用此款定日鏡，開啟該定日鏡的首次商業化應用。

創新方向2：更大的定日鏡設計

單塊定日鏡的面積從1.2平方米至120平方米不等，業內對定日鏡的大小問題一直以來存在不少爭論，但直到今天，仍沒有人能百分百地確定大定日鏡更好還是小定日鏡更優。一般來講，鏡子越大，集熱效率就會越高，但同時要做到毫弧度級別的精度就越困難。

在建中的摩洛哥NOORIII塔式光熱電站采用的單臺定日鏡面積達178㎡，是Sener設計的最新一款定日鏡，是目前已商業化應用的定日鏡的最大尺寸。

創新方向3：定日鏡支架結構創新

傳統的定日鏡裝置多是“蘑菇型”，僅由一根獨立的立柱撐起鏡面，這種設計雖然廣泛應用于全球大多數塔式光熱電站中，但具體到某個國家，卻常常需要針對不同的地理氣候條件做出創新以適應當地的獨特情況。深圳市智康新能科技有限公司（簡稱深圳智康）推出了一種中國特色的“中式樹型定日鏡”，該公司稱，與蘑菇型鏡架相比，其鏡架結構非常穩，抗風性能強，安裝維護方便，精度可與機床媲美。今年4月份，第二代樹型定日鏡已經通過了中科院延慶太陽能基地的測試，測試結果顯示，在11m/s風速下其跟蹤準確度達到3.5mrad的概率為93.7%。但目前該技術還沒有實際應用案例。
美國創業公司Skysun最新研發的“聯動定日鏡”則突破了這一傳統設計結構，其將多個定日鏡集中固定在同一個支架上，利用共享的驅動電機和支架。據悉，采用該設計電站的總體安裝成本有望降低一半左右，該項目目前正在美國能源部SunShot計劃的基金支持下進行模擬優化，進一步走向市場仍需時日。

創新方向4：定日鏡無線控制系統

定日鏡要充分發揮自身作用離不開一個關鍵設備——定日鏡控制系統，它對定日鏡的精度和聚光效率起著至關重要的作用。隨著新技術的發展，控制系統的創新也是降低成本的主要環節。

據悉，今年年初，BrightSource位于以色列的裝機121MW的Ashalim1塔式光熱電站使用了一種無線太陽島傳輸與控制系統。這種新型控制系統的應用在太陽能光熱發電行業中尚屬首次。以色列TadiranBatteries（塔迪蘭電池公司，法國SaftGroup下屬公司）將為該項目供應50000組電池，用以驅動定日鏡。Tadiran為此設計的這批電池環境適應性強，壽命為期25年。

BrightSource企業通訊高級總監JenniferRigney曾表示：“我們的太陽能集成控制系統主要是通過運用實時定日鏡追蹤數據來控制集熱器上的太陽能分布。Ashalim電站太陽島上的50600套定日鏡均采用該套太陽能集成控制系統與集熱器實現無線傳輸。該無線控制系統減少了整個太陽島85%的電纜使用量，大大降低了太陽島的建設成本。”

創新在任何產業的發展歷程中都扮演著不可或缺的角色，光熱產業也不例外。無論是技術創新還是關鍵設備的創新都在不斷推動著整個行業的良性發展。我們上文總結的關鍵設備創新方向大多是以提高設備的精度和效率為目標，但與此相對應的成本控制不可忽略，否則就很難擁有市場競爭力。實現成本和性能的最佳平衡才具有發展的可持續性。