已有的三种太阳热发电系统都用热机和发电机来实现能量的转换，在线聚焦和塔式系统中
用的是传统的蒸汽轮机作原动机，这样的系统只有在大容量发电的场合才能获得良好的技
术经济指标；另一方面，点聚焦一斯持林系统的容量可以小到几个千瓦，而且可以达到高
效率，但是需要用氢或氦作工质，工作压力高速

150 个大气压，增加了斯特林发动机的制

造难度。不仅如此，所有这些带有运动部件的系统都包含了可观的维护工作量和必须的运行
维护费用。

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于是，把无运动部件、无声而且不需维护的直接发电器件来替代上迷能量转换部件，显燃是
一种可取的思路。所说的热电直接发电器件，有温差半导体、热电子发电器、光伏发电器和碱
金属热电转换器

,四种器件的工作原理各不相同，运用的热源温度亦有差异，如表 1 所示。

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碱金属热电转换器是四种直接发电器件中最年轻的分支，它的概念提出于

1968 年，大的经

过十年的探索，完成了原理试验，建立了基本理论，并且以效率

19％，功率密度 1.1 瓦/[厘

米

]的实验成果验证了理论的可靠性。碱金属热电转换器用 β"-Al2O3 固体电解质作选择性渗

透膜，以金属钠为工质，在液钠

/β"A1203 界面由化学势梯度驱动，使钠离子和电子分离，

实现热电能量的直接转换，由于它在中等的热源温度范国就能达到

30％左右的效率，远高

于热电半导体发电的效率（

5％左右），又不必使用像热光伏发电器那样的高温材料，器件

结构也比热电子发电器简单，因而颇受人们的关注，以空间电源为目标的研制工作在美国
宇航局所设计划的支持下正积极顺利的进行。

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除了无运动部件、无声、无需维护之外，碱金属热转换器是一种低电压面积型器件

,功率密度

可达

0.5~ 1．0 瓦（厘米）2，比普通先伏电池的高；可以靠模块组合构成不同规模的发电

装置，而且能量转换效率与装置容量无关。

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因此，只要在效率和价格方面具有竞争力，用直接发电器件代替传统的能量转换部件是可
行的。

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4、点聚焦太阳热直接发电的概念
如果把点聚焦一斯特体系统中的斯特林发动机／发电机组以碱金属热电转换发电器件取而
代之，那么就构成了点聚焦太阳热直接发电系统，它的结构框图示于图

6。由碟型集能器聚

焦的太阳辐射被位于抛物面焦点处的热管传热单元所接收并输入碱金属热电转换器，后者
使热能直接转换成直流电，经功单调节变换成用户所需要的交流电力。必要的支持系统有太
阳辐射集能器跟踪子系统和贮能装置，还有和热电转换器件的冷却及余热利用有关的设备。
采用点聚焦集能是非常合适的，首先因为它有很大的聚光比，容易达到高效率，就能量转
换效率而言，碱金属转换器可以同斯特林机组匹敌，还可以考虑与其他器件串级组合，有
效利用排热来增加系统的效率。此外，点聚焦系统容量范围宽，在我国发展，可以避开占地、
选点的难题，降低建设费用。

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碱金属热电转换器只要求聚光镜焦斑处的温度不低干

900

℃就能实现高效发电，这一温度

正好与斯特林发动机所要求的一致，于是点聚焦一斯特林系统研究的许多成果都可以借鉴
到直接发电系统中来，特别是一体化的热管式吸热器。图

7（略）和图 8（略）分别为美国

和日本提出的用碱金属热电转换器的大空太阳能电源的示意图．在地面应用时，为了降低
成本，将考虑廉价的贮热物质。顺便指出，与光伏系统相比，在夜间或雨天时对策多样化是
太阳热发电的一大特长，除了热贮能，也可以考虑燃烧驱动的所谓混合方式，当然也可以
考虑电力贮能方法、包括先进蓄电池和超级电客器。

 

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图

7 和图 8 所示结构的差别在于，前者发电单元的轴线与吸热器的轴线垂直，后者则是平

行配置的。

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