太陽能集熱管是槽式太陽能熱發(fā)電站中將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的關(guān)鍵部件，其耐久性直接影響了整個槽式熱發(fā)電系統(tǒng)效率和運行經(jīng)濟性?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明集熱管失效一直是槽式電站中存在的主要問題，其中SEGS電站集熱管年失效率超過4%，如圖1所示，而2006年后新建槽式電站據(jù)統(tǒng)計年失效率至少3.4%，失效主要包括玻璃損壞、真空損失和膜層老化。上述失效，一方面造成集熱管熱損急劇上升，顯著降低了系統(tǒng)的發(fā)電效率。另一方面，為了更換單個集熱管整個回路必須停止運行，也降低了電站的經(jīng)濟性。

圖1 集熱管失效率統(tǒng)計

　　根據(jù)集熱管失效的特點分析，主要是集熱管部件耐久性問題和結(jié)構(gòu)可靠性兩個共性問題。其中耐久性問題主要為選擇性吸收膜層老化壽命問題。結(jié)構(gòu)可靠性問題主要包括金屬內(nèi)管彎曲問題、玻璃與金屬封接失效問題和波紋管熱-機械疲勞失效問題。

　　國際上，對于選擇性吸收膜層高溫老化壽命研究，國際上國際能源署在1994年曾針對平板集熱器膜層耐久性測試方法制定了標準初稿，并于2014年最終頒布了ISO22975-32014。該測試方法基于溫度引起的膜層光學性能衰減可以采用Arrhenius方程進行描述定義，但該方法限定范圍為太陽能平板集熱器的膜層老化壽命評價，最高悶曬溫度280℃左右。針對于槽式太陽能集熱管中高溫選擇性吸收膜層的老化壽命評價目前尚無測試標準，一些大學及研究機構(gòu)都相繼開展了膜層高溫老化相關(guān)研究，特別是意大利ENEA研究機構(gòu)對5MW槽式熔鹽系統(tǒng)的集熱管膜層高溫老化和集熱管結(jié)構(gòu)可靠性進行了較多研究，是當前的研究熱點問題。

　　對于集熱管可靠性評價方法，許多國際上光熱電站及研究單位也都開展了一些研究，如美國可再生能源實驗室NREL和德國宇航中心DLR都進行了較多的研究，提出了一些測試方法和減少集熱管現(xiàn)場失效率測試,但國際上同樣尚未有相關(guān)測試標準,也是當前急需解決的共性問題。

　　以真空失效為例，國內(nèi)用戶對真空失效的標準尚存爭議。對此，肖特公司對集熱管調(diào)試運行之前、之后分別提出了判斷依據(jù)：集熱管調(diào)試運行之前發(fā)生真空泄露，真空指示斑就會和進入的空氣（氧氣）反應，顏色變白，如圖2所示。

圖2 肖特公司判定集熱管真空泄露的標準—真空指示斑變白

　　除此之外，肖特公司的集熱管產(chǎn)品手冊中也明確表示，在集熱管的使用過程中，真空指示斑除了通常的銀色鏡面外，還有很多的外觀，如彩虹狀或黑色，如圖3所示，這也代表真空良好。

圖3 真空良好的幾種真空指示斑的顏色

　　關(guān)于真空指示斑會出現(xiàn)黑色和彩虹色的原因，主要是由于蒸散型吸氣劑形成的鋇膜和吸附的雜質(zhì)氣體反應之后生成的化合物呈現(xiàn)的顏色。

　　在集熱管生產(chǎn)過程中（排氣之后），真空指示環(huán)的材料被加熱，通常用感應加熱的方式加熱并蒸發(fā)，沉積在玻璃管上形成涂層，而我們看到的就是銀色鏡面狀態(tài)的真空指示斑。

　　真空指示環(huán)的原材料的主要成分是金屬鋇（Ba），蒸發(fā)之后在玻璃管內(nèi)壁形成一層鋇膜，從外表面看就是銀色鏡面。但在集熱管的運行過程中，因為長期處于高溫狀態(tài)下，玻璃管以及金屬管會釋放出吸附H、CO、CO2等碳的化合物氣體，高溫下，鋇膜吸氣劑與CO、CO2、H2等雜質(zhì)氣體反應，形成碳化鋇，碳酸鋇，氫化鋇等，其中碳化鋇是黑色，其他化合物顏色多樣，也即是彩虹斑的成因，而這個過程中真空指示斑參與了反應，其面積也會逐漸減小。

　　如果集熱管出現(xiàn)破損或外部泄露，空氣中的氧氣將大量進入，鋇膜便與空氣中的氧氣反應，生成氧化鋇，呈現(xiàn)完全的白色，因此只有真空指示斑呈現(xiàn)白色時，才可以初步判定集熱管的真空失效。

　　肖特公司也指出，一旦系統(tǒng)開始運行之后，此類依據(jù)就不夠準確了。其運行后的真空失效的判斷公式如下：

　　Tthr=Tamb+50+(Toil–300)/3

　　其中Tamb為大氣溫度[oC],Toil為導熱油的溫度[oC]

　　肖特公司關(guān)于集熱管運行后的真空失效公式，行業(yè)尚存些許爭議，國內(nèi)對此也沒有公認的判斷標準，天瑞星公司將與電工所及相關(guān)單位合作，在共性問題的研究基礎(chǔ)上，推動此項國內(nèi)標準的確立。

　　天瑞星公司中國航天科技集團公司下屬中國空間技術(shù)研究院所屬專業(yè)從事太陽能光熱技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)、核心產(chǎn)品制造、技術(shù)服務的產(chǎn)業(yè)化公司。2000年7月18日，天瑞星公司籌建成立，是集研發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)服務、市場營銷于一體的高新技術(shù)企業(yè)。依托于卓越的航天技術(shù)，天瑞星公司研制出擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的高溫太陽能集熱管，并通過德國宇航中心DLR和歐洲太陽能試驗中心PSA的測試，通過一系列工程示范和商業(yè)應用，公司掌握了槽式系統(tǒng)集成的核心技術(shù)，具備在全球大規(guī)模部署槽式聚光集熱系統(tǒng)的能力。2014年，天瑞星建成年產(chǎn)200MW的航天神舟光熱產(chǎn)業(yè)園。自2011年起，公司已為幾十余家國內(nèi)外客戶提供了近千支集熱管，并獲得了用戶的認可，其中包括延慶863項目和西班牙的商業(yè)化槽式電站LaDehesa,而且也獲得了用戶Samca公司的使用推薦信。

　　鑒于今年國內(nèi)11個線聚焦的槽式和菲涅爾式熱發(fā)電項目將相繼啟動，集熱管的壽命以及真空失效評價問題不僅是國內(nèi)眾多集熱管生產(chǎn)廠家急需解決的關(guān)鍵問題，也是電站業(yè)主單位、電站設計單位及EPC單位等最為關(guān)心的關(guān)鍵問題，天瑞星將與電工所和相關(guān)單位合作，共同研究出相應測試評價手段，群策群力，減少廠家各自重復、無效研究，探索國內(nèi)集熱管產(chǎn)品存在的共性問題的測試評價方法及解決措施，提升吸熱管的產(chǎn)品質(zhì)量和性能，為保證國內(nèi)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)安全可靠運行提供理論和實驗基礎(chǔ)。