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随处可见的泡沫能否助太阳能发电降低成本

2018-9-28 作者:东诺新能源

太阳能光热利用的应用范围包括光热发电、海水淡化、食品加工、农作物烘干、化学及制冷等诸多领域。然而,即使在晴朗的天气条件下,能够到达地球表面的太阳光平均每平方米也只有1000瓦左右。因此,如果要将其应用于上述领域,通常需要使用大量反射镜或透镜将阳光集中起来,并使用支撑结构和跟踪系统来帮助它们跟踪太阳轨迹,而这种集热系统的造价往往十分昂贵。
日前,来自美国麻省理工学院的科学家们研发出一种无需反射镜进行集热,在正常光照下即可使水沸腾,并产生蒸汽的浮动式热利用系统,而且这种系统在成本上具有极大优势,有望让更多人开始使用太阳能资源。
据了解,该项目始于2014年,目前已经获得了非常大的进展。首先这个设备可以在没有任何光学技术的帮助下达到100摄氏度甚至更高,同时这种新成果的原料非常容易被商业化运用,基本上都是一些常见的泡沫材料和气泡膜,而组合到一起就可以形成加热的功能。
几分钟即可达到最高工作温度
据麻省理工学院的机械工程师George Ni介绍,这种浮动式热利用系统的太阳能接收器包括多层结构,底层由有助于整个结构浮起的泡沫组成,顶层是透明的气泡膜,让阳光可以达到位于中间的吸热层。吸热层是一个包裹在陶瓷和金属混合体中的铜片,因为铜是很好的热导体,它能有效地吸收太阳光所蕴含的热量。

一个类似于灯芯的棉条穿过泡沫,到达底层的冷却水并将其吸到接收器中,在泡沫和吸收层之间放置棉织物帮助扩散吸入的水。水在吸热层被加热并产生蒸汽,蒸汽通过一个插槽穿过气泡膜和吸收层进行采集。
整体设计的关键点在于如何保存它内部的热量。泡沫可以防止吸热层接触底层的冷却水发生热量损失,而气泡膜阻止了蒸汽穿过吸热层向空气散热。这项系统在2015年8月至9月间在麻省理工学院进行了日间屋顶实验。实验结果显示,太阳接收器能在几分钟内达到最高工作温度。Ni表示,“我们发现在这个系统中气泡膜的表现相当令人惊讶,如此常见而又廉价的材料在太阳能应用中竟然能有如此良好性能。它的透明度足以让太阳光直达吸收层。同时,它的真空气囊又像一个温室一样将吸收的热量储存起来,从而达到更高的效率?!?br /> 造价仅为聚光热利用系统的1/30 未来会更低
该系统的研究人员称,由于他们使用的均为市场中廉价而又常见的材料,系统整体的成本仅约为每平方米6美元。他们建议通过使用更便宜的材料,成本可进一步下降至每平方米2美元。相比之下,使用聚光器跟踪太阳的太阳能热利用系统的成本高达每平方米200美元左右。

据悉,该系统可同时产生高温蒸汽和低温蒸汽。其中,蒸汽发生效率约为20%,而低温水蒸气发生效率则高达70%。
这种浮动式热利用系统短期内有望应用在海水淡化和废水处理领域。针对海水淡化领域的应用,研究人员将对系统进行调整,以最大限度地提高低温水蒸气的生产能力,然后对水蒸气进行冷凝来进行淡水收集。若用于废水处理,该系统可以将废水中的大部分水分变成蒸气消散到大气中,只留下少量,更易于管理被浓缩的废物。
至于在光热发电领域的应用,如何给产生的蒸汽加压是这个系统亟待解决的难题,麻省理工学院的机械工程师、资深作者陈刚表示,“现有的研究成果会鼓励我们继续克服挑战,将该系统向着这一方向不断完善?!?br />