捕捉阳光新技术

李忠东

太阳能储量丰富，从理论上讲，只要能够利用太阳能辐射总量的1%。就可以满足全球的能量消耗。而且太阳能不产生二氧化碳，也不存在其他环境问题，是典型的绿色能源。太阳能发电技术主要分为光伏发电技术和聚光发电技术，其中光伏发也技术直接通过太阳能电池将光能转换为电能。聚光发电技术则需要通过反光镜或者透镜等装置将太阳光聚集到一点，再进行光能到太阳能的转化。

始终捕捉阳光

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，它的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。

一年春夏秋冬周而复始，每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化。如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，那么发电效率将会达到最佳状态。世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据太阳能电池板安放点的经纬度等信息，计算出太阳在一年中每一天的不同时刻所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到可编程逻辑控制器、单片机或电脑软件中，也就是说靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的数据和设定，一旦安装就不便移动或装拆。由于原理、电路、技术和设备复杂，倘若太阳能电池板移动了，就必须重新设定数据和调整各个参数。

瑞士能源公司富于创新精神，在该国的纳沙泰尔湖建立了3个用于太阳能发电的浮动实验室，十分引人注目。它们坐落在一家净水厂附近，距离海岸150米。每个实验室直径25米，安装100个光伏电池板，以45°的倾角逐一相连。与众不同的是，3个浮动实验室能够旋转220°，始终跟踪太阳的方向，在任何时候都处于捕捉阳光的最佳位置。由于坐落于水中，因此实验室阻力降低，效率提高。它们用电缆和湖底的混凝土块固定，与海岸相连，并且通过逆变器并入电网。逆变器是一种电源转换装置，可将12V或24V的直流电转换成230V、50Hz的交流电或其他类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备，最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。

瑞士能源公司为瑞士实施可再生能源开发计划投资1.08亿美元（大约合6.62亿人民币元），3个用于太阳能发电的浮动实验室是其中的重要组成部分。除了发电外，它们还能用于科学实验和研究。2014年8月，3个浮动实验室建成运营。该公司表示，它们10年内将使发电量提高到8000万千瓦时以上，可持续发电25年，而且在关闭后所有的零件能够被回收利用。

昼夜24小时发电

聚光太阳能发电是新能源发电的一种，使用抛物镜将光线聚集到装有合成油的吸热管上，再把加热到约400℃的合成油输送到热交换器里，靠合成油的高热量把热交换器里的循环水加热，水加热后产生的水蒸气推动涡轮转动，使发电机运转发电。与传统发电方式相比，聚光太阳能发电不会对环境造成污染，并且太阳能是取之不尽用之不竭的能源，因此被越来越多的国家采纳并投入生产运营。

我们知道，光伏发电使用太阳能电池板，把太阳能直接变成电能，在阴天也可以运作，而聚光太阳能发电一般只能够在阳光充足、天气晴朗的地方进行。但太阳光并不是24小时都有的，在阴雨天和夜晚没有太阳的时候怎么办呢？能不能将太阳光能储存起来用于晚上发电呢？科学家经过研究发现，熔融盐储热技术就可以弥补聚光太阳能发电的这种不足，解决全天候发电的问题。熔融盐储能技术是目前国际上最为主流的高温蓄热技术之一，具有成本低、热容高、安全性好等优点。在光照充足的情况下，一部分太阳光能用来发电，另一部分太阳光能则转换成热能储存在熔融盐中。在光照不充足时，熔融盐中储存的热能可以用来发电。

西班牙赫尔马太阳能发电厂是全球率先利用熔融盐储能技术，成为世界首座全天候发电太阳能电厂。它位于西班牙南部安达卢西亚省塞维利亚，这里得天独厚，是欧洲大陆光照时间最长的地区之一。从塞维利亚到科尔多瓦的路上，人们可以看到一座巍然屹立的“灯塔”，那是赫尔马太阳能发电厂的中央塔。它以工厂烟囱一样的中央塔建筑为主体，包括集热区、熔盐罐和涡轮发电机组等。集热区围绕高塔安装了2600面太阳能反射镜，每面反射镜面积120平方米。它们的角度经过精确的计算，对太阳进行实时跟踪，把太阳光聚焦到塔顶的接收器。在接收器中对传热流体进行加热，将热量集中到两个熔盐罐上。900℃的高温使盐熔化，煮沸周围的水，由过热蒸汽推动常规涡轮发电机组发电。

18年收回成本

赫尔马太阳能发电厂之所以能保障昼夜不停稳定输出电能，全靠两个能够储存全天候产生热能的熔盐罐。罐子里面的储能物质是硝酸盐，它由60%硝酸钾和40%硝酸钠组成。硝酸盐无毒，不会污染环境。这种化合物神通广大，可保留中央塔生产出来的99%热能，以备随后重复利用。硝酸盐的工作原理是：在白天受热熔化，吸收热量；到夜晚温度降低时则凝固起来，释放出大量热量到管道中，照样加热高塔水箱中的水，产生过热蒸汽继续发电。科研人员表示，熔盐罐只要白天晒9个小时的太阳，那么夜晚释放的热能就足以让发电厂在没有阳光的情况下运行15小时，确保全天候发电，满足夏季用电高峰的能源需求。

传统的光伏太阳能发电厂通过吸收光子的能量直接产生电流，一般只能工作1200小时-2000小时。而赫尔马太阳能发电厂一年工作6400小时，一年的发电量大约11万兆瓦（1兆瓦=100万瓦），足以满足3万户家庭的用电需求。而且一年减少3万吨二氧化碳排放，十分环保。虽然赫尔马太阳能发电厂的发电装置相对较小，但是由于它能够24小时供电，因此功能和具有50万兆瓦发电量的传统发电厂不相上下。根据设计方案，赫尔马太阳能发电厂造价4.07亿美元（大约合24.92亿人民币），18年后可收回投资。