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大規(guī)模太陽能日照跟蹤技術(shù)的研究

2013-03-02 09:41

　　太陽能的開發(fā)利用，世界各國政府、企業(yè)都已經(jīng)投入了大量的人力、物力予與研究開發(fā)，幾十年過去了，雖然在光電轉(zhuǎn)換效率等方面取得了長足的進步，但是大規(guī)模的工業(yè)化利用太陽能卻始終沒有走出“實驗研究階段”。目前，世界各國的太陽能發(fā)電項目都是宣傳、示范意義大于實際意義。其根本原因還是發(fā)電成本太高等，不利于商業(yè)化的應用。

　　太陽能的開發(fā)利用過程大致可以分為陽光采集、能量轉(zhuǎn)換和輸變電運營三個技術(shù)環(huán)節(jié)。

　　工業(yè)化日照跟蹤技術(shù)屬太陽能開發(fā)與利用領(lǐng)域的采光技術(shù)范疇，尤其涉及大規(guī)模采光的日照跟蹤技術(shù)，是太陽能利用領(lǐng)域里前端的、基礎(chǔ)性的關(guān)鍵技術(shù)與裝備，是各種太陽能利用形式的共享技術(shù)，決定整個開發(fā)利用過程的效益基礎(chǔ)。據(jù)實驗：精確跟蹤太陽的光照可立刻提高現(xiàn)有普通光伏／光熱電站的綜合效益達25﹪～70﹪，如圖1：

　　對有效降低發(fā)電成本，提高整個系統(tǒng)效益等都具有十分重要的前提性意義，效果十分明顯。自然界的太陽能是按面積分布的低密度能源，要想將其聚攏起來，從物理理論研究的結(jié)果看，只有兩種方法可供選擇：其一是設法利用一個強大的引力場，在其作用下改變光線的傳播方向達到匯聚的目的，其工程特點是可以做到相對較小的工程捕光面積；另一種方法是利用光線在不同的物質(zhì)界面處產(chǎn)生的折射或反射效果達到聚光的目的，工程特點是需要相對較大的工程捕光面積。目前看，顯然只有后一種方法是唯一可行的，盡管需要龐大的工程捕光面積也是必須面對的。因此：⑴ 大規(guī)模、工業(yè)化利用太陽能，必須以大面積采光，大規(guī)模聚光為前提性的必要條件。

　　⑵ 大型日照跟蹤設備是工業(yè)化開發(fā)利用太陽能所必須的基礎(chǔ)性的技術(shù)裝備。

　　1 現(xiàn)有日照跟蹤技術(shù)的現(xiàn)狀與應用在國內(nèi)、外，低成本的大規(guī)模的跟蹤采光、聚光仍是行業(yè)的技術(shù)短板，沒有適用的技術(shù)和產(chǎn)品供應，致使大規(guī)模的工業(yè)化、商業(yè)化利用太陽能的想法一直不能得以實現(xiàn)，已經(jīng)嚴重制約了太陽能行業(yè)的進一步發(fā)展，阻礙了人類新能源的開發(fā)與利用。

　　受傳統(tǒng)設計思維的影響，目前，所有的日照跟蹤設備都是根據(jù)“自動控制原理”的理論設計制造的。即根據(jù)當前太陽的位置（目標值），通過控制伺服馬達來驅(qū)動伺服系統(tǒng)調(diào)整采光設施的角度達到跟蹤太陽的目的。不論是主動式的還是被動式（也可稱為預設程序式）的，也不論是采光器移動式的還是受光器移動式的等等，從系統(tǒng)運行動力的角度來分，即都屬于“有源驅(qū)動式”的跟蹤技術(shù)。如國家專利局的公告號：CN101135913、CN101201628、CN2533435、CN1361397 所涉及的《太陽能全自動跟蹤轉(zhuǎn)盤》、《仰角轉(zhuǎn)軸固定太陽能接收器自動跟蹤裝置》、《太陽同步跟蹤裝置》；《超大面積太陽能聚光跟蹤裝置》等等。這類“有源驅(qū)動式”的跟蹤技術(shù)，其技術(shù)特征是：伺服馬達不僅是精確控制命令的執(zhí)行者，同時也是系統(tǒng)運行動力的提供者。