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太阳花利用5000个太阳的能量
时间: 2018-06-21 浏览次数:61
山上有一棵孤独的向日葵。不是一棵普通的向日葵,请注意;这一点不会很明显。这种向日葵是一种太阳能向日葵,它将光伏太阳能和集中的太阳能热

山上有一棵孤独的向日葵。不是一棵普通的向日葵,请注意;这一点不会很明显。这种向日葵是一种太阳能向日葵,它将光伏太阳能和集中的太阳能热能结合在一个整洁美观的包装中,总效率高达80 %左右。

太阳能向日葵是瑞士航空能源公司、Dsolar (航空公司的子公司)和苏黎世IBM Research公司开发的一项发明,它使用一种叫做HCPVT的东西从太阳能发电和热水。HCPVT是一个笨拙的缩写词,代表高效的聚光光伏/热能。简而言之,它有聚集太阳的反射器——大约有5000个太阳,Airlight的研究负责人告诉我,还有一些高效的光伏电池,它们能够将聚集的太阳能转换成电能,而不会在此过程中融化。airlight / Dsolar位于向日葵反射镜和上层建筑的后面,光伏电池由IBM提供。

太阳花的两个组成技术——集中太阳能热能和光伏太阳能——在这一点上都是众所周知和理解的,一点也不令人兴奋。不过向日葵的特点是它把这两种技术以一种新颖的方式结合在一起,以获得更高的总效率。请原谅,这需要一点解释。

反射镜只是轻微弯曲的镜面面板。airlight已经尝试了各种不同的反射材料,从玻璃到聚酯薄膜,但是看起来它们最终已经固定在铝箔上,铝箔并不贵,而且反射率非常高。铝箔的确需要额外的材料来保护它不受元件的影响,但是它非常脆弱。向日葵有六个花瓣,每个花瓣由六个反射器组成。在36个反射器的焦点处有6个收集器,每块6个反射器一个收集器。

收藏者是最神奇的地方。首先,每个收集器都有一个砷化镓( GaAs )光伏电池阵列。GaAs在将太阳光转换成电能方面效率更高(在这种情况下为38 %,而硅为20 % ),但是它要贵得多。不过向日葵的空间很大:阳光只集中在很小的区域,所以你需要使用绝对最好的细胞。每个收集器中的GaAs阵列只有几平方厘米,但它可以产生大约2千瓦的电力(所以一棵向日葵总共产生大约12千瓦的电力)。

光伏电池和大多数半导体一样,随着温度升高,效率降低。向日葵使用的GaAs电池最大工作温度约为105℃,问题是,当你把5000个太阳的能量集中在一个点上时,温度会比105℃高很多。在一次测试中,Airlight告诉我,他们用反射器融化一块铁(熔点为1538℃)上的一个洞;在另一次测试中,反射器未对准,到处都有熔融铝滴落。

那么,你如何阻止你的收藏家变成非常昂贵的熔融金属水坑?

用热水冷却?酷。答案是一个非常巧妙的冷却系统,借用了IBM的一个专长:超级计算机。在高性能计算( HPC )安装中,热量是限制您可以将多少处理能力挤进给定卷的限制因素之一。电脑芯片很小;如果您愿意,可以将数百个服务器物理地塞进1U服务器机箱中。不过,冷却它们完全是另一回事。你可以用奇特的热管,也可以把整个东西浸入液体中,但它只能让你到此为止。

过去几年,IBM一直在研究先进的液体冷却方法,主要是为了提高计算密度,同时也是为了减少废热(消除废热会提高效率并降低成本)。在传统的液体冷却装置中,有一个水块(一个有一些液体流通通道的金属块)、一个泵和一个散热器。液体通常是水,但也可以是其他东西,如氟醚或矿物油。热量从计算机芯片传递到液体,然后被传送到散热器并释放到at摩斯圈。这是低效的,有两个原因:当流体通过区块时,可以吸收的热量有限;散发到大气中的热量被浪费了。IBM通过热水冷却技术解决了这两个问题。首先,热水不是通过散热器并将热能排放到大气中,而是简单地用作热水:加热家庭,或者驱动工业过程,例如脱盐、巴氏杀菌、干燥、烹饪等。IBM在苏黎世ETH的超级计算机阿奎萨已经有了这样的例子,那里的热水被用来加热大学建筑。

其次,为了增加芯片到水中的热传递,IBM用一片具有微流体通道的硅代替了哑ol water block。这块硅,然后像一个微小的水块一样粘在电脑芯片的背面,有数千个微小的通道,把水带到离那些讨厌的发热晶体管只有几微米的地方。这大大增加了可以散发的热量,而且所有这些分立的通道在处理芯片热点(比其他区域更活跃的小区域)方面比传统水区块中的少数几个巨大通道做得更好。

好的,Seb,回到向日葵...太阳花使用这种完全相同的冷却技术——但是这些硅微流控芯片不是用电脑芯片,而是粘在砷化镓光伏电池的背面。冷却系统确保GaAs有效地将光子转换成电子,同时将5000个太阳的热能带走。老实说,挺酷的。还是热的。或者别的什么。

最终的结果是产生大约12kW的电力和21kW的热能(水温高达90℃)。无论是Airlight还是IBM都不会透露一棵向日葵的确切价格,但全部安装成本可能在数万英镑的范围内——这只是许多人的第一个警告。

首先,集中太阳能只能利用直射阳光:反射镜需要直接指向太阳,任何不太晴朗的天空都会大大减少发电量。向日葵有一些自动跟踪太阳的控制软件,但IBM给了我一个清晰的没有评论当我急躁地试探他们清除云层的能力。第二,能量密度不足:向日葵效率很高,但发电量仍只有12kW。这足以给也许三四个家庭供电——不管怎样,在一天中能看到太阳的几个小时里。你需要大量的这些东西来为一个城镇供电,同样,你也需要某种能量储存解决方案来度过夜晚、冬天和黑暗时期。

也许最大的问题是成本。当Airlight和IBM开始研究太阳花时,bog标准硅太阳能电池的成本约为每瓦1美元( 1.60美元)。过去几年,随着中国产量的增加,成本急剧下降到每瓦25便士( 40美分),而且硅PVs的效率也有所提高。太阳能向日葵的砷化镓电池、奇特的管道、控制系统和马达、巨大的混凝土块,以及建造整个东西所花的时间,根本无法与数公顷的无聊硅光伏电池竞争。明亮燃烧的花朵,紫色的烟雾中盘旋的云虽然瑞士很快将由阿尔卑斯山上冒出的数百万棵太阳花提供动力,但并不是所有的希望都落空了。太阳花看起来棒极了——在这个公司、政府、房地产开发商和酒店度假村正在尽一切努力让自己看起来更绿色、更积极地与社区接触或者以其他方式与众不同的时代,外表确实非常重要。

在商业上,这些被称为软因素,而不是硬因素。购买某些东西仍然是有意义的,即使这不是最审慎的财务收购。把硅太阳能电池板放在你的屋顶上以获得便宜和绿色的电力是一回事,但是在你的前花园里粘上一棵巨大的太阳能向日葵,让大家都知道你是绿色的完全是另一回事。

也许我太愤世嫉俗了。另一种看待太阳花的方式是,它肯定是一种利基产品——但在一个同样大的市场上通用电气作为能源生产和分配市场,每年价值数万亿英镑,其利基空间可以相当大。如果Airlight和IBM每年能卖出10万朵向日葵,那将相当于约12亿瓦的高峰电力输出——仅占全球能源产量的一小部分。不过,如果我们假设一棵向日葵花掉大约3万英镑,那就相当于总销售额的30亿英镑——这绝对不是一笔小数目。

Airlight Energy计划在2016年向早期采用者销售一些太阳花,然后在2017年逐步增加到全部商业生产能力。我们在瑞士看到的向日葵是一个全尺寸、全功能的原型,但是最终的版本看起来会更加精致美观。

Sebastian Anthony

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