隨處可見的泡沫和氣泡膜將引領(lǐng)光熱發(fā)電進入低價時代？

:太陽能光熱利用的應(yīng)用范圍包括光熱發(fā)電、海水淡化、食品加工、農(nóng)作物烘干、化學(xué)及制冷等諸多領(lǐng)域。然而，即使在晴朗的天氣條件下，能夠到達地球表面的太陽光平均每平方米也只有1000瓦左右。因此，如果要將其應(yīng)用于上述領(lǐng)域，通常需要使用大量反射鏡或透鏡將陽光集中起來，并使用支撐結(jié)構(gòu)和跟蹤系統(tǒng)來幫助它們跟蹤太陽軌跡，而這種集熱系統(tǒng)的造價往往十分昂貴。

日前，來自美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們研發(fā)出一種無需反射鏡進行集熱，在正常光照下即可使水沸騰，并產(chǎn)生蒸汽的浮動式熱利用系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)在成本上具有極大優(yōu)勢，有望讓更多人開始使用太陽能資源。

據(jù)了解，該項目始于2014年，目前已經(jīng)獲得了非常大的進展。首先這個設(shè)備可以在沒有任何光學(xué)技術(shù)的幫助下達到100攝氏度甚至更高，同時這種新成果的原料非常容易被商業(yè)化運用，基本上都是一些常見的泡沫材料和氣泡膜，而組合到一起就可以形成加熱的功能。

幾分鐘即可達到最高工作溫度

據(jù)麻省理工學(xué)院的機械工程師GeorgeNi介紹，這種浮動式熱利用系統(tǒng)的太陽能接收器包括多層結(jié)構(gòu)，底層由有助于整個結(jié)構(gòu)浮起的泡沫組成，頂層是透明的氣泡膜，讓陽光可以達到位于中間的吸熱層。吸熱層是一個包裹在陶瓷和金屬混合體中的銅片，因為銅是很好的熱導(dǎo)體，它能有效地吸收太陽光所蘊含的熱量。

圖：麻省理工學(xué)院研發(fā)的新型光熱系統(tǒng)

一個類似于燈芯的棉條穿過泡沫，到達底層的冷卻水并將其吸到接收器中，在泡沫和吸收層之間放置棉織物幫助擴散吸入的水。水在吸熱層被加熱并產(chǎn)生蒸汽，蒸汽通過一個插槽穿過氣泡膜和吸收層進行采集。

整體設(shè)計的關(guān)鍵點在于如何保存它內(nèi)部的熱量。泡沫可以防止吸熱層接觸底層的冷卻水發(fā)生熱量損失，而氣泡膜阻止了蒸汽穿過吸熱層向空氣散熱。這項系統(tǒng)在2015年8月至9月間在麻省理工學(xué)院進行了日間屋頂實驗。實驗結(jié)果顯示，太陽接收器能在幾分鐘內(nèi)達到最高工作溫度。

Ni表示，“我們發(fā)現(xiàn)在這個系統(tǒng)中氣泡膜的表現(xiàn)相當令人驚訝，如此常見而又廉價的材料在太陽能應(yīng)用中竟然能有如此良好性能。它的透明度足以讓太陽光直達吸收層。同時，它的真空氣囊又像一個溫室一樣將吸收的熱量儲存起來，從而達到更高的效率。”

造價僅為聚光熱利用系統(tǒng)的1/30未來會更低

該系統(tǒng)的研究人員稱，由于他們使用的均為市場中廉價而又常見的材料，系統(tǒng)整體的成本僅約為每平方米6美元。他們建議通過使用更便宜的材料，成本可進一步下降至每平方米2美元。相比之下，使用聚光器跟蹤太陽的太陽能熱利用系統(tǒng)的成本高達每平方米200美元左右。

圖：研究人員正在進行試驗

據(jù)悉，該系統(tǒng)可同時產(chǎn)生高溫蒸汽和低溫蒸汽。其中，蒸汽發(fā)生效率約為20%，而低溫水蒸氣發(fā)生效率則高達70%。

這種浮動式熱利用系統(tǒng)短期內(nèi)有望應(yīng)用在海水淡化和廢水處理領(lǐng)域。針對海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員將對系統(tǒng)進行調(diào)整，以最大限度地提高低溫水蒸氣的生產(chǎn)能力，然后對水蒸氣進行冷凝來進行淡水收集。若用于廢水處理，該系統(tǒng)可以將廢水中的大部分水分變成蒸氣消散到大氣中，只留下少量，更易于管理被濃縮的廢物。

至于在光熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，如何給產(chǎn)生的蒸汽加壓是這個系統(tǒng)亟待解決的難題，麻省理工學(xué)院的機械工程師、資深作者陳剛表示，“現(xiàn)有的研究成果會鼓勵我們繼續(xù)克服挑戰(zhàn)，將該系統(tǒng)向著這一方向不斷完善。”

原標題:隨處可見的泡沫和氣泡膜將引領(lǐng)光熱發(fā)電進入低價時代？