大规模太阳能日照跟踪技术的研究

2013-03-02 09:41

　　太阳能的开发利用，世界各国政府、企业都已经投入了大量的人力、物力予与研究开发，几十年过去了，虽然在光电转换效率等方面取得了长足的进步，但是大规模的工业化利用太阳能却始终没有走出“实验研究阶段”。目前，世界各国的太阳能发电项目都是宣传、示范意义大于实际意义。其根本原因还是发电成本太高等，不利于商业化的应用。

　　太阳能的开发利用过程大致可以分为阳光采集、能量转换和输变电运营三个技术环节。

　　工业化日照跟踪技术属太阳能开发与利用领域的采光技术范畴，尤其涉及大规模采光的日照跟踪技术，是太阳能利用领域里前端的、基础性的关键技术与装备，是各种太阳能利用形式的共享技术，决定整个开发利用过程的效益基础。据实验：精确跟踪太阳的光照可立刻提高现有普通光伏／光热电站的综合效益达25﹪～70﹪，如图1：

　　对有效降低发电成本，提高整个系统效益等都具有十分重要的前提性意义，效果十分明显。自然界的太阳能是按面积分布的低密度能源，要想将其聚拢起来，从物理理论研究的结果看，只有两种方法可供选择：其一是设法利用一个强大的引力场，在其作用下改变光线的传播方向达到汇聚的目的，其工程特点是可以做到相对较小的工程捕光面积；另一种方法是利用光线在不同的物质界面处产生的折射或反射效果达到聚光的目的，工程特点是需要相对较大的工程捕光面积。目前看，显然只有后一种方法是唯一可行的，尽管需要庞大的工程捕光面积也是必须面对的。因此：⑴ 大规模、工业化利用太阳能，必须以大面积采光，大规模聚光为前提性的必要条件。

　　⑵ 大型日照跟踪设备是工业化开发利用太阳能所必须的基础性的技术装备。

　　1 现有日照跟踪技术的现状与应用在国内、外，低成本的大规模的跟踪采光、聚光仍是行业的技术短板，没有适用的技术和产品供应，致使大规模的工业化、商业化利用太阳能的想法一直不能得以实现，已经严重制约了太阳能行业的进一步发展，阻碍了人类新能源的开发与利用。

　　受传统设计思维的影响，目前，所有的日照跟踪设备都是根据“自动控制原理”的理论设计制造的。即根据当前太阳的位置（目标值），通过控制伺服马达来驱动伺服系统调整采光设施的角度达到跟踪太阳的目的。不论是主动式的还是被动式（也可称为预设程序式）的，也不论是采光器移动式的还是受光器移动式的等等，从系统运行动力的角度来分，即都属于“有源驱动式”的跟踪技术。如国家专利局的公告号：CN101135913、CN101201628、CN2533435、CN1361397 所涉及的《太阳能全自动跟踪转盘》、《仰角转轴固定太阳能接收器自动跟踪装置》、《太阳同步跟踪装置》；《超大面积太阳能聚光跟踪装置》等等。这类“有源驱动式”的跟踪技术，其技术特征是：伺服马达不仅是精确控制命令的执行者，同时也是系统运行动力的提供者。