新的理論刷新了所有太陽能聚光的傳統(tǒng)設(shè)計,我們進行了一系列研究工作,以獲得各種既廉價又有效的太陽能聚光器以及跟蹤裝置。我們對幾倍的太陽的聚光到幾十倍、幾百倍、幾千倍以至上萬倍的聚光,都進行了各式各樣的樣機及其跟蹤系統(tǒng)的研究,并開始邁向產(chǎn)業(yè)化階段。
傳統(tǒng)的太陽爐采用了兩階型的設(shè)計,第一階是用跟蹤太陽的定日鏡,采用平面式的反射鏡或略有曲率的反射鏡,使得在目標(biāo)處的光斑的面積與定日鏡的總面積之比為1或略小于1;這樣的設(shè)計就需要第二階的反射鏡的面積非常的龐大,而這樣一個直徑為幾米或者幾十米的拋物面鏡或球面鏡,要使其制造的幾何形狀達到光學(xué)的要求,實際上是非常耗時耗力的,因而其制造成本也是相當(dāng)高的。一般講來,對于能達到3000度以上的太陽爐,每千瓦的制造成本可以高達十幾萬到幾十萬元人民幣。陳等人所發(fā)展出來的理論可以實現(xiàn)跟蹤與聚光一步完成,使在目標(biāo)處的太陽光斑的大小幾十倍或幾百倍小于定日鏡的采光面積。所用的二次反射鏡可以幾十倍或幾百倍地小于定日鏡的反射鏡。這種準(zhǔn)二階型的太陽爐實際上可用將近低于十倍的成本,在幾十千瓦或上百千瓦的熱量的情況下,獲得3000~4000度的高溫。
我們把這種使用自旋仰角跟蹤公式,以一步行列運動進行主動補償?shù)牡统杀镜奶枲t稱為新型太陽爐。新型太陽爐自從原理的推出至今,已經(jīng)經(jīng)過了四代樣機的改進。第一代樣機只有2m×2m,最初在1997年建成,驗證了上述原理,并于2001年公開發(fā)表,引起了國家太陽能領(lǐng)域的轟動。當(dāng)時最大的質(zhì)疑在于這樣原理的太陽爐能否做大,達到工業(yè)化的要求。2002年制成3.4m×3.4m的樣機、2005年制成5m×5m的樣機,2007年又發(fā)展為8m×8m的樣機,標(biāo)志著新型太陽爐技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展和逐步成熟。第四代樣機已經(jīng)成批量生產(chǎn),并開始少量的出口銷售。2010年又開始第五代樣機的開發(fā),目標(biāo)在于更大數(shù)量地減少驅(qū)動裝置,降低成本,提高可靠性,將會把經(jīng)過十幾年開發(fā)的新型太陽爐的設(shè)計和制造推向一個更高的平臺。
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