[2012.01.21] 花朵的能量

2012-1-28 08:37| 发布者: lilywizardry| 查看: 9176| 评论: 8|原作者: grass

摘要: 若论巧夺天工，自然常常更胜一筹

太阳能

花朵的能量

若论巧夺天工，自然常常更胜一筹

Jan 21st 2012 | from the print edition

太阳能发电站占地面积巨大，站内主要是光伏太阳能板和折射镜占据了大部分的空间。前者能将太阳能直接转换为电能；后者会将太阳热折射到锅炉，利用锅炉将水加热成蒸汽，驱动发电机组工作，同样达到热能转化为电能的目的。这些整齐排列的面板和镜身所占的区域通常能用于其它用途。

麻省理工学院的两位研究员就找到更好布置镜身排列的方法，不仅能节约出更多的空间，还能提高换热效率。然而，有点儿让他们懊恼的是，他们计算出得和向日葵花盘型花序上所排列的，大致相同。

Alexander Mitsos和Corey Noone这两位研究员先从观察运行中的集中型太阳能发电厂入手。如大家所知，这些发电厂用太阳能驱动锅炉做功产生热量。通常镜身的安排布置与电影院座椅位置如出一辙。高塔处于荧屏所在的中心位置，而所有的镜身则以高塔为圆心，呈半圆形分布。而在高塔顶端则是锅炉和涡轮机的位置。然而如此布置镜身，有时效果却不尽人意。随着一天中太阳在天空中位置的变换，镜身间会出现相互遮挡的问题。即使厂家通常会在镜身后部安装能随太阳位置变换而相应变换的机械手臂，但这一问题还是无法解决。

据他们在《太阳能》杂志上发表的文章称，两位研究员认为能有方法解决这一难题。在一家位于西班牙南部的发电站，PS10中，他们把每一片镜身的平面面积分为差不多100块。（或者说，是对显示每个镜体吸热效果的电脑程序做了细分）。然后将每一片镜身上的这100多块面积里产生的吸热数据接入电脑，通过电脑程序计算出能量损失总和。这包括镜身没能直对太阳造成的损失，以及镜身位置因相互遮挡使折射光线受阻或反射到锅炉的光线受阻时造成的损失。

费马螺线魔力

在此之前，人们通过种种努力，主要是想解决镜身相互遮挡这一问题。对此常会采用的是展开布局，增加排列面积来避免这种情况出现。而两位研究员还想节省面积。为此绞尽脑汁之际，他们无意中发现有一种非常规的排列布局有很好的效果。他们将这种布局安排展示给另一位研究者，德国亚琛工业大学的Manuel Torrilhon。后者认为这种设计中有多种螺线，这促使三位研究者以向日葵花盘型花序为蓝本仔细测试设计。

他们采用的设计即费马螺线。即每一个圆在之前一个圆旋转角度为137度时，折线回旋螺线。这一排列布置与向日葵花的盘型花序纹路如出一辙。三位研究者按照计划安排PS10发电厂的镜身位置，在高塔前，将镜身呈部分费马螺线状布局。结果显示在吸收太阳热量的过程中，效率得以提高，占地面积减少。诚然，效率提高非常有限（提高约0.5%），而空间节省面积却很高，减少近16%。

如果在未来，太阳能如可替代能源支持者所希望的一样，成为世界电力的主要来源，那么太阳能发电站必将需要占据很大的土地面积。如果能像此次研究表明的那样，有希望将镜身所占地面积减少六分之一，那么这将是一个巨大的进步。同样让我们看到的是，地球上还有许多未知等待我们认真研究。

感谢译者 grass 点击此处阅读双语版