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Masdar学院研发出新型太阳能吸热器 可显著提高集热效率

文章来源:CSPPLAZA光热发电网 | 发布日期:2016-06-14 | 作者: | 点击次数:

近日,位于阿联酋的马斯达尔(Masdar)科学与技术研究院宣布研发出一种新方法,能够有效增加吸热器吸收的太阳辐射量,从而显著提高光热电站的集热效率。

据介绍,通过上述方法可以使吸热器以较低成本来收集到更多射向地球的太阳能,从而可以使通过收集太阳能并持续利用的光热技术效率更高并更具经济性。

“我们的研究团队现在已经开发出一种更简易且性价比更高的制造太阳能吸收器的技术,不但能够拓宽吸热器可利用的太阳光谱的范围,提高集热效率,还能保持较低的碳排放水平。”Masdar学院机械与材料工程助理教授张铁军博士说道。

张博士及同事们与麻省理工学院的研究团队一起,合著了一篇论文对此技术展开详细论述,该论文已在本月发布的《先进光学材料》期刊上发表。

据麻省理工学院机械工程系教授兼此项目的联合首席研究员NicholasX.Fang博士介绍:“我们非常欣喜地看到麻省理工和马斯达尔学院的合作使我们在表面等离子体光子学这一新兴领域取得了新发现(注:表面等离子体光子学是将表面等离子体技术应用到光子学领域而发展出来的一门新的学科,它是构成纳米光子学的最重要部分,可以量化电磁场和合金中自由电子之间的相互作用)。我们团队研发出的新型太阳能吸热器,是利用表面电浆子场来捕捉太阳光线,从而提高吸热效能,下一步我们打算对镀膜材料整体的换热效率展开试验和研究。”

这项工作的开展将为Masdar学院一项更大的研究项目提供支持,该项目旨在开发一个结合电力设备和冷却系统的太阳能发电项目。

    这一创新型技术主要是在吸热器上加上很多直径小于400纳米(大致要比人的头发直径细200倍)的小孔,这些细微的小孔渗透到整个吸热器中,能够大大增强太阳光线的吸收范围,大约90%到达地球表面的各种波长的光都能够被吸收。与传统太阳能吸热器不同,这种新型的吸热器仅需很少的材料,它的结构包括两层:半导体膜和反射金属层,两层加起来的厚度只有170纳米。

“这一技术可以应用于现有的大多数太阳能吸收器。有了这个独特的设计,吸收器可以得到升级,进而能够吸收到电磁光谱的紫外线和可见光区的太阳能。”马斯达尔学院的博士后研究员JinYouLu博士介绍道。他和麻省理工学院的SangHoonNam博士是这篇论文的第一作者。

要想优化太阳能吸热器的效率,在尽可能提高吸热效率的同时,还需要尽可能减少吸热器自身热量辐射所带来的热损。然而,同时满足两个要求却是个不小的挑战。因为吸热器吸收的热量越高,就不可避免要造成更多的热量损失。

但是吸热器运行过程中会有一个效率达到最佳的运行设计值——既能确保太阳辐射得到最优化吸收,又能把随辐射流失到大气中的热损耗控制到最小。Lu博士认为,“通过采用超薄膜涂层和微孔设计,他们团队可能已经找到了这个最佳设计点。”

为进一步优化系统,该研究小组现阶段正在致力于寻找其他金属作为涂层,以更大程度降低吸热器系统的成本。

马斯达尔学院成立于2006年4月,坐落于阿布扎比市(阿联酋首都)的“马斯达尔清洁能源城”,这座新城将完全依靠太阳能等可再生能源,最初计划在2016年全部完工,但后因全球金融海啸的影响,现已延期至2025年完工。一旦建成,该城将有望成为全球首个“三零城市”——“零碳排放”、“零废弃物”和“零辐射”。

作为马斯达尔城的首个住户,马斯达尔学院的定位是开展可替代能源、可持续发展和环境学科研究的高等学府,该学院所需的所有能源全部来自于一个10兆瓦的可再生太阳能装置。这个太阳能装置制造的能源将超过学院正常所需能源的百分之六十。

在今年年初,马斯达尔学院与中国清华大学在北京签署两校间的交流与合作协议。

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