大自然的向日葵可能有助于提高CSP装置的太阳能效率

作者:南宫厅

<p>位于西班牙的集中式太阳能发电厂(如PS 10和PS20)可为数千个家庭提供清洁电力;麻省理工学院的研究人员与德国亚琛工业大学合作,认为他们可以做得更好通过研究设计布局并使用类似于向日葵的模型,研究表明它们可以减少CSP工厂的占地面积并提高整体效率就在塞维利亚郊外,在西班牙安达卢西亚的沙漠地区,坐落着一片绿洲般的景象:一排100米高的柱子,周围环绕着一排排巨大的镜子,向外掠过600多个镜子,每个镜子都有半个网球场的大小,全天追踪太阳,将光线集中在中央塔楼,太阳的热量转化为电力 - 足以为6,000个家庭供电这个名为PS10的庞大场地是少数几个聚光太阳能发电厂(CSP)之一</p><p>全球,尽管预计这一数字会增长,但CSP的支持者表示,该技术可能会为整个美国提供足够的清洁可再生能源,前提是有两个因素可供选择</p><p> y:土地和阳光现在麻省理工学院的研究人员与德国亚琛工业大学合作,提出了一种设计,可以减少建造CSP工厂所需的土地数量,同时增加其镜子收集的阳光量研究人员发现通过将镜子或定日镜重新排列成类似于向日葵面上的螺旋的图案,它们可以将图案的“足迹”减少20%并增加其潜在的能量生成向日葵风格的图案允许更紧凑布局,并最大限度地减少定日镜阴影和邻近镜子的阻挡研究人员在太阳能杂志上发表了他们的研究结果,并且最近申请了专利保护封锁阴影在PS10和世界上其他CSP工厂,镜子安排在中央塔周围同心圆镜子之间的间距类似于电影院中的座位,交错排列,以便每隔一行对齐但是,模式导致全天高于必要的阴影和阻挡,减少了从镜子到塔的光反射麻省理工学院的团队希望优化模式以提高工厂的整体效率Alexander Mitsos,罗克韦尔国际机械助理教授Engineering和Corey Noone SM '11与亚琛工业大学的Manuel Torrilhon合作,在加入麻省理工学院之前,Mitsos是研究员.Mitsos实验室开发了一个计算模型来评估定日镜布局的效率</p><p>该模型将每个镜子分成不连续的部分和计算每个部分在任何给定时刻反射的光量研究人员随后在现有的商业规模CSP工厂测试该模型Noone和Mitsos通过模型运行PS10工厂的镜子尺寸,确定工厂的整体效率发现CSP工厂经历了大量的阴影和阻塞尽管镜子交错排列,但是为了提高工厂的理论效率,Noone和Mitsos对定日镜的模式进行了修补,使用数值优化首先将扇形布局更加靠近</p><p>这种模型计算的较窄布局减少了在不影响镜子反射光的效率的情况下,镜子占据了10%的土地所产生的图案具有一些类似于自然布局的螺旋元素因此,麻省理工学院的团队与Torrilhon合作,向大自然寻求灵感 - 特别是向日葵向日葵的小花以螺旋形图案排列,称为费马螺旋,出现在许多自然物体中,并且长期着迷于数学家:古希腊人甚至将这些图案应用于建筑物和其他建筑结构数学家发现每个向日葵相对于它而言,小花在“黄金角” - 大约137​​度 - 转动相邻的小花研究人员设计了一个螺旋场,其定日镜重新排列成类似于向日葵,每个镜子相对于其邻居倾斜约137度</p><p>数字优化布局占用的空间比PS10布局少20% 此外,与PS10的径向交错配置相比,螺旋模式减少了阴影和阻塞并提高了总效率Mitsos说,以这种螺旋模式安排CSP工厂可以减少产生等量能量所需的土地数量和定日镜数量可能会节省大量成本“集中太阳能热能需要大面积”,Mitsos说“如果我们谈论的是100%甚至10%的可再生能源,我们将需要大面积,因此我们更有效地利用它们”资料来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻办公室图片:....