得益于電池板價格在過去幾年里的大幅下降,平板光伏電池板已經主導了全球太陽能市場。一家瑞士創業公司利用IBM蘇黎世研究院為其超級計算機開發的技術,以一個產生電力和熱水的碟形太陽能聚光器對現狀提出了挑戰。
這家名為AirlightEnergy的創業公司開發了碟形太陽能聚光器,并創立了一家名為Dsolar(意為“碟式太陽能”)的衍生公司,推出了這種聚光器。它以沙漠地區等脫離電網的社區為目標,這些地區能夠得到很多陽光直射,但仍缺乏電力和熱水。Airlight Energy公司的業務發展經理伊拉利亞?貝索濟(Ilaria Besozzi)表示,在發達國家,這種10米高的聚光器可被用于在企業園區或酒店中進行現場發電。
這種拋物面碟形聚光器可以全天候自動跟蹤太陽。它是由36個橢圓反射器組成的,這些反射器將光集中到非常高效的、多結點的太陽能電池上以產生電能。IBM表示,這些類型的電池使用了適用于不同波長的材料,在該裝置中,這些材料能夠將約30%的太陽光轉化為電流。
通常,暴露于聚集的太陽光下的太陽能電池是通過空氣冷卻的。Airlight Energy公司通過使用液體冷卻,增加電輸出,并產生熱水。在每組太陽能電池的背后都有一個融入了IBM水冷技術的結構,它在德國被用于SuperMUC超級計算機。IBM蘇黎世研究院的高級熱封裝經理布魯諾?米歇爾(Bruno Michel)說,水流經由硅層中蝕刻出的小型管道或“微型通道”組成的網絡,吸走太陽能電池散發的熱量。米歇爾表示,在超級計算機中,液體冷卻器被直接連接到產生大部分熱量的處理器上。
由于碟形聚光器采用了主動冷卻的方式,太陽能電池應能承受非常高的聚光——相當于2000個太陽的光——并可運轉25年。較高聚光的副作用是會使冷卻水升溫至約90攝氏度。米歇爾表示,在該溫度下,水可用于電除鹽系統,或用于某一特定類型的熱驅動制冷系統。在充足的陽光下,這種碟形聚光器會產生12千瓦的電功率和20千瓦的熱功率。
聚光光伏(CPV)系統已經存在了幾十年,并且這種技術至少在理論上具有許多優點。相比平板電池,它們可以在一定的空間里產生更多的電力,并提供更高的轉換效率。事實上,通過產生熱量和電力,Airlight Energy公司表示,它能將80%的太陽光轉換為可用能量。但是,CPV技術的高成本及其復雜性使其難以獲得普遍應用。
為了降低成本,AirlightEnergy公司采用了兩種不常用于太陽能聚光器的材料。貝索濟說,它沒有采用聚光玻璃鏡,而是采用了與瑞士巧克力包裝紙一樣的薄塑料箔作為反射鏡。Airlight Energy公司表示,碟形聚光器的主要結構將由特殊的混凝土制成,它可以精確成型,不會縮水,而且成本遠低于金屬或塑料建筑材料。
美國國家可再生能源實驗室的首席科學家薩拉?庫爾茨(Sarah Kurtz)表示,設計一個能在產生電能的同時處理熱能的系統很困難。例如,如果熱驅動式的冷卻系統出現故障,則碟形聚光器需要迅速轉離太陽,或以另一種方式傳遞熱量。使用薄膜反射鏡降低了成本,但首次出現的系統通常是昂貴的。她說:“挑戰是要降低其他部件的成本,但在2000倍的聚光下,這是可行的。”波士頓的勒克斯研究公司的分析師馬修?范斯坦(Matthew Feinstein)指出,擁有IBM的技術背景,該產品就具有了商業信譽。他補充說,傳統上,CPV系統是針對公共事業的,但許多工業企業,如數據中心運營商和制造商,可以很容易地利用太陽能碟形聚光器的熱能。不過,他說:“商業化和早期采用對于獨特的太陽能技術來說一直是一個挑戰。”
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原文標題:將超級計算機的冷卻方法用于光伏發電
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