楊銘立 楊懷玉 王一行 洪澤 嚴晗
摘要:我國從戰(zhàn)國時期就已經(jīng)開始使用太陽能,太陽能在我國有著悠久的使用歷史,如今隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,能源短缺問題逐漸嚴重,如何進一步利用太陽能、提升太陽能的利用率成為我們?nèi)缃裥枰伎嫉闹匾獑栴}。本篇文章主要介紹提高太陽能利用效率的兩個方法,菲涅爾透鏡提高太陽能利用率以及復(fù)合儲能提高太陽能利用率。
關(guān)鍵詞:太陽能;利用效率;提升方法
能源的獲取和利用是社會發(fā)展的重要支撐,而環(huán)境保護同樣是社會發(fā)展需要面對的問題,我國提出在2030年前二氧化碳排放力爭達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。太陽能是無污染的清潔能源,并且?guī)缀跏菬o窮盡的,近些年太陽能光伏發(fā)電在我國得到廣發(fā)應(yīng)用,國家也推出了優(yōu)惠政策。目前太陽能利用面臨的一個問題是利用效率不高,因此研究提高太陽能轉(zhuǎn)化效率就成為必要。
1.菲涅爾透鏡提高太陽能利用率
1.1菲涅爾透鏡介紹
1.1.1介紹
菲涅爾透鏡與平凸透鏡類似,但是菲涅爾透鏡在平凸透鏡的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展,菲尼爾透鏡是一塊輕薄光學(xué)塑料片,但是在這一光學(xué)塑料片的一面,刻有同心棱形槽。菲尼爾透鏡的制造工藝較為復(fù)雜,需要運用多道工序,菲涅爾透鏡能夠進一步提高成像質(zhì)量,也能夠進一步提高分辨力。
菲涅爾透鏡的光學(xué)性能較為優(yōu)良,反射率與透射率較高,且菲涅爾透鏡的硬度以及強度較高,能夠在較強的負荷下正常的工作,且在一些不正常氣候或者是惡劣條件之下,也能夠正常的進行工作。
1.1.2特點
首先,菲涅爾透鏡的體積較小,較為輕便,且與傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃透鏡相比,菲涅爾透鏡的價格更為便宜,制造較大口徑的菲涅爾透鏡,僅需要較少的原材料,能夠進一步節(jié)約原材料,節(jié)約制造成本。與其他的光學(xué)透鏡相比,菲涅爾透鏡在加工過程當(dāng)中不易碎裂。其次,菲尼爾透鏡的透光率更高,可以達到85%以上,且在實際應(yīng)用過程當(dāng)中,如若對菲涅爾透鏡的齒的角度進行調(diào)整,可以使得太陽光強度的分布更加合理。最后,菲涅爾透鏡的散熱效果更好,這能夠進一步提高太陽能的利用效率。
1.2利用菲涅爾透鏡提高太陽能利用效率
可以在入射光的入射口與光接收器之間放置一塊菲涅爾透鏡,可以發(fā)現(xiàn)菲涅爾透鏡在這一裝置當(dāng)中作為折射式聚光器??梢允沟锰柲艿睦寐实玫竭M一步提高,且菲涅爾透鏡的應(yīng)用能夠減少反射損失,讓更多的太陽光得以利用,進一步提高太陽能的利用率。
2.利用復(fù)合儲能技術(shù)來進一步提高太陽能的利用率
2.1儲能技術(shù)的介紹
儲能技術(shù),就是能量儲存技術(shù),也就是說運用多種多樣的裝置或者是物理介質(zhì),來將我們暫時不需要的能量儲存起來,以備之后使用的一項技術(shù)。在本篇文章當(dāng)中,通過復(fù)合儲能技術(shù)來提高太陽能的利用率,是指在太陽能轉(zhuǎn)換成電能以及熱能之后,再次將太陽能進行儲存,以備之后的使用。儲能技術(shù)的應(yīng)用能夠進一步減少新能源輸出的波動性,與此同時,儲能技術(shù)的應(yīng)用能夠解決新能源存在的間接性以及不可控性,能夠使得新能源的使用變得更加持續(xù)且可控,進而提高能源的利用率。在太陽能利用過程當(dāng)中,可以利用儲能技術(shù)來進一步提高太陽能的轉(zhuǎn)化率,讓太陽能能夠得到更加充分的利用。
2.2復(fù)合儲能技術(shù)在太陽能利用中的應(yīng)用
在太陽能使用過程當(dāng)中,會運用到光伏發(fā)電系統(tǒng)以及太陽能集熱器系統(tǒng),但是這些系統(tǒng)的使用具有隨機性,惡劣天氣以及其他外部環(huán)境,都會影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)以及太陽能及熱器系統(tǒng)的使用,這就導(dǎo)致電力的輸出以及熱量的輸出無法實現(xiàn)最大化,造成了太陽能的浪費。
而復(fù)合儲能技術(shù)的應(yīng)用,能夠更好的對太陽能的使用進行管理以及調(diào)節(jié),能夠?qū)μ柲苓M行有效的調(diào)控,進而實現(xiàn)太陽能利用效率的提升。儲能系統(tǒng)主要包括儲電系統(tǒng),儲熱系統(tǒng)以及其他的多個子系統(tǒng),可以根據(jù)用戶的需要,來將這些系統(tǒng)安裝在太陽能分布式微網(wǎng)的不同位置,來對太陽能量的輸出進行調(diào)節(jié)。比如說當(dāng)用戶目前所使用的電量較為充足時,那么太陽能光伏系統(tǒng)就可以利用復(fù)合儲能技術(shù)來將太陽能轉(zhuǎn)化成的電能進行儲存,以備之后的使用。而在用戶需要大量的電能時,太陽能光伏系統(tǒng)就可以將之前儲存的由太陽能轉(zhuǎn)化成的電能投入使用,彌補當(dāng)前電量的不足。用戶對于熱能的需要也是同理,在白天陽光較好時,且用戶對于熱量的需求不大時,那么太陽能集熱器系統(tǒng)就可以將太陽光轉(zhuǎn)化為的熱量儲存在儲熱系統(tǒng)當(dāng)中,而在夜間,無法利用太陽能來轉(zhuǎn)化熱能以供用戶使用時,就可以將白天太陽能集熱器儲存在儲熱系統(tǒng)中的能量提取出來以供使用。儲能系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)μ柲艿氖褂眠M行調(diào)節(jié),減少了用戶在不使用太陽能時,太陽能能量的損失,在用戶不使用太陽能時,便可以將這些太陽能轉(zhuǎn)化為電能或者是熱能儲存起來,而在用戶之后需要太陽能時,就可以將這些太陽能轉(zhuǎn)化成的電能以及熱能釋放出來以供用戶使用,這使得太陽能的利用率得到進一步提高,減少了資源的浪費。
3小結(jié)
文章主要介紹了兩種提高太陽能利用率的方法,分別是菲涅爾透鏡的使用以及儲能技術(shù)的應(yīng)用。菲涅爾透鏡的使用,能夠在一定程度上減少了太陽光的損失,進而提高太陽能的利用率。而儲能技術(shù)的應(yīng)用,能夠?qū)μ柲艿氖褂眠M行進一步的調(diào)控,除了能夠滿足用戶日常的使用之外,在太陽能富余時也可以將這些能量進行儲存,以便于之后可以對這些太陽能進行調(diào)配以及利用,這能夠在一定程度上減少太陽能的損失,進一步優(yōu)化太陽能的使用,提高太陽能的利用率。
參考文獻:
[1]王濟堂.用特殊結(jié)構(gòu)溫室提高太陽能熱利用效率——太陽能與建筑一體化的新方式[C].//2006年中國工程熱物理學(xué)會工程熱力學(xué)與能源利用學(xué)術(shù)研討會.2006:352-359.
[2]邢晨健,錢煜,周燃,等.太陽能聚光光伏-余熱碳捕集利用方式分析[J].華電技術(shù),2020,42(4):84-88.
[3]沈宏君,李婷,盧輝東,等.利用陷光結(jié)構(gòu)增加硅薄膜太陽能電池的吸收效率[J].發(fā)光學(xué)報,2016,37(7):816-822.
[4]魏山林,申瑩,朱欣穎,等.太陽能直接獲取和利用方法的研究[J].周口師范學(xué)院學(xué)報,2015,32(5):78-81
基金項目:2021年度湖北工業(yè)大學(xué)大學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練項目《基于太陽能的室內(nèi)照明技術(shù)研究》(X202110500101)。
作者簡介:楊銘立,2009.4,男,漢,湖北孝感,本科生,研究方向機械設(shè)計。
通訊作者:楊懷玉,1978.1,男,漢,河南開封,研究生,講師,研究方向為機電一體化。