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深度解讀

利用激光束發(fā)生器巧收太陽光

星之球激光 來源:科技日報(bào)2015-10-23 我要評論(0 )   

寧波市中醫(yī)院一位普通的醫(yī)務(wù)工作者、科技追夢人何開浩,出于個(gè)人愛好,潛心研究太陽能熱利用技術(shù),受到阿基米德故事的啟發(fā),發(fā)明了一種叫做“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚...

  寧波市中醫(yī)院一位普通的醫(yī)務(wù)工作者、科技追夢人何開浩,出于個(gè)人愛好,潛心研究太陽能熱利用技術(shù),受到阿基米德故事的啟發(fā),發(fā)明了一種叫做“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置”,獲得了國家發(fā)明專利。
  塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡群,將陽光聚集到固定在塔頂部的接收器上產(chǎn)生高溫,產(chǎn)生過熱蒸汽或者先產(chǎn)生高溫熔鹽儲(chǔ)存熱量,再在必要時(shí)利用高溫熔鹽產(chǎn)生蒸汽,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電,從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。
  三十多年來,塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)仍未被廣泛應(yīng)用,其主要原因就是聚光瞄準(zhǔn)技術(shù)一直沒有解決,由于太陽東升西落,地球上不同位置的角度也不一樣,現(xiàn)有的空間幾何計(jì)算方法不容易用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算,使塔式太陽能熱利用技術(shù)到現(xiàn)在還停留在科學(xué)研究階段。
  這一問題引起了何開浩的注意,但是到底從何處著手進(jìn)行研究呢?
  他在翻閱資料、研究定日鏡和跟蹤控制系統(tǒng)的原理時(shí),想起了中學(xué)課堂上老師講過的一個(gè)阿基米德的故事。
  2200年前,阿基米德的家鄉(xiāng)遭到羅馬軍隊(duì)的侵襲。羅馬軍隊(duì)乘著揚(yáng)帆的戰(zhàn)艦,前來進(jìn)犯。阿基米德利用科學(xué)原理,讓婦女和孩子們每人都拿著自己家中的鏡子一齊來到海岸城頭,讓鏡子對準(zhǔn)強(qiáng)烈的陽光,集中照射到敵艦的主帆上,千百面鏡子的反光聚集在船帆的一點(diǎn)上,利用聚集太陽光產(chǎn)生的熱量燃燒了遠(yuǎn)處的敵船,迫使敵人退卻。
  阿基米德的故事引發(fā)了何開浩心中的疑問,通過鏡子聚集太陽光產(chǎn)生的熱量燃燒遠(yuǎn)處的敵船,這真的可行嗎?
  帶著這一疑惑,他用了大量的業(yè)余時(shí)間去驗(yàn)證,發(fā)明了一種叫做“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置”,并針對性地提出一組數(shù)學(xué)公式,用以在陰天或陽光偏弱的條件下計(jì)算太陽光線方位,從而指導(dǎo)定日鏡對角度進(jìn)行精準(zhǔn)定位。
  何開浩發(fā)明的“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置”,主要包括激光束發(fā)生器、取光投射機(jī)構(gòu)和投射驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
  何開浩說,激光束發(fā)生器固定設(shè)置在圍繞高塔的太陽能聚光器上,且位于太陽能聚光器的反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)中心,各個(gè)太陽能聚光器上的激光束發(fā)生器可依次發(fā)出對準(zhǔn)高塔太陽能灶的激光束。
  “取光投射機(jī)構(gòu)和投射驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在激光束光路附近,取光投射機(jī)構(gòu)由投射反射鏡或折射鏡組成,在激光束發(fā)生器發(fā)出激光束時(shí),投射驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)取光投射機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到激光束的光路上,通過取光投射機(jī)構(gòu)將激光束反射或折射到檢光屏上。”何開浩說。
  這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、易操作、成本極低,把每塊定日鏡做成窗戶玻璃大小,像玻璃幕墻一樣安裝在建筑物的墻面和屋頂上就可以,做到了把太陽光收集起來為人們服務(wù)。
  何開浩說,這套方法在日常生活中可以被廣泛應(yīng)用。例如,在眾多地下車庫、廠房、倉庫等地方,幾乎照不到太陽,只能安裝電燈,消耗甚大。如果使用光導(dǎo)管照明,它的效果又要打折扣,因?yàn)楣鈱?dǎo)管照明進(jìn)光口進(jìn)光量不是很多。即使安裝了一個(gè)大的聚光凹面鏡,也要面臨太陽位置不停移動(dòng)的問題。如果用何開浩的方法去指導(dǎo)聚光凹面鏡轉(zhuǎn)動(dòng),以上難題就迎刃而解,因?yàn)樗梢源_保時(shí)刻聚集太陽光焦點(diǎn)落到光導(dǎo)管的進(jìn)光口里。
  何開浩說,很多單位用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于各種需求,會(huì)消耗大量燃料,用這種聚光瞄準(zhǔn)裝置則簡單很多,可以把屋頂?shù)年柟饩奂饋恚ㄔ焯柲苠仩t,既環(huán)保又實(shí)用。而應(yīng)用最多的要數(shù)太陽能熱水器,“聚光瞄準(zhǔn)裝置”能夠通過用平面鏡把附近的太陽光反射到太陽能熱水器上,以提高它們的光照強(qiáng)度。
  “這種方式可以有效控制太陽光的聚焦位置,待技術(shù)成熟,它就可以像拼積木一樣,拼出一個(gè)個(gè)太陽能電站。這樣就可以被大量運(yùn)用到日常生活場景,從而提升太陽能的使用效率。”何開浩說,這為太陽能熱發(fā)電的商業(yè)化創(chuàng)造了有利的條件。

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