西班牙PS10太阳能发电塔

向日葵能给太阳能发电带来怎样的创意？或许人们未曾想过这个问题，但是最近麻省理工学院和德国亚琛工业大学的研究人员给出了新观点。他们撰写的最新报告中提到，向日葵花盘的螺旋生长模式可以运用于聚光太阳能热发电（CSP），这能有效减少土地占用面积，同时还能减少所需的日光反射镜数量。

传统CSP土地面积占用大

聚光太阳能热发电塔利用日光反射镜来感应太阳光，通过使用抛物镜将光线聚集到充有合成油的吸热管上，再将加热到约400摄氏度的合成油输送到热交换器里，随后通过加热循环水，将水加热，产生水蒸气，推动涡轮转动使发电机运转，以此来发电。

欧洲目前已经装备聚光太阳能热发电系统，此外，美国在建或拟建的聚光太阳能发电系统也不在少数，这包括通过熔盐来储热的技术。因为聚光太阳能发电与太阳能电池不同，太阳能电池使用太阳电池板将太阳能直接变成电能，可以在阴天操作，而聚光太阳能发电一般只能在阳光充足、天气晴朗的地方进行，但是熔融盐储存热量能有效解决这一难题，即使在没有太阳的夜晚，也能解决全天候的供电问题。

西班牙PS10太阳能发电塔是欧洲首座商业性太阳能发电厂。该电厂位于西班牙南部，塞维亚(Seville])以西25公里的桑路卡拉马尤市，利用624个日光反射镜收集阳光并且产生11兆瓦的电力。据悉，每面镜子皆具有120平方米的面积，可将太阳光聚于115米，约35层楼高的塔上。塔上设有阳光收集器及汽轮机，利用汽轮驱动发电机来发电。PS10是属于桑路卡拉马尤发电平台中的一个发电厂，该平台在2013年时总装置容量将达到300兆瓦。PS10为在桑路卡拉马尤领先运转的几座发电厂之一。

黄金角度吸收日照超给力

麻省理工学院和德国亚琛工业大学的研究人员利用PS10为研究对象，希望通过优化日光反射镜的布局来提高发电效率。目前该研究已经有令人鼓舞的成果，通过增加日光反射镜之间的安装密度，土地面积成功减少了10%，但日光反射镜的能效并没因此减少。麻省理工学院研究队和德国亚琛工业大学研究人员发现，这种螺旋式的布局在自然界中很常见，这令数学家很兴奋。古希腊学者甚至利用这种布局来规划建筑结构。

对此，研究人员表示，新的日光反射镜布局模式与自然界中向日葵花盘的分布类似，研究人员决心加快工作，并把这种类似于太阳能花盘布局的结构称为抛物螺线（Fermat's spiral）。据麻省理工学院研究人员介绍 ，向日葵之间的角度为137度的黄金角度，这可以最大限度地接收阳光，同时又能有效控制土地面积。研究人员试图将日光照射镜之间的角度摆设为137度。

PS10和其他聚光太阳能热发电系统一样，其反射镜面都是以中心塔为圆心，以聚集方式建成。现有聚光太阳能热发电系统镜面间的间距类似于电影院中座位的间距，并保证自成一行。但是，这种布局直接会导致镜面间阴影面积的加大，从而影响反射镜的日照面积，导致太阳能接收量减少。

麻省理工学院研究小组研究人员通过使用计算机模式来评估日光照射镜的布局能效。计算机模式将镜面分成几个离散的部分，并测算在现有条件下，每一堆镜面所能接收的日照量。随后，研究人员在现有商业的聚光太阳能热发电站上测算这种模型。据研究人员莫里介绍，现有聚光太阳能热发电系统的镜面阴影面积较大，太阳能接收度受限。

向日葵式布局有效减少土地面积

据有关报道称，有效减少聚光太阳能热发电的占地面积这是个真正的突破。PS10是一个小型的发电站，日光反射镜面为600面，但是目前在加州建的伊万帕发电站（Ivanpah）占地面积达到3500英亩，其日光反射镜面达到17.35万。螺旋矩阵能将日光发射镜重新排列成类似向日葵的组合。莫里表示，聚光太阳能热发电占地面积非常广，如果我们说未来100%或者即使是10%依靠可再生能源，从太阳能角度来看，我们就需要很大的占地面积，因此我们有必要在减少占地面积的同时，保证太阳能发电的能效。

美国国家可再生能源实验室研究人员弗朗克·博克德表示：“日光反射镜的费用目前占到聚光太阳能热发电系统总成本的1/3。由于日光反射装置造价高，因此如何布局反射镜之间的距离很重要，如果这一问题没有得到周详考虑，将阻隔阳光，进而减少阳光的吸收量。”但是，对于开发商而言，使用向日葵这种布局模式可能会使成本稍微增加。记者 刘洋