提高太陽(yáng)能利用效率方法研究

楊銘立　楊懷玉　王一行　洪澤　嚴(yán)晗

摘要：我國(guó)從戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就已經(jīng)開(kāi)始使用太陽(yáng)能，太陽(yáng)能在我國(guó)有著悠久的使用歷史，如今隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源短缺問(wèn)題逐漸嚴(yán)重，如何進(jìn)一步利用太陽(yáng)能、提升太陽(yáng)能的利用率成為我們?nèi)缃裥枰伎嫉闹匾獑?wèn)題。本篇文章主要介紹提高太陽(yáng)能利用效率的兩個(gè)方法，菲涅爾透鏡提高太陽(yáng)能利用率以及復(fù)合儲(chǔ)能提高太陽(yáng)能利用率。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;利用效率;提升方法

能源的獲取和利用是社會(huì)發(fā)展的重要支撐，而環(huán)境保護(hù)同樣是社會(huì)發(fā)展需要面對(duì)的問(wèn)題，我國(guó)提出在2030年前二氧化碳排放力爭(zhēng)達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。太陽(yáng)能是無(wú)污染的清潔能源，并且?guī)缀跏菬o(wú)窮盡的，近些年太陽(yáng)能光伏發(fā)電在我國(guó)得到廣發(fā)應(yīng)用，國(guó)家也推出了優(yōu)惠政策。目前太陽(yáng)能利用面臨的一個(gè)問(wèn)題是利用效率不高，因此研究提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率就成為必要。

1.菲涅爾透鏡提高太陽(yáng)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(jìn)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(yùn)用多道工序，菲涅爾透鏡能夠進(jìn)一步提高成像質(zhì)量，也能夠進(jìn)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(qiáng)度較高，能夠在較強(qiáng)的負(fù)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(jìn)行工作。

1.1.2特點(diǎn)

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(jià)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(jìn)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(guò)程當(dāng)中不易碎裂。其次，菲尼爾透鏡的透光率更高，可以達(dá)到85%以上，且在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，如若對(duì)菲涅爾透鏡的齒的角度進(jìn)行調(diào)整，可以使得太陽(yáng)光強(qiáng)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(jìn)一步提高太陽(yáng)能的利用效率。

1.2利用菲涅爾透鏡提高太陽(yáng)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。可以使得太陽(yáng)能的利用率得到進(jìn)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(yáng)光得以利用，進(jìn)一步提高太陽(yáng)能的利用率。

2.利用復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高太陽(yáng)能的利用率

2.1儲(chǔ)能技術(shù)的介紹

儲(chǔ)能技術(shù)，就是能量?jī)?chǔ)存技術(shù)，也就是說(shuō)運(yùn)用多種多樣的裝置或者是物理介質(zhì)，來(lái)將我們暫時(shí)不需要的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以備之后使用的一項(xiàng)技術(shù)。在本篇文章當(dāng)中，通過(guò)復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)提高太陽(yáng)能的利用率，是指在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能以及熱能之后，再次將太陽(yáng)能進(jìn)行儲(chǔ)存，以備之后的使用。儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步減少新能源輸出的波動(dòng)性，與此同時(shí)，儲(chǔ)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(jìn)而提高能源的利用率。在太陽(yáng)能利用過(guò)程當(dāng)中，可以利用儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化率，讓太陽(yáng)能能夠得到更加充分的利用。

2.2復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)在太陽(yáng)能利用中的應(yīng)用

在太陽(yáng)能使用過(guò)程當(dāng)中，會(huì)運(yùn)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)以及太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)的使用具有隨機(jī)性，惡劣天氣以及其他外部環(huán)境，都會(huì)影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)以及太陽(yáng)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(wú)法實(shí)現(xiàn)最大化，造成了太陽(yáng)能的浪費(fèi)。

而復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，能夠更好的對(duì)太陽(yáng)能的使用進(jìn)行管理以及調(diào)節(jié)，能夠?qū)μ?yáng)能進(jìn)行有效的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能利用效率的提升。儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)電系統(tǒng)，儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及其他的多個(gè)子系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的需要，來(lái)將這些系統(tǒng)安裝在太陽(yáng)能分布式微網(wǎng)的不同位置，來(lái)對(duì)太陽(yáng)能量的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如說(shuō)當(dāng)用戶目前所使用的電量較為充足時(shí)，那么太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)就可以利用復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，以備之后的使用。而在用戶需要大量的電能時(shí)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)就可以將之前儲(chǔ)存的由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成的電能投入使用，彌補(bǔ)當(dāng)前電量的不足。用戶對(duì)于熱能的需要也是同理，在白天陽(yáng)光較好時(shí)，且用戶對(duì)于熱量的需求不大時(shí)，那么太陽(yáng)能集熱器系統(tǒng)就可以將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為的熱量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)熱系統(tǒng)當(dāng)中，而在夜間，無(wú)法利用太陽(yáng)能來(lái)轉(zhuǎn)化熱能以供用戶使用時(shí)，就可以將白天太陽(yáng)能集熱器儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的能量提取出來(lái)以供使用。儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)μ?yáng)能的使用進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少了用戶在不使用太陽(yáng)能時(shí)，太陽(yáng)能能量的損失，在用戶不使用太陽(yáng)能時(shí)，便可以將這些太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或者是熱能儲(chǔ)存起來(lái)，而在用戶之后需要太陽(yáng)能時(shí)，就可以將這些太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成的電能以及熱能釋放出來(lái)以供用戶使用，這使得太陽(yáng)能的利用率得到進(jìn)一步提高，減少了資源的浪費(fèi)。

3小結(jié)

文章主要介紹了兩種提高太陽(yáng)能利用率的方法，分別是菲涅爾透鏡的使用以及儲(chǔ)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(yáng)光的損失，進(jìn)而提高太陽(yáng)能的利用率。而儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)μ?yáng)能的使用進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)控，除了能夠滿足用戶日常的使用之外，在太陽(yáng)能富余時(shí)也可以將這些能量進(jìn)行儲(chǔ)存，以便于之后可以對(duì)這些太陽(yáng)能進(jìn)行調(diào)配以及利用，這能夠在一定程度上減少太陽(yáng)能的損失，進(jìn)一步優(yōu)化太陽(yáng)能的使用，提高太陽(yáng)能的利用率。

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基金項(xiàng)目：2021年度湖北工業(yè)大學(xué)大學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目《基于太陽(yáng)能的室內(nèi)照明技術(shù)研究》（X202110500101）。

作者簡(jiǎn)介：楊銘立，2009.4，男，漢，湖北孝感，本科生，研究方向機(jī)械設(shè)計(jì)。

通訊作者：楊懷玉，1978.1，男，漢，河南開(kāi)封，研究生，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。