提高太陽能利用效率方法研究

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合儲能提高太陽能利用率。

關鍵詞：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上進一步發(fā)展，菲尼爾透鏡是一塊輕薄光學塑料片，但是在這一光學塑料片的一面，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。與其他的光學透鏡相比，菲涅爾透鏡在加工過程當中不易碎裂。其次，菲尼爾透鏡的透光率更高，可以達到85%以上，且在實際應用過程當中，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中作為折射式聚光器。可以使得太陽能的利用率得到進一步提高，且菲涅爾透鏡的應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)。在本篇文章當中，通過復合儲能技術(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復合儲能技術(shù)在太陽能利用中的應用

在太陽能使用過程當中，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。

而復合儲能技術(shù)的應用，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。

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基金項目：2021年度湖北工業(yè)大學大學創(chuàng)新訓練項目《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。