摘要：  光看外表这3个浮动实验室就与以往的太阳能发电设施大不相同，以往的太阳能发电设施都建在陆地上，而这个浮动实验室却建在水中，不仅如此，它在追踪太阳光方面也有独特的本领。

关键字：  太阳能发电设施，追踪太阳光

人类利用太阳能已有3000多年的历史，但真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”“未来能源结构的基础”，则是近些年的事。各个国家都将太阳能作为一种可再生的清洁能源进行开发利用。

用于太阳能发电的实验室是个浮动圆形岛，直径为25米，安装有100个光伏电池板，以45度的倾角逐一相连。

在瑞士的纳沙泰尔湖，3个建在水中用于太阳能发电的浮动实验室目前正在建设之中。它们由瑞士能源公司Viteos SA和项目开发商Nolaris联合开发，坐落于一家净水厂附近，距离海岸150米。光看外表这3个浮动实验室就与以往的太阳能发电设施大不相同，以往的太阳能发电设施都建在陆地上，而这个浮动实验室却建在水中，不仅如此，它在追踪太阳光方面也有独特的本领。

设计创新不同寻常

建在水上的太阳能发电实验室

据介绍，这3个实验室将同时利用光伏发电和聚光太阳能发电两种方式获取电力。所谓光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术，它的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

而聚光太阳能发电则需使用抛物镜将光线聚集到充有合成油的吸热管上，再把加热到约400摄氏度的合成油输送到热交换器里，靠合成油的高热量把热交换器里的循环水加热，水加热后产生的水蒸气推动涡轮转动，使发电机运转发电。聚光太阳能发电一般只能够在阳光充足、天气晴朗的时候进行，但现在采用熔融盐储存热量的方法弥补了这种不足，即使在没有太阳的夜晚也能解决供电问题。

由于坐落于水中，因此使实验室阻力降低，效率提高。它们由电缆和湖底的混凝土块固定，利用电缆与海岸相连，并且通过Viteos逆变器并入电网。

Viteos SA计划投资1.08亿美元，把3个用于太阳能发电的浮动实验室作为瑞士实施可再生能源开发计划的一部分;与此同时将其用作研究设施，来证实聚光光热对水的效力，以及这一效力是否也适用于光伏发电等其他太阳能技术。

根据设计，这3个实验室将于今年8月完成，并在10年内使发电量提高到8000万千瓦时以上。3个浮动实验室可以持续发电25年，关闭后所有的零件将被回收利用。

确保发电效率最佳

其他太阳能系统这样追踪太阳

一年四季，周而复始。每天日升日落，循环交替。由于地球的自转，太阳的光照角度时时刻刻都在变化。对于身处某一个固定地点的聚光太阳能发电或光伏发电系统来说，如何才能有效保证太阳能接收器时刻正对太阳，使发电效率达到最佳状态呢?目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据聚光太阳能发电或光伏发电系统安放地点的经纬度等信息，计算一年中每一天不同时刻太阳所在的位置，将这些数据存储到可编程控制器、单片机或电脑软件中，以实现对太阳的实时跟踪。由于采用的是电脑数据理论，需要经纬度的数据，因此一旦安装，就不便移动或装拆，若要移动就必须重新设定计算数据，调整各个参数，非专业人士不能够随便操作。

为了在发电过程中使太阳光的使用实现最优化，提高发电效率，各国工程技术人员都致力于研发太阳能跟踪系统。最近，位于美国加利褔尼亚州门洛帕克的QBotix公司开发出一款新的太阳能跟踪系统。这套双轴跟踪系统使用一对移动式机器人，动态地控制和运营装机容量200千瓦—5兆瓦的太阳能电厂。其中一个机器人唱“主角”，另一个备用。太阳能电池板安装在该公司设计的支架系统上，但没有装备任何单独的负责调整角度的设备。全靠机器人在轨道上巡视，逐个调整每个太阳能电池板支架系统的角度以保证它们能持续面向太阳，获取最多的太阳能，从而达到优化其太阳能集热性能的目的。

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而传统的单轴跟踪系统则不一样，需要数百个单独的发动机和控制器从事支架系统的调整工作，有时还得用上成吨的钢铁和混凝土，因此体积庞大，造价昂贵。QBotix公司称，虽然用机器人代替电机和控制器等设备的费用与现有的单轴跟踪系统相差不大，但是具有更高的性能和能量输出。使用机器人后采集的太阳能增加15%，能量输出比固定式太阳能电池板高40%。依靠自主机器人嵌入式的智能和数据通信能力，太阳能电厂的性能得到优化，并且细化了操作知识。该机器人能与所有的太阳能电池板和支架地基相兼容，不但能跟踪平板型太阳能电池板，而且还可以对聚光型太阳能电池板进行跟踪，QBotix的投资者西门子公司十分看好它的能力。

在现有的聚光太阳能发电系统中，成本最低的太阳能利用方式应该是塔式聚光太阳能发电系统。该系统由定日镜(一种自动跟踪太阳的球面镜群)和集热塔构成。在地面上布置大量的定日镜，并在这一群定日镜中的适当位置建立一座集热塔，通过对太阳进行定日跟踪，定日镜会将反射的太阳光聚焦于集热塔的一个吸收器上，利用高温把水加热，产生水蒸气发电。由于它所用的材料只是玻璃平面镜，材料费用极低，为超大规模利用太阳能创造了条件。但是30多年来，由于聚光瞄准技术一直没有解决，使得这么好的太阳能发电技术至今还停留在科学研究阶段，一直没有得到很好的利用，造福人类。

在塔式聚光太阳能发电站中，需要在每个定日镜系统中安装双轴跟踪器，以最大程度地实现对太阳的跟踪聚光，这对跟踪系统的精度提出了严格要求，同时造成了跟踪器的生产成本和维护成本居高不下。另外，即便采用这种跟踪器，由于只能够根据太阳的方位调整聚光角度，而不能根据集热塔的接收器方位调整自身位置，这就造成定日镜的位置并非可以一直正对接收器，为将太阳光反射到接收器上，定日镜表面不能总与入射光线保持垂直，可能会形成一定角度，这就导致了定日镜表面面积相对于太阳光可见面积的减少，产生了大量余弦损失。

为解决上述问题，西班牙阿文戈亚太阳能公司的工程师们建设了一个“可变几何”塔式聚光太阳能发电系统。在环绕57.7米高的集热塔以同心圆排列的轨道上，安装了13个定日镜。在集热塔的顶部，安装了一个可旋转的由混凝土浇筑的钢结构平台，可控制接收器的朝向。

整个镜场可根据太阳的方位沿圆形轨道移动，接收器也可转动，以使其在一整天内都可获得最佳的朝向，从而增大集热效率。

测试结果显示，使用这套灵活可变的实验性太阳能设施可有效降低余弦损失，使塔式聚光太阳能发电站的年均集热效率提升17%，在阳光充足的夏季，甚至可以将集热效率提高至25%到30%。

“太阳能岛”略胜一筹

“漂浮”“旋转”让成本降低产能提高

上述两套太阳跟踪系统已经是比较先进的了，然而却比瑞典的浮动实验室——“太阳能岛”稍逊一筹。

让整个“太阳能岛”转动起来是其最独特的创新设计亮点。用于太阳能发电的实验室是个浮动圆形岛(跟踪平台)，直径为25米，包含外圆环面和膜，安装有100个光伏电池板，以45度的倾角逐一相连。考虑到最小的遮蔽效应，太阳能接收器之间的间距必须严格控制。密度越大，产生能量输出就越高。

这个跟踪平台本身能够旋转220度，且具备方位跟踪能力，以便跟踪太阳的方向，在任何时候都处于捕捉阳光的最佳位置。

不仅转转就能追踪太阳，获取最大的太阳能，该太阳能浮动实验室还具有成本低廉、效率高的优点。漂浮在气垫上的“太阳能岛”不需要机械结构支撑，建造材料主要是钢和塑料，只需要有限的土木工程，能实施低成本的建造方案。在水面浮动的实验室通过简单的旋转便能跟踪太阳，既节省了每个太阳能接收器各自装备昂贵的跟踪系统的成本，在发电的同时，又可以减少水的蒸发，意味着耗水量的下降。此外，由于浮动实验室运用的是包括聚光太阳能发电和光伏发电在内的获取太阳能的通用技术，在供热、制冷、发电和海水淡化方面均大有作为。

自2009年以来，第一个“太阳能岛”原型一直在非常恶劣的气候条件下运转，聚光瞄准技术的精度非常高，偏差仅为0.02度。它建在阿联酋的拉斯海玛酋长国，由一个直径80米的圆形平台组成，不但可以安装任何标准的聚光太阳能发电或光伏发电接收器，而且使用的创新型监控系统成本也很低。