北京交通大學理學院物理系王瑞峰教授研發的新型太陽能高倍聚光系統主要技術特征有：

1、不需要自動跟蹤裝置；

2、 反射聚光鏡連續多日靜止不動；

3、聚光倍數達 20倍左右，促進太陽能由生活熱水向工業熱能轉化。

太陽能熱水器行業在我國已形成了一個年銷售額達數百億元的大産業，但是其發展現狀卻令人擔憂。因為根據統計，全國太陽能集熱系統年銷售總面積已由2015 年的 4,350 萬平方米逐漸縮減到 2020 年的 2,700 萬平方米。由于市場空間的縮小，使得這個行業的競争非常激烈，企業的利潤受到極大的擠壓。造成這種現象的根本原因在于這個領域的技術長期停滞不前，無法打開新的市場空間。

因為太陽光的能量密度比較低，在晴天垂直照射時，其能量密度也隻有每平方米 1 千瓦左右。在夏天，無論是真空管式太陽能熱水器，還是平闆型太陽能熱水器都能以較高的熱效率産生八、九十度的熱水，可以很好地滿足人們日常生活的用熱需求。但是一旦到了冬季，随着環境溫度的降低，這兩種太陽能熱水器的産熱溫度和熱效率都會大幅度地降低，甚至有很多熱水器在冬天是無法使用的。本來，冬季是人類對熱能需求量最大的季節，但是太陽能熱水器的性能卻大幅度地降低了，正是由于這種不匹配，嚴重制約了太陽能熱水器的應用範圍。

為了使太陽能光熱産業得到更大的發展，就必須提高太陽能集熱系統的産熱溫度及其冬季的集熱性能。為此，聚光裝置就成了不二選擇，很多企業也做出了這類産品，但是市場接受度卻無法令人滿意。分析其原因大概有以下幾個方面：

首先，由于太陽是運動的，如果采用聚光技術的話，當聚光倍數較高時，通常需要一套自動跟蹤裝置驅動聚光鏡跟蹤太陽的運動。這既增加了系統的技術難度，也增加了系統的成本。

其次，也是由于太陽能的能量密度比較低，如果需要提供較多的熱能，就需要使用很大面積的聚光鏡。為了降低跟蹤成本，通常一套自動跟蹤裝置需要驅動數十平方米甚至數百平方米的聚光鏡轉動。由于太陽能裝置都是在室外運行，必須能夠抵禦 12 級以上的大風，這樣大面積的聚光鏡上将承受巨大的風負荷，這就對整個系統的機械強度提出了非常苛刻的要求，使金屬材料使用量大增，這也增加了系統的總造價。

第三， 通常要求這類太陽能聚光裝置必須能夠在室外穩定地運行十五年以上，否則難以收回成本。這又是一個非常苛刻的要求，因為在室内運行的冰箱和洗衣機，國家規定的安全使用年限也僅8~10 年而已！任何一個機械裝置，當使用的年限久了以後，生鏽和磨損都不可避免，所以其出現故障的機會就會增多，這時候系統的維護成本也将随之提高，這一成本歸根結底也是要由使用者承擔的。

總之，制造出一套低成本，長壽命，高強度，能夠帶動大面積聚光鏡在室外穩定運行十五年以上的機械裝置對任何一個企業來講都不是一件輕而易舉的事情。因為這種裝置的經濟要求和技術要求彼此相矛盾，很難統一在一個裝置中。

為了從根本上解決這個難題，我們發明了一種全新的太陽能聚光跟蹤技術---《一種可以連續多日靜止的太陽能聚光裝置》（專利号：ZL 201610829789.0)。

圖1 系統的裝置圖

如圖所示 , 這個裝置東西方向放置，一個集熱管固定在兩個支座上，一年四季保持不動。一個反射聚光鏡由這兩個支座支撐，并可以以集熱管的軸線為轉軸繞集熱管轉動，同時這個轉軸也是反射聚光鏡的焦線。該技術不需要自動跟蹤裝置，反射聚光鏡的傾角由使用者在确定的日期進行手動調節，在兩次調節之間，反射聚光鏡連續多日固定在反射鏡定位裝置上保持靜止不動。

該技術有以下顯著特點：

1、這項技術不需要自動跟蹤裝置，因此降低了整個系統的制造成本。

2、系統的聚光倍數（反射鏡的開口寬度與吸熱管的直徑的比值）比較高，可以達到 20 倍左右，能夠滿足太陽能中高溫（100℃到 300℃）的技術要求。

3、這種技術使用起來非常簡單，在反射鏡定位裝置上有若幹個位置确定的插孔，使用者隻需要在确定的日期将反射鏡由一個插孔移動到另一個插孔即可，而這些日期會标注在說明書中，使用者一看即知。而且，系統的調節次數比較少，根據系統聚光倍數的不同，反射聚光鏡平均 7 至 15 天調節一次，每調節一面鏡子平均用時不超過一分鐘，工作量輕微。

4、系統每日的全聚光時間不低于 4 小時（10:00--14:00）。

5、這個系統的每一面反射聚光鏡都具有自己獨立的固定裝置，平時都固定在兩個支座和對應的反射鏡定位裝置上，這種結構本身就和固定裝置一樣具有極強的抗風雨破壞的能力，可以保證系統能夠在室外穩定運行 15 年以上。并且，這種裝置一般不會出現故障，即使有故障，也不需要專門人員去維修，使用者本人就可以進行修理，這大大減小了後期的維護費用。

6、産業鍊完整，該技術所需的集熱管，反射聚光鏡和儲水箱等目前在國内都有企業可以大規模地生産。因此，産品一經定型，即可大規模投放市場。

正是由于上述特征，使這項技術可以将低成本，長壽命，高穩定性統一到一個裝置上，滿足了太陽能中高溫技術的要求。

從以上的分析可以看出，這項技術為社會提供了一種廉價的，長壽命的太陽能中高溫集熱平台，其市場潛力顯而易見：

首先，可以用于冬季采暖和夏季空調，這個市場是非常巨大的，比太陽能熱水器的市場要大得多。其次可以滿足工業用熱需求，例如：市政蒸汽，海水淡化，石油開采， 農産品加工，紡織印染等，其市場容量也是相當可觀的。

熱能在人類能源消耗中所占的比例最大，将太陽能直接轉變為熱能是太陽能各種利用中最方便最直接的形式。這項技術用最簡單的方法将太陽光的能量密度提高了二十倍，使熱能的品質有了質的飛躍，同時還将系統的制造成本降到最低。為太陽能中高溫技術的發展開辟了新的道路。

注： 本文作者為這項技術的發明人，該技術已獲國家發明專利，作者目前正在推廣這項技術，有願意開發這項技術的廠家可以和作者聯系。（王瑞峰）

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