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李杰吾教授:光伏电力降本的造梦者

发表于:2015-03-13    

早在1979年美国亚特兰大召开的世界太阳能大会上,就有人提出采用聚光跟踪高新技术来大幅度降低光伏系统成本。为此,美国建造了多座高倍聚光光伏电站,近年来,中国也同样建了几座,遗憾的是,这些高倍聚光光伏电站却没能降低光伏成本 ,反而比固定式光伏电站成本高两三倍。

李杰吾教授对“非对称聚光跟踪光伏系统”的发明,在基础理论研究方面,遵循物理学与爱因斯坦的“复杂源于简单”的自然唯物主义。首先是二维主动同步对日跟踪理论的突破。提出了一个地球上的代表点的新概念,这个“点”所在地点的二维精确跟踪的实现可以推广到地球上亿亿万万个地点,而这个代表点的《日轴》跟踪是一个标准的匀速圆周运动,季轴跟踪是一个简单的三角函数规律(以前专家学者认为季轴跟踪的理论极为复杂,只能用光电传感来解决,而光电传感受多种气候条件影响,存在较多不确定因素,使人们对跟踪不放心)。

李杰吾教授依照日地运行的精细自然规律,建立一套二维同步自动跟踪理论及其数学方程,使之在地球上的任何地点,都可以避免一般气候条件的影响,免维护而如向日葵一样数年如一日的精确主动跟踪太阳,并为聚光的实施打下可靠基础。

对聚光理论的逐步深入研究,李杰吾教授经历了漫长的岁月。他1982年-87年完成了菲涅尔条纹式五倍聚光玻璃透镜的研究与生产;1992-96年完成了《双面正交条纹透镜的理论分析》,为制造中高倍聚光而照度均匀的透镜,奠定了理论基础,文章发表在1996年“太阳能学报”后,迅速被美国学术团体翻译成英文,在全世界广泛介绍。

2007年后,为减少聚光中散射阳光的损失并提高抗风能力,提出了非对称均匀聚光理论及其光学设计公式。“关于何种聚光系统更有利于降低光伏成本的研究”,苦苦求索,终有所获。

四项核心技术为降本增效“破冰”

李杰吾教授的“非对称聚光跟踪光伏系统”获得国家发明专利(专利号:200910002758.8),包含四项核心技术。

一是独特的二维对日自动跟踪技术。李杰吾教授表示,与世界各国以电子技术为主的所有二维跟踪技术不同,我们找到了最简洁的二维对日精确跟踪理论,发明成功只需要一个电机,一个简单的电子控制器,一套机械装置就能使聚光光伏组件随时精确正对太阳的二维同步跟踪系统。

二是非对称二倍聚光技术。据了解,对光伏组件进行二倍聚光,有三项优势:一是以各大光伏企业都在生产的大型光伏组件为聚光对象,既保证了组件的质量过硬与低成本优势,又可进一步提高其发电能力而降低系统成本;二是二倍聚光下组件的温升很少,可不加散热器而保证组件仍有25年的工作寿命;三是二倍聚光使用的聚光镜就是市场上到处都有的平面镜,质好价廉使用寿命很长。聚光镜的成本只是光伏组件的六分之一,而增加的发电量却是光伏组件的一半多。

后来,李杰吾教授进一步将对称聚光改进为非对称聚光,又增添了三项功能:一是增大了对正面风的分流,使整机抗风能力增强,在十级大风下,整机自动跟踪仍可继续进行,而机架不必过分粗笨;二是整机所占空间比对称聚光时要小,相对节省土地面积;三是可获得较多的散射阳光。

三是电机转动角的精密控制技术。已有的步进电机当然可以对电机的转动角进行精密控制,但成本较高,而且自耗电量过多。李杰吾教授发明的微电机步进式控制系统耗电量只有其十分之一,成本约为三分之一。

四是可调式固定支架技术。为确保在地球上任何地点架设起来都能实现准确的聚光跟踪,我们研制成了倾角可调的立柱式固定支架,确保一个有初级文化的成人在架设一台新的聚光光伏系统时,根据说明书的安装步骤只要定好这个倾角,就可安装成功,顺利进行长期稳定的聚光跟踪发电状态,十分便捷。

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责任编辑:solar_robot
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