高大上创客项目:斯特林热发电机

《硬件再发明》继续介绍一个联想创客大赛中的好玩项目——《斯特林太阳能热发电机系统》,第一次和这个项目的作者汲星曈聊,我确实有些诧异,要利用太阳能发电,不都是流行的光伏发电原理吗?原来他们是在尝试另一种思路,利用太阳能的热驱动斯特林热机发电。

所谓斯特林热机,是伦敦的牧师罗巴特 斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的,理论上的效率几乎等于理论最大效率,称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。我虽然对这一设想的实际使用价值持怀疑态度,但年轻学生创客的新颖想法,值得尝试。(国仁)

随着石油资源的日益短缺,石油价格逐渐上涨,传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。在首届“联想创客大赛”上看见了由一位年轻的创客汲星曈给我们带来的斯特林太阳能热发电机系统。这个校园里的科技达人也关注到了社会上的热点问题,从而想到了用自己的所学给这个社会带来一些改善。目前,他带领他的四人小团体正在进行这项国家及创新项目。

斯特林太阳能热发电是一种利用热能发电的技术。汲星曈兴奋地介绍道:“这种技术通过热电材料,将热能直接转化为动能,和主流发电方式不一样的是这种方式没有废弃物的排放,也没有噪声。” 斯特林太阳能热发电系统工作安全、可靠、稳定,是对热能的回收再利用。因此,它是环境友好型发电方式,正符合我们现在所提倡的建设生态文明、创造节约型社会。

太阳能斯特林发电系统主要由三部分组成,分别为聚光器、斯特林发动机和发电机。下面我们就来看看这几个部分到底是如何运作从而产生了神奇变化的!

聚光器:将太阳光汇聚到加热斯特林发动机的热缸。汲星曈很简洁地解释道:“其实就像我们小时候玩的放大镜,可以使阳光汇聚为一点,集聚热量。”

发动机:斯特林发动机采用回热循环,效率较高,这是与其他发电模式相比最大的优点。以太阳能来加热斯特林发动机的热缸内的工质,驱动其做功。

发电机:本作品发电机通过皮带轮由斯特林发动机来带动发电。采用反向运行的电动机作为发电机,将其反接由外力使其转动,即为一个小的发电机。

说到整个系统的运行,我觉得这个设计就像是一个光热魔法师。在光照时间,聚光器对准太阳达到最好的聚光效果,也就是先把光汇聚起来。此时,斯特林发动机的热缸置于聚光中心受热,从而转动,带动发电机工作,把光热变幻成了电。太阳能作为斯特林发动机的动力,其运作原理十分简单。最为重要的是,这个过程中,他们利用全自动双轴跟踪系统,通过感应装置,保证聚光器装置时时刻刻以最佳的角度接受太阳光照。因为光热的利用率很高,极大地提高了效率。

汲星曈和他的团队在理论分析的基础上,进行了实验研究,搭建出了斯特林发动机温差发电的最小实验台并已经完成了发动机模型的运行实验和加热运行的初步实验。他们通过测试不同转速和温度条件下斯特林发动机模型的做功能力,验证了所设计样机热力学循环系统的合理性。同时,他们利用斯特林发动机的外燃特性和可回收余热优势,从热力学的角度进行分析计算,论证了斯特林发动机通过太阳能光热发电的可行性。

对于这个项目,他们表示,近几年,我国的斯特林太阳能热发电技术研究取得了一些成绩,但总体来说,目前还未获得实质性的进展,相关研究尚处于初级阶段。他们这次项目所研究的高热能集聚能力,相较市面上常见的太阳能光伏发电板,它更适合大型电力事业。而且现在市面上很多的太阳能发电装置一是转化率不高,但是汲星曈和他的团队利用双轴跟踪系统以及斯特林装置进一步提升了太阳能的转化率。所以他们希望能够在技术上有所突破,当他看到联想创客大赛上提到的“想法即实现”的创客理念,义无反顾的直接报名参赛了,他也期待能够通过联想创客大赛这个平台把这个想法更好地付诸于现实中。

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