新評(píng)論討論了多孔體積太陽(yáng)能接收器設(shè)計(jì)的進(jìn)展

隨著對(duì)清潔和可再生能源的需求不斷增長(zhǎng)，不同的太陽(yáng)能收集技術(shù)正在積極開(kāi)發(fā)。其中，聚光太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)系統(tǒng)已成為有效利用陽(yáng)光發(fā)電的有前途的候選者。CSP使用多個(gè)鏡子將陽(yáng)光聚焦到中央接收器上，中央接收器吸收陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為熱量，最終用于通過(guò)其他機(jī)制發(fā)電。

太陽(yáng)能接收器是CSP系統(tǒng)最重要的組件之一。在過(guò)去的幾十年里，人們對(duì)由多孔材料制成的多孔體積太陽(yáng)能接收器(PVSR)進(jìn)行了許多研究。這些孔隙不僅可以更深地滲透和更好地吸收陽(yáng)光，而且還提供了很大的表面積，用于將積累的能量傳導(dǎo)到周?chē)膫鳠崃黧w。然而，盡管PVSR具有如此潛力，但許多方面仍有待改進(jìn)。

近日，中國(guó)西安交通大學(xué)何亞玲教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)全面回顧了常壓和加壓PVSR發(fā)展的最新進(jìn)展和挑戰(zhàn)。他們的文章于2023年6月18日在線發(fā)布，并將發(fā)表在《能源評(píng)論》上。

(資料圖片僅供參考)

該綜述涵蓋了PVSR實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)展，概述了20世紀(jì)80年代以來(lái)的成功和障礙，以及在此過(guò)程中獲得的見(jiàn)解。然后討論評(píng)估PVSR性能的不同標(biāo)準(zhǔn)：出口空氣溫度和系統(tǒng)熱效率。

不幸的是，直接比較兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的性能仍然具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槌隹诳諝鉁囟群蜔嵝实目赡苤捣秶S測(cè)試條件的不同而變化很大。因此，需要一種更加標(biāo)準(zhǔn)化的方法，該方法仍有待開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。

接下來(lái)的回顧重點(diǎn)介紹了PVSR理論方面的發(fā)展。這些研究旨在準(zhǔn)確了解太陽(yáng)能接收器多孔材料內(nèi)的流體流動(dòng)和傳熱過(guò)程。總的來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們?cè)谶@方面采用了兩種不同的策略：直接孔隙尺度模擬和體積平均模擬。

孔隙尺度模擬涉及對(duì)多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的三維重建;這些技術(shù)的計(jì)算量非常大，通常很難設(shè)置，但可以提供最詳細(xì)的見(jiàn)解。相比之下，體積平均模擬不考慮多孔介質(zhì)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，而是依賴一組控制方程來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。雖然這些模擬更容易設(shè)置，但所考慮的參數(shù)和方程必須準(zhǔn)確匹配實(shí)際系統(tǒng)，而確保這一點(diǎn)具有挑戰(zhàn)性。

然后，本文總結(jié)了旨在通過(guò)基于理論和實(shí)驗(yàn)見(jiàn)解的方法提高PVSR性能的最新進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)更好的體積太陽(yáng)能吸收的一種有前途的方法是通過(guò)幾何參數(shù)優(yōu)化。

簡(jiǎn)而言之，此類(lèi)策略涉及使多孔介質(zhì)不均勻，以精確匹配集中到接收器上的不均勻太陽(yáng)能，并捕獲多孔材料內(nèi)能量傳遞的不均勻特征。“一些例子包括建造由不同層或逐漸變化的結(jié)構(gòu)組成的多孔接收器，”何教授指出。

致力于PVSR性能優(yōu)化的另一個(gè)主要研究前沿是光譜選擇性吸收。這里的目標(biāo)是調(diào)整接收器的材料和結(jié)構(gòu)特性，以使太陽(yáng)光譜中的能量吸收最大化，同時(shí)紅外光譜中的發(fā)射最小化。

最后，研究人員強(qiáng)調(diào)了阻礙PVSR發(fā)展的主要問(wèn)題之一：缺乏比較不同設(shè)計(jì)的評(píng)估方法。此外，在PVSR取得有意義的突破以實(shí)現(xiàn)廣泛的商業(yè)應(yīng)用之前，在理論和實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域仍然存在一些空白需要填補(bǔ)。何教授評(píng)論道：“希望這篇綜述能夠讓人們更好地了解PVSR的開(kāi)發(fā)和研究方法，并激發(fā)未來(lái)旨在提高其性能的研究。”

我們也希望PVSR技術(shù)盡快達(dá)到為可持續(xù)未來(lái)產(chǎn)生充足可再生能源所需的成熟水平!