太阳能热发电的效率可以达到80%？

　　流言

　　2011年，21世纪经济报道的一篇《上海神秘新能源技术有望改写整个产业格局》引发了人们无限的遐想。这篇奇文中的神秘海归简直像是太阳神赫利俄斯派来的门徒，声称其太阳能热发电的效率可以达到80%。

　　真相

　　这个流言是假的！目前，无论是光伏发电还是光热发电，转化率都不可能超过40%。这种80%的光电转化率也已经突破了现有的物理学规律。

　　论证

　　目前在太阳能光伏发电中，主要还是方位固定的大面积平板式光电转化模式。这种模式的技术较成熟，但转化效率不高。科学家们正在研究高聚光性能的光伏电池。在定日镜的配合下，这种电池时刻处于大束太阳光的焦点上，单元面积内可以吸收更多的太阳光，所以光伏转化效率有所提高，能达到30%左右。不过，光伏电池也因此吸收了更多的热量，必须配备散热装置来降低电池的温度，以保证这些电池的工作寿命。附加的散热系统需要消耗能量，这就又降低了发电的效率。再加上前文提到的直流变交流过程中逆变器的损耗，太阳能光伏发电的效率仍然在30%以下徘徊。“物美价廉的定日镜+高转化率聚光电池+高效率的散热体系+低损耗的逆变器”是目前太阳能光伏发电的主要研究方向。

　　在太阳能热发电中，光热转化效率最高的是碟式太阳能热发电。由于这种碟片式分布的反射镜聚光比可以达到3000以上，一方面使得接收器的吸热面积可以很小，从而实现较小的能量损失（接收器吸收的热量散失程度较低），光热转换比最高可达80%左右；另一方面这样高的聚光比可使接收器的接收温度达800 ℃以上，产生的蒸汽推动高效率的斯特林热机，实现由等容加热- 等温膨胀- 等容冷却- 等温压缩 4 个过程组成的热力循环，这个循环很接近于卡诺循环模型。根据热力学第二定律，在相同的高、低温热源温度T1与T2之间工作的一切循环中，以卡诺循环的热效率为最高。理想状态下，斯特林热机的热力使用效率几乎等于理论最大效率：

　　然而受限于热机的设计、工质选择、流体流动特性、传热特性、辐射换热等因素， 目前美国SIM公司生产的STM4-120型新一代斯特林发动机效率仅为29.6%。欧美一些科研机构声称在实验室条件下可实现斯特林热机效率达到40%左右。要特别注意的是，斯特林热机40%的效率是现有制造工艺下，最接近于理想卡诺循环下的转化效率，蒸汽推动热机做功几乎不可能再高于此值。

　　如此算来，太阳能热发电的光能→机械能最高转化效率可以达到40%*80%=32%。热机再推动发电机运转，最终总的光电转化效率可以达到30%左右。目前中国科学电工研究所在进行的10KW碟式/斯特林系统的示范工程系统总的设计效率为17.96%。