可以在广大农村普及的小型太阳能蒸汽发电机的设计

我最近一直在思考如何把春季和夏季的炎热的空气能利用起来的问题。春季末期、夏季和秋季初期，即大约从每年的5月到9月这5个月时间，气温高，太阳辐射强，尤其是三伏天气，特别炎热，实际上夏季的空气有很好的热能，如何能够有效的利用这些热能呢？这些热能的来源其实就是太阳辐射，这段时间的太阳辐射也是最强烈的。如果能够直接利用太阳辐射，而间接地利用空气热能，那也是非常美妙的。利用这些能源，既能够降低炎热的温度，又能够减少其它能源的使用，一举两得。

为此我曾将设计过一些机器，我设想把空气热能转化为电能，让电能带动空调，让电能给电汽车充电，给电瓶车充电，带动各种机器运转。我最先想到的是利用空调机器原理，把热空气收集起来，让热空气通过空调机的蒸发器更加热，最后达到沸点，从而产生蒸汽，通过蒸汽动力带动蒸汽发电机发电。蒸汽发电机发电用永磁磁铁做定子，用旋转叶轮做转子。但是这个设计有一个缺点，就是空调机能够把空气温度增加到60——80摄氏度，却很难把空气温度直接加热到水的气化温度100摄氏度，另外一个缺点是热空气虽然温度很高，但是能量很小，而空气的体积很大，巨大体积的热空气中的热能依然很少，很难把水加热到气化温度，所以这个设计实现的可能性不大。

现在，有一种先进的利用太阳光的发电技术叫熔盐塔式光热发电系统。这个发电站目前存在于我国甘肃省敦煌，用整整1.2万面镜子和2万吨盐建了个发电站。其中的每一面镜子的采光面积为115平方米，总采热面积可以达到140万平方米。这一万多面镜子可以根据需求调整方向，当太阳升起时镜子就会不停调整角度，并且跟随太阳的移动实时变化，将光线控制聚焦到中间的集热塔上，始终保持着最佳的反射角度，精度可以控制在0.03度到0.05度之间。集热塔下端有两个装着熔盐的罐子，分别是冷熔盐罐和熔盐罐。所有镜子聚焦的阳光温度可以高达1000度，罐子里的冷熔盐被送至集热塔的顶部，经过加热后可以形成500多度的热熔盐，然后被存储到热熔岩罐里。热熔盐本身是一种高温传热、蓄热的介质，所以可以用作热能转换。在需要发电时就用热熔盐来“烧开水”，形成过热蒸汽，驱动蒸汽机进行发电。这种发电机是高科技技术，虽然原理简单，但是投资大、规模大、技术要求很高，发电量很大，对于太阳年辐射时数要求很高，并不适合在广大农村推广。

还有一种是光伏发电。光伏发电目前已经在农村推广。推广效果也不错，可以通过逆变器把产生的电传到国家电网，然后农民可以获得电上网的收益，由国家供电局给予收购款项。但是光伏发电的缺点也是很明显的，第一个是占用面积很大，第二个是太阳能转化为电能的转化比例依然比较小，大约在18%_24%之间。第三个是维护成本比较高。

目前农村的小型风能发电机也在普及，但是风能发电的缺点就是在自然界不配合的情况下没有电能，没有风就没有电，风力弱也没有电。

我们希望看到的是一种小型的发电机，每天发电量在100度以内，大一点的在一千度以内，占用场地很小，大约占用土地在100平米以下，适合于单个农民在自家院子或者晒场发电，发的电主要用于自家使用，满足自家电动车、电器做饭，电器供暖，电器充电等需求。在不使用的时候能够折叠堆放，拆除保管，也可以上网卖出一些电能。

目前，农村有一种太阳能灶，可以烧开水，如图所示。

这种太阳能灶目前在农村很普遍。它主要是利用镜面反射功能，通过镜面反射把太阳光聚焦在水壶位置，利用光能给水壶加热。一壶10公斤的水大约用半小时就可以烧开，热效率明显高于光伏发电。只是目前这种太阳能灶功能比较简单，大多数人只是用来烧开水，基本不能烧饭。这种太阳能灶的反射板面积大约是1.5——2平方米，一般是圆球形，凹面镜样子，镜面焦点就位于水壶位置。我们发现这种太阳能灶只要稍加改进就可以成为太阳能蒸汽发电机，在晴天每天可以从早晨9点发电到下午5点，可以持续工作8——10个小时，一个这种发电机每天可以发电50度以上。发电的基本原理就是：水遇见热量沸腾，产生水蒸气，水蒸气的密度是水的白万分之一，水的体积膨胀一百万倍，过热蒸汽推动永磁发电机的转子飞速旋转，产生电磁效应，从而产生出电力。

根据原理，具体改进的技术方法如下：

1，增加镜面面积到4平方米以上，水壶的容积增加到20——50公斤。

2，安装镜面自动跟踪控制器和旋转万向节，确保镜面焦点在水壶上，确保镜面随着太阳高度角变化而变化，紧跟太阳。

3，水壶是蒸发器，蒸发后的蒸汽通过固定管通到太阳灶的外面单独成为一个单位。蒸汽管的蒸汽首先通过永磁发电机的叶轮带动发电机发电，发电回路另外组成一个系统。

4，蒸汽通过叶轮发电以后部分水蒸气液化为高温水，但是还有一部分水蒸气并未液化，为了整个系统的水蒸气压力平衡，为了液化剩余一部分水蒸气，在太阳灶附近安装一个体积大约在10立方米的水箱，水箱底部储存大约20公斤的水，让水蒸气在水箱内液化，变成高温水。

5，使用一个小型抽水机把水箱的水抽到太阳能灶的水壶中，让水壶的水保持充足。整个水壶、蒸汽管、水箱形成全封闭系统，循环利用水，这样一来热量也不会浪费。当然这个体系必须能够承受较大的压强。永磁发电机的叶轮转子安装在水蒸气管道里面，但是永磁发电机要安装在水蒸气管道外面，封闭技术必须成熟。

这样，我们通过技术连接，把太阳能凹面镜和永磁发电机和降温水箱相互连接，组成一个发电机系统。由于在中国，热力发电技术已经非常成熟，可以把热力发电的先进技术应用在这种小型太阳能蒸汽发电机上，例如在水的循环利用，余热的利用，水蒸气的冷却技术，气压的调节等等方面。

由于太阳能在地球上是均匀分布的，能量是无限多的，因此一旦这种小型蒸汽发电机技术成熟，价格便宜，安全可靠，那么在广大农村会很快普及，既能够解决农村人家庭使用能源问题，而且能够解决农业生产中运输、耕地、供热、加工等等生产问题，也能够为生态农业作出很大贡献。