300塊閃亮的鏡片錯落有致地嵌在一個傾斜的八角盤上，它們組成的“等效凹面鏡”將陽光反射到同一點匯聚。在上海世博會中國館33米層的“低碳行動”展區，一口別致的“太陽能灶”吸引著好奇的目光。它的特別之處不單單在外形，稍作觀察，觀眾便能發覺其“魔力”——猶如一朵向日葵，它的盤面自東向西勻速轉動，每分每秒都在追逐太陽。
它的大名叫“模組定日陣”。當成百上千個這樣的“向日葵”排列成一個集熱、傳熱、儲熱矩陣，以超過300℃的高溫驅動傳統的熱電設備，一座全新意義的太陽能電廠即可全天候高效發電。因為始終對準太陽，這套具有中國自主智慧財産權的太陽能光熱系統以很低的成本實現了全球最高的太陽能利用率——30%的光電轉化率是目前太陽能光伏電廠並網發電效率的3倍。
“破碎的碟子”跟著太陽走
當越來越多的屋頂、墻面被太陽能電池板覆蓋，一種古老而簡單的太陽能利用方式——太陽能聚焦光熱技術，似已被人淡忘。就像在不少農村使用過的太陽灶，只需用鏡子把太陽光反射聚焦于鍋底，産生的熱量足以燒水、煮飯。
向日葵“魔鏡”的設計靈感正是來自太陽灶，但它聰明，懂得如何最大限度地捕捉陽光。理論上説，效率最高的太陽能光熱系統應當是一隻巨大的鏡面碟子，而“魔鏡”發明人、益科博能源科技（上海）有限公司董事長項曉東博士想，若要不浪費地利用陽光，鏡子必須學會“太陽走，我也走”。
讓幾十米甚至百米直徑的大碟子跟著太陽走，談何容易！“要知道，太陽行進並非是簡單的線性運動，緊跟它走，意味著要將碟子掄起來，像陀螺一樣旋轉。”項曉東説，20多年的研究證明，碟式系統的光熱轉化效率雖高，但風阻大、佔地多，不可行。
有沒有簡單易行的辦法？冥思苦想中，項曉東靈機一動：切碎碟子，讓碟子與碎片各轉各的，以兩個方向的獨立運動實現對太陽的“跟蹤”。於是，300塊邊長10釐米的正方形鏡片拼起了一隻“破碎的碟子”。通過計算，他為每塊鏡片設計了互不相同的初始角度，巧妙地將平行反射的“平底盤”變成了聚光反射的“凹面碟”。
碟子的“蹣跚學步”從分解動作開始。“地球上某一點看到的太陽方向（即太陽位置），隨季節、時間和當地緯度的變化而變化，碟子也應如此，因為只有這樣，才能時刻與太陽保持步調一致。”據此，項曉東為碟子和組成碟子的鏡片編排了不同的“走法”：碟子自東向西每小時轉動15度，以適應太陽每天的東升西落；鏡片以行為單位，沿南北方向追隨太陽的季節運動，每天微調不超過0.1度；而碟子的托底，八角盤也有重任在肩，它與地面的傾角正好是當地的地理緯度。
30朵“向日葵”逐級加熱至300℃
自打2007年從矽谷回國創業，項曉東滿腦子想的都是如何提高太陽能光熱系統的效率。效倣太陽“走路”，儘量多地捕捉陽光，僅僅是第一步。當“凹面碟”將陽光反射到鏡面上方的集熱器時，光旋即轉化成了熱。在實際應用中，每個模組收集的熱量必須通過管道輸送給熱電廠，途中的熱損失難以避免。
“理論上説，每個集熱器的輸出溫度越高越好，可隨之而來的問題是，溫度越高，傳輸中的熱損失越大。”為攻克這一矛盾，項曉東想出個絕招：將30朵“向日葵”串聯起來，用陽光逐級加熱，確保終端集熱器上的溫度超過300℃。“雖説前29朵‘向日葵’在集熱溫度上或多或少作出了‘犧牲’，但只要最後一朵保持高溫，發電設備所獲得的動力就不受影響。對整個集熱矩陣而言，這樣做的熱損失最小。”項曉東告訴記者，這套串聯矩陣的光熱轉化率高達70%以上，與公認的理想模型——碟式系統相當。同時，由於熱能轉化成電能的效率最高約為40%，因此，“模組定日陣”的光電轉化率最高可達30%，這是目前世界上太陽能利用所能實現的最高效率。
儘管國內光伏産業持續“高燒”，但在項曉東看來，光熱比光伏可能更有發展前景。首先，光熱技術可有效利用現有熱電廠的全套裝備，無需再次投資。其次，儲熱的成本僅僅是儲電成本的1%-10%，這意味著光熱路線更容易解決太陽能電廠的並網難題。第三，光熱發電在熱電轉化過程中損失的60%廢熱可被有效回收，用於製冷、供熱或海水淡化。
三亞南山開建1兆瓦光熱電廠
張江集電港的一塊空地上，由30朵“向日葵”組成的太陽能光熱發電子系統已于去年底建成，並通過了院士、專家的權威論證。作為發明人，項曉東想儘快將子系統升級為一座示範電廠。目前，這一願望已進入倒計時。明年初，去海南度假的遊客即可在三亞南山的海濱，眺望到一座佔地100畝的太陽能小城。
按照規劃，百畝試驗場中將布設上千個“模組定日陣”，平均每個模組僅佔地10平方米，總發電規模可達1兆瓦。有意思的是，“定日陣”的立足之地並非專門辟出的整片空地，而與當地的生産生活環境融為一體。“它們或被架設在路面上，一邊發電，一邊遮蔭；或站立在河道中央，減少水分蒸發。”項曉東透露，如果可能，向日葵“魔鏡”還將矗立在廠房上，既不影響光照，也不會産生光污染，“我們甚至想把集熱陣列搬到種蘭花的花棚頂上，綜合展示太陽能光熱系統的各種應用可能。”
基於設計上的優化，一套“模組定日陣”的成本約為幾千元，並網電價有望控制在0.7元/千瓦時，與現行的調峰電價相當。與之相比，國內光伏發電的並網電價要高得多，約為1.5-1.8元/千瓦時。
最近，公司派人陸續赴海南、陜西、雲南、新疆、內蒙古、西藏等太陽能資源豐富的地區考察，積極籌劃國內首座太陽能光熱商業電廠。項曉東説，如果一切順利，這樣的電廠有望明年底並網發電。（任荃）
