北京交通大学理学院物理系王瑞峰教授研发的新型太阳能高倍聚光系统主要技术特征有：

1、不需要自动跟踪装置；

2、 反射聚光镜连续多日静止不动；

3、聚光倍数达 20倍左右，促进太阳能由生活热水向工业热能转化。

太阳能热水器行业在我国已形成了一个年销售额达数百亿元的大产业，但是其发展现状却令人担忧。因为根据统计，全国太阳能集热系统年销售总面积已由2015 年的 4,350 万平方米逐渐缩减到 2020 年的 2,700 万平方米。由于市场空间的缩小，使得这个行业的竞争非常激烈，企业的利润受到极大的挤压。造成这种现象的根本原因在于这个领域的技术长期停滞不前，无法打开新的市场空间。

因为太阳光的能量密度比较低，在晴天垂直照射时，其能量密度也只有每平方米 1 千瓦左右。在夏天，无论是真空管式太阳能热水器，还是平板型太阳能热水器都能以较高的热效率产生八、九十度的热水，可以很好地满足人们日常生活的用热需求。但是一旦到了冬季，随着环境温度的降低，这两种太阳能热水器的产热温度和热效率都会大幅度地降低，甚至有很多热水器在冬天是无法使用的。本来，冬季是人类对热能需求量最大的季节，但是太阳能热水器的性能却大幅度地降低了，正是由于这种不匹配，严重制约了太阳能热水器的应用范围。

为了使太阳能光热产业得到更大的发展，就必须提高太阳能集热系统的产热温度及其冬季的集热性能。为此，聚光装置就成了不二选择，很多企业也做出了这类产品，但是市场接受度却无法令人满意。分析其原因大概有以下几个方面：

首先，由于太阳是运动的，如果采用聚光技术的话，当聚光倍数较高时，通常需要一套自动跟踪装置驱动聚光镜跟踪太阳的运动。这既增加了系统的技术难度，也增加了系统的成本。

其次，也是由于太阳能的能量密度比较低，如果需要提供较多的热能，就需要使用很大面积的聚光镜。为了降低跟踪成本，通常一套自动跟踪装置需要驱动数十平方米甚至数百平方米的聚光镜转动。由于太阳能装置都是在室外运行，必须能够抵御 12 级以上的大风，这样大面积的聚光镜上将承受巨大的风负荷，这就对整个系统的机械强度提出了非常苛刻的要求，使金属材料使用量大增，这也增加了系统的总造价。

第三， 通常要求这类太阳能聚光装置必须能够在室外稳定地运行十五年以上，否则难以收回成本。这又是一个非常苛刻的要求，因为在室内运行的冰箱和洗衣机，国家规定的安全使用年限也仅8~10 年而已！任何一个机械装置，当使用的年限久了以后，生锈和磨损都不可避免，所以其出现故障的机会就会增多，这时候系统的维护成本也将随之提高，这一成本归根结底也是要由使用者承担的。

总之，制造出一套低成本，长寿命，高强度，能够带动大面积聚光镜在室外稳定运行十五年以上的机械装置对任何一个企业来讲都不是一件轻而易举的事情。因为这种装置的经济要求和技术要求彼此相矛盾，很难统一在一个装置中。

为了从根本上解决这个难题，我们发明了一种全新的太阳能聚光跟踪技术---《一种可以连续多日静止的太阳能聚光装置》（专利号：ZL 201610829789.0)。

图1 系统的装置图

如图所示 , 这个装置东西方向放置，一个集热管固定在两个支座上，一年四季保持不动。一个反射聚光镜由这两个支座支撑，并可以以集热管的轴线为转轴绕集热管转动，同时这个转轴也是反射聚光镜的焦线。该技术不需要自动跟踪装置，反射聚光镜的倾角由使用者在确定的日期进行手动调节，在两次调节之间，反射聚光镜连续多日固定在反射镜定位装置上保持静止不动。

该技术有以下显著特点：

1、这项技术不需要自动跟踪装置，因此降低了整个系统的制造成本。

2、系统的聚光倍数（反射镜的开口宽度与吸热管的直径的比值）比较高，可以达到 20 倍左右，能够满足太阳能中高温（100℃到 300℃）的技术要求。

3、这种技术使用起来非常简单，在反射镜定位装置上有若干个位置确定的插孔，使用者只需要在确定的日期将反射镜由一个插孔移动到另一个插孔即可，而这些日期会标注在说明书中，使用者一看即知。而且，系统的调节次数比较少，根据系统聚光倍数的不同，反射聚光镜平均 7 至 15 天调节一次，每调节一面镜子平均用时不超过一分钟，工作量轻微。

4、系统每日的全聚光时间不低于 4 小时（10:00--14:00）。

5、这个系统的每一面反射聚光镜都具有自己独立的固定装置，平时都固定在两个支座和对应的反射镜定位装置上，这种结构本身就和固定装置一样具有极强的抗风雨破坏的能力，可以保证系统能够在室外稳定运行 15 年以上。并且，这种装置一般不会出现故障，即使有故障，也不需要专门人员去维修，使用者本人就可以进行修理，这大大减小了后期的维护费用。

6、产业链完整，该技术所需的集热管，反射聚光镜和储水箱等目前在国内都有企业可以大规模地生产。因此，产品一经定型，即可大规模投放市场。

正是由于上述特征，使这项技术可以将低成本，长寿命，高稳定性统一到一个装置上，满足了太阳能中高温技术的要求。

从以上的分析可以看出，这项技术为社会提供了一种廉价的，长寿命的太阳能中高温集热平台，其市场潜力显而易见：

首先，可以用于冬季采暖和夏季空调，这个市场是非常巨大的，比太阳能热水器的市场要大得多。其次可以满足工业用热需求，例如：市政蒸汽，海水淡化，石油开采， 农产品加工，纺织印染等，其市场容量也是相当可观的。

热能在人类能源消耗中所占的比例最大，将太阳能直接转变为热能是太阳能各种利用中最方便最直接的形式。这项技术用最简单的方法将太阳光的能量密度提高了二十倍，使热能的品质有了质的飞跃，同时还将系统的制造成本降到最低。为太阳能中高温技术的发展开辟了新的道路。