初探太阳能游艇技术分析与发展【摘要】太阳能游艇有着巨大的市场空间。目前，国外有上亿美元的市场，以太阳能做动力的游艇符合环保要求受到各国政府的大力支持。利用国内优秀的低成本的造船技术，结合符合国际市场需求的先进技术，可望逐步分享巨大的国外市场份额。【关键词】太阳能游艇；设计；设备；展望1.太阳能游艇的现状现阶段是常规能源游艇发展非常成熟的阶段，各种类型与用途的游艇相继出现。太阳能电池的运用给游艇业的带来了新的发展趋势，把电池板装在游艇上利用太阳能作为主要动力的太阳能游艇成为游艇的一大创新。2012年，由厦门市某船艇科技有限公司研究开发的太阳能游艇在厦门研制成功并投入使用。（图1）其工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳能电池组件产生的电能通过的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器，将直流电转换成交流电。如今光热型太阳能动力船的迅速发展给游艇业带来新的契机，太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。使用太阳能电池的车、船要得到1千瓦的电功率，仅光电池的成本就需要几万元，而光热型太阳能动力船要得到1千瓦的热功率，只需几百元就可以了。2.总体设计方案聚光器采用菲涅尔聚焦原理。把轻而薄的平板型聚光器（由薄铝板或玻璃钢制成）装置在船顶，既是采光器，又是遮阳篷。体积很小的轻质金属蒸发器安放在聚光器的焦点上。在500～600℃的蒸发器中，间断性地吸入定量湖水并不断产生蒸汽，通过尾喷管喷入湖中，游船即受反冲力向前推进。这种工作方式无须机械转换，结构简单、工作可靠、效率很高。聚光器对太阳的跟踪由驾驶员（即游客）按聚集显示器的指示，在游船改变方向后随时调整，始终对准太阳。这部分的电路、机械传动及操作方式也很简单，游客一看就懂，极易掌握。[2]3.实验中采用的设备、技术及各种数据3.1聚光器和蒸发器因为首先是在陆地上实验，我们采用的是现成的玻璃钢抛物面太阳灶聚光器。该聚光器为长2m，宽1.3m的圆角矩形壳体。焦距F=800mm；截光面积A=2.5m2，贴真空镀铝薄膜为反光材料。蒸发器是容积为15dm3的扁球形铝质耐压容器（最高承压5kg/cm2），除底部外均包有轻质耐高温保温材料。底部刷耐高温吸热涂料，并有耐高温玻璃保温。局部柔性的蒸汽喷管由蒸发器引出后经过良好保温，沿可动及固定支架通向船尾喷汽。这台聚光灶的煮水热效率可达80%，折算功率大于1400W，焦斑面积100cm2，聚焦区温度1000℃。在正常工作环境下，可测得尾喷管出口的蒸汽压力为2kg/cm2。3.2对太阳的跟踪在聚光器中心轴线顶点处装有坚固的具有万向节功能的短柄，就是靠此短柄把聚光器固定在“船篷”骨架上，并可活动自如地跟踪太阳。这种跟踪动作的调整通过连杆、转轴等部件，在船头驾驶座上根据聚焦显示器的指示就可完成（篇幅所限，不能详述）。陆地实验中，我们采用一块长3m，宽1.3m的厚木板作为模拟船体，驾驶操作十分准确。3.3聚焦显示聚焦显示器安装在驾驶座前，采用成“十”子分布的指示灯为调整标志。哪只小红灯不亮，说明焦斑中心偏到了与它相应的那只热敏电阻上，应当把焦斑向最亮的那只小红灯调整，直到4只热敏电阻形成“十”形分布在蒸发器底部为止。所用的电路也很简单，只需4只热敏电阻串接4个小红灯和几节干电池就可工作了，当然如果采用太阳能电池板供电，那就是更完全的太阳能动力船了。为了节约电能，我们采用的是耗电很少的发光二极管（见图2）。3.4其他间断性地从湖中吸水到蒸发器的过程是由几只单向阀门和蒸汽推动的小活塞完成的，可以调节进水量的大小，使每次进水完全迅速汽化。兼作遮阳篷的聚光器和很小的轻质蒸发器以及进水、排气管等可动跟踪部分的总量仅为15kg，而实用中可乘2～3人的小型游船总量可达300kg左右，因此不必担心倾斜的聚光器（太阳高度角太小时）会压翻游船，况且实用中要求的太阳高度角应在45°以上，聚光器的倾斜并不严重。4.前景展望这种太阳能热动力船除了用作小型游艇之外。还可以象利用风能的帆板运动一样，把它做成相当轻巧的单人太阳能竞赛用艇，它的速度将比多人游艇大大提高。试与当代的电动自行车相比：它的电机功率仅180W左右，却已达到20km/h的速度，这种单人赛艇如采用热功率800W的蒸发器驱动，速度应该比电动自行车更快，况且水面上的交通工具运动阻力要比地面上的更小。我们选择作为旅游目的的游艇动力系统作为太阳能动力系统应用的切人点，是因为环保的客观需要。也是因为游艇与单纯的运输客、货为目的的船舶不同，其特点是需要在宁静的清风与碧波的环境中漫游。船艇可小巧而精致，动力相对要求较小，而对噪声、污染要求尽可能少。光热型太阳能动力船则完全满足了上述要求。太阳能在船舶上应用的前景将是十分广大的。环保是人类永恒的话题，太阳能的直接利用也是人类始终追求的目标。为此，当前需要我们作出各种探讨和努力，进行实船的研究与试验，以取得宝贵的经验和数据。开发出有商业价值的环保产品，迎接太阳能游艇广泛应用时代的到来。[3]5.结束语总之，笔者认为技术人员应把此项技术用到太阳能热动力船上去。原因有两点：一是由于水的比热和汽化热都较大，把湖中温度较低的水变成蒸汽，要消耗掉过多的热能；二是从湖水中吸水到蒸发器的过程也要消耗一定能量。因此，如果我们也采取加热空气的办法6t体育，必然会大幅度提高现有装置的热利用效率，从而增大对游艇的推动功率，提高速度。同时又可减掉蒸发器从湖水中取水的管道等部件，使结构更简单，工作更可靠。【参考文献】[1]封汉章，王东.太阳能技术的发展与太阳能游艇动力系统，.科技进步与对策[J].2000（12）.[2]刘振纲.太阳能游艇的开发与展望.内蒙古科技与经济，2002（2）.[3]何建玲，冀书香，刘彩凤，许健存.太阳能游艇.太阳能，2010，04