太阳能光热利用的应用范围包括光热发电、海水淡化、食品加工、农作物烘干、化学及制冷等诸多领域。然而，即使在晴朗的天气条件下，能够到达地球表面的太阳光平均每平方米也只有1000瓦左右。因此，如果要将其应用于上述领域，通常需要使用大量反射镜或透镜将阳光集中起来，并使用支撑结构和跟踪系统来帮助它们跟踪太阳轨迹，而这种集热系统的造价往往十分昂贵。
日前，来自美国麻省理工学院的科学家们研发出一种无需反射镜进行集热，在正常光照下即可使水沸腾，并产生蒸汽的浮动式热利用系统，而且这种系统在成本上具有极大优势，有望让更多人开始使用太阳能资源。
据了解，该项目始于2014年，目前已经获得了非常大的进展。首先这个设备可以在没有任何光学技术的帮助下达到100摄氏度甚至更高，同时这种新成果的原料非常容易被商业化运用，基本上都是一些常见的泡沫材料和气泡膜，而组合到一起就可以形成加热的功能。
几分钟即可达到最高工作温度
据麻省理工学院的机械工程师George Ni介绍，这种浮动式热利用系统的太阳能接收器包括多层结构，底层由有助于整个结构浮起的泡沫组成，顶层是透明的气泡膜，让阳光可以达到位于中间的吸热层。吸热层是一个包裹在陶瓷和金属混合体中的铜片，因为铜是很好的热导体，它能有效地吸收太阳光所蕴含的热量。
图：麻省理工学院研发的新型光热系统
一个类似于灯芯的棉条穿过泡沫，到达底层的冷却水并将其吸到接收器中，在泡沫和吸收层之间放置棉织物帮助扩散吸入的水。水在吸热层被加热并产生蒸汽，蒸汽通过一个插槽穿过气泡膜和吸收层进行采集。
[pagebreak]整体设计的关键点在于如何保存它内部的热量。泡沫可以防止吸热层接触底层的冷却水发生热量损失，而气泡膜阻止了蒸汽穿过吸热层向空气散热。这项系统在2015年8月至9月间在麻省理工学院进行了日间屋顶实验。实验结果显示，太阳接收器能在几分钟内达到最高工作温度。
Ni表示，“我们发现在这个系统中气泡膜的表现相当令人惊讶，如此常见而又廉价的材料在太阳能应用中竟然能有如此良好性能。它的透明度足以让太阳光直达吸收层。同时，它的真空气囊又像一个温室一样将吸收的热量储存起来，从而达到更高的效率。”
造价仅为聚光热利用系统的1/30 未来会更低
该系统的研究人员称，由于他们使用的均为市场中廉价而又常见的材料，系统整体的成本仅约为每平方米6美元。他们建议通过使用更便宜的材料，成本可进一步下降至每平方米2美元。相比之下，使用聚光器跟踪太阳的太阳能热利用系统的成本高达每平方米200美元左右。
图：研究人员正在进行试验
据悉，该系统可同时产生高温蒸汽和低温蒸汽。其中，蒸汽发生效率约为20%，而低温水蒸气发生效率则高达70%。
这种浮动式热利用系统短期内有望应用在海水淡化和废水处理领域。针对海水淡化领域的应用，研究人员将对系统进行调整，以最大限度地提高低温水蒸气的生产能力，然后对水蒸气进行冷凝来进行淡水收集。若用于废水处理，该系统可以将废水中的大部分水分变成蒸气消散到大气中，只留下少量，更易于管理被浓缩的废物。
至于在光热发电领域的应用，如何给产生的蒸汽加压是这个系统亟待解决的难题，麻省理工学院的机械工程师、资深作者陈刚表示，“现有的研究成果会鼓励我们继续克服挑战，将该系统向着这一方向不断完善。”
