注：本文由陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院王存義教授（西安菩提高科技有限責(zé)任公司，13572905551）供稿，歡迎聯(lián)系合作洽談。

一、前言

1.“麥子地里產(chǎn)蒸汽，半年回本并賺利”是確真的事實，見創(chuàng)新點1，絕非開玩笑。所言半年回本后“賺利”多少，請見第4頁計算。本文數(shù)據(jù)皆出于嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)計算，保證皆可實現(xiàn)。

2.根據(jù)2019年1月的權(quán)威刊物《太陽能》月刊報道說：

“我國是工業(yè)耗能大國，相關(guān)資料顯示，我國工業(yè)耗能當(dāng)中熱能約占53%，雖然不同工業(yè)部門的熱能需求不同，但一般不超過250℃。若煙草業(yè)、食品加工業(yè)、造紙業(yè)、紡織業(yè)、化工業(yè)、木材加工業(yè)、塑料業(yè)、醫(yī)藥業(yè)這8個行業(yè)的熱能消耗的10%由太陽能提供，則每年節(jié)約的能量等于2663萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒熱，可減排二氧化碳8682萬噸，則全國每一年產(chǎn)值可達(dá)1000億元以上。”可見熱能需求市場之大驚人！不唯是供暖、烘干、發(fā)電等。

二、產(chǎn)品介紹

本專利發(fā)明陽光高熱機是雙軸全天追太陽產(chǎn)熱，可把導(dǎo)熱油加熱到400℃左右，按不同溫度段，一種發(fā)明可作成六大類產(chǎn)品：即發(fā)電型、供熱型、蒸汽型、供暖型、暖電型和烘干型六種陽光高熱機。它由本人新發(fā)明的有專利的五個部件組成，包括自動糾偏器和恒矩精準(zhǔn)跟蹤機、同端集熱管及通用液推器，這些都有成功樣品，已通過省政府召開的鑒定會，測量驗收合格。檢測證件見本文后四個附件。還有本人發(fā)明的能自動躲暴風(fēng)的聚光鏡和特殊的機架。它實現(xiàn)了全世界槽式和菲涅爾集熱器無法實現(xiàn)的技術(shù)上的三垂直和把現(xiàn)有成本減少60%的高性價比。本發(fā)明創(chuàng)造了線聚焦光熱發(fā)電領(lǐng)域打破世界記錄的81.4%的光變熱效率(國外的FAHIM.U等專家，也證實了利用雙軸跟蹤太陽聚焦集熱的光學(xué)效率為81.3%，比單軸跟蹤時要增高40.9%，由此也證明了我發(fā)明的機器的光熱效率達(dá)81.4%的正確性！但他們沒有本人發(fā)明的陽光高熱機，詳情見第4頁的注)和31%的光變電效率。每天自動跟日產(chǎn)熱最長11小時，折合成標(biāo)準(zhǔn)太陽光強，冬夏平均若至少按6小時計算，則公用型機的產(chǎn)熱功率39千瓦，加發(fā)電功率1千瓦共40千瓦。成本兩萬元左右（不含暖電型陽光高熱機的發(fā)電部件成本，暖電型機是供暖期產(chǎn)熱供暖，非供暖期變成發(fā)電，一機兩用）的一臺機6小時產(chǎn)的熱等于234度電變成的熱，同時還能發(fā)6度電，合計240度。

若光伏電站每天產(chǎn)240度電變成熱量，則電站建設(shè)成本按最低每瓦4元計算，則需成本16萬元，即用光伏發(fā)電產(chǎn)熱的成本，是本發(fā)明成本的8倍（計算過程見第5頁）。本機可安裝于房頂、山坡或長有農(nóng)作物之地等等。

三、九大創(chuàng)新點：

1.不占土地面積，因能種糧和產(chǎn)熱或發(fā)電同地而作：

因本發(fā)明聚光鏡追太陽產(chǎn)熱時可離地0.4米，陰影不斷移動，糧菜能見陽光而生長；農(nóng)民下地時它可停在離地1.9米高不動，像電線桿一樣栽在菜地麥地，不影響耕作。特適合給縣城周圍種糧之地安裝，給城鎮(zhèn)供暖，收供暖費30年。

2.發(fā)明了恒矩精準(zhǔn)跟蹤機和邊緣信號反饋器能自動糾偏的專利產(chǎn)品，解決了全世界現(xiàn)有的各種跟蹤太陽的設(shè)備中，存在的跟蹤誤差無法自動全部清除的難題。

3.發(fā)明了在雙軸跟日大運動中的裝有工質(zhì)的管道和外界接通的不動接口，解決了全世界在聚光型太陽高溫利用中，經(jīng)過四十多年之研究和使用而未解決的難題。他們?nèi)糇鞒呻p軸追日則對外接口使多臺機器之間的裝有工質(zhì)的管道，無法實現(xiàn)既能短小輕便而利于維護(hù)保熱材料，以使熱損極小，并能使成本極低而又壽命很長的全用硬管連接通。因此全世界線聚焦光熱發(fā)電，不能雙軸全方位追日大增效，只能停在一個方向追日作成低效的槽式或菲涅爾式。因接口不動就能用低成本長壽命高保溫免維護(hù)碳鋼管，連接各臺機作雙軸高效低成本接力式加熱或發(fā)電。

4.發(fā)明了同端集熱管，解決了金屬內(nèi)管和玻璃罩管之間因熱脹冷縮易使玻璃破裂漏氣，因而造成的封裝工藝非常復(fù)雜，致使其成本特高的難題。例如，全世界現(xiàn)用幾百座槽式光熱發(fā)電站所用集熱管為一根4米長，造價5千元左右。據(jù)有個生產(chǎn)廠的報價說在尺寸相同時，本發(fā)明造價是槽式光熱發(fā)電站的集熱管造價的1/4。但此管子在槽式和菲湦爾式集熱器上無法用。

5.解決了聚光鏡自動躲暴風(fēng)的難題，保證了機器的安全性。

6.發(fā)明了通用液推器，和水泵相比，有成本低、耐高溫、拒腐蝕和大節(jié)電之優(yōu)點。

7.由以上各種技術(shù)亮點，造成了本發(fā)明的太陽光變熱的最高效率可達(dá)81.4％（在標(biāo)準(zhǔn)光強下），和光電效率可達(dá)31％。此二數(shù)據(jù)下文有證明。現(xiàn)在全世界正運行中的三百多座光熱電站中，線聚焦類型中的光變熱效率，根據(jù)中國能建集團(tuán)發(fā)布的數(shù)據(jù)是35％至42％；光變電效率是10％至13％（證據(jù)見附件。光伏發(fā)電站的系統(tǒng)效率是18％左右。

8.一個顛撲不破的真理就是：產(chǎn)熱或發(fā)電效率增加一倍，等于把原來投入的成本減少一半。證明如下：假設(shè)原來是一份投入一份產(chǎn)出；產(chǎn)出效率增加一倍后，變成了一份投入兩份產(chǎn)出，亦即一份產(chǎn)出只對應(yīng)半份成本投入。所以，由于光熱效率和光電效率成倍的提高和同端集熱管的成本的大幅度降低，造成了本發(fā)明的總成本，無論在光熱發(fā)電或其他各種各樣太陽熱利用方面，都比現(xiàn)有同類的太陽能產(chǎn)品的系統(tǒng)總成本，減少60％左右。

9.根絕火災(zāi)隱患。本發(fā)明徹底解決了全世界現(xiàn)有槽式集熱系統(tǒng)中因不可避免地存在動密封有時漏油，使光熱發(fā)電站多次發(fā)生火災(zāi)的世界難題。本發(fā)明因無動密封故能保證絕對安全。

四、本發(fā)明光變熱效率81.4%和光變電效率31%的證明：

A、本發(fā)明能同時滿足下述五個條件，所以能適合下述計算公式（1）和（3）。世界現(xiàn)有槽式、塔式、菲涅爾式和蝶式四種光熱技術(shù)（見附件），都不能也不可能同時滿足下述五個條件，故下述計算公式（1）和（3）不能用于它們。這五個條件就是：光線在聚光鏡上的反射率α最大、光線在真空管玻璃罩管的透射率b最大、光線對真空管不銹鋼內(nèi)管的吸收率最大，換言之，光線對這三者的入射角皆為零；第四和第五條件就是沒有空氣對流散熱和傳導(dǎo)散熱。下述計算公式是：

光變熱效率N1=94%（反射率α）×96%（透射率b）×96%（吸收率c）

×94%（直射光占比d）=81.4%……（1）

其中α和c的值是聚光鏡和真空管生產(chǎn)廠的保證數(shù)據(jù)，其中b是根據(jù)光學(xué)教科書所講的在光線垂直入射到玻璃表面時透射率可達(dá)96%；其中d是在光照好的地區(qū)，直射光可占太陽總輻射的94%。以上是指介質(zhì)在集熱管出口處測量的效率值。

國外專家FAHIM.U等人的研究也證實了采用雙軸跟蹤太陽聚焦集熱的光學(xué)效率為81.3%，比單軸跟蹤時的要增高40.9%，81.3%和我研發(fā)出的陽光鍋爐機的81.4%基本相等。由此也證明了我計算結(jié)果的正確性。40.9%和中國能建集團(tuán)發(fā)布的槽式電站單軸跟日的年均光熱效率相符合。

B、現(xiàn)用技術(shù)槽式和菲涅爾式光熱效率N2計算公式如下：

N2=a cosθ×b cosβ×c cosγ×94%（直射光占比d）=35%～42%（見附件）

……（2）

其中：θ--光線對聚光鏡采光面入射角，0<<θ<90°

β--光線對真空管玻璃罩管外表面的入射角，0<<β<90°

γ--光線對真空管內(nèi)管的入射角，0<<γ<90°

由此可知，槽式和菲涅爾式技術(shù)的a和b及c三個量都有余弦損失，造成了它們的光變熱效率只有35%～42%。例如，b cosβ表示光線在真空管玻璃罩管外表面的一部分屬于可用能量對投射總能量之比值。

另外，不但效率遠(yuǎn)高于現(xiàn)用技術(shù)，而且每天吸熱時間也是槽式和菲涅爾式的二倍，因它們只停在一個方向單軸追日，每天追日產(chǎn)熱約四、五小時。本發(fā)明是雙軸追日全天產(chǎn)熱。

C、光變電效率31%的證明

由附件1知，槽式電站汽輪機熱電效率ξ為38%，由此得陽光高熱機的光變電效率ψ：

ψ=N×ξ=81.4%×38%=31%……（3）

五、陽光高熱機主要構(gòu)造

圖1是陽光高熱機的主視剖視圖，圖1中，1是同端集熱管，它不沿高度角轉(zhuǎn)動，2是連管器，3是掛管桿，4是上邊桿，5是跟日機高度軸，6是不動接口，它是工作介質(zhì)的進(jìn)出口，可用鐵質(zhì)硬管把各臺陽光高熱機的不動接口用靜密封連接通，工質(zhì)不會泄露，安全可靠，7是載物架，8是載架座，9是高度軸機身，10是包圍高度軸的對外連接器，11是三通管，12是拋物面型聚光鏡，13是跟日機方位軸，14是聚光鏡的骨架，15是連接掛管桿的U型板，它和跟日機的高度軸機身固定連接。本發(fā)明用的是本人發(fā)明的恒矩精準(zhǔn)跟日機，它運載的反光鏡能高能低，當(dāng)跟蹤太陽產(chǎn)熱時反光鏡可離地40公分。農(nóng)民下地時，它自動舉起反光鏡離地1.9米不動，不影響操作。

圖2是圖1的左側(cè)剖視圖，圖2中，凡是和圖一有相同標(biāo)記者名稱相同。

【注】證實雙軸跟日效率達(dá)81.3%的國外專家是:FAHIMU和KANGM，其論文是:拋物槽式太陽能集熱器雙軸跟蹤系統(tǒng)性能評價[J].《材料科學(xué)與工程》,2018,301(1):012166

六、經(jīng)濟(jì)效益：

1、產(chǎn)蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益：一臺本機器，全年除陰天雨天外，其余冬夏平均每一天按6.5小時太陽標(biāo)準(zhǔn)光強計算，在兩年內(nèi)所產(chǎn)蒸汽量，若用電產(chǎn)生相同數(shù)量的蒸汽則要用拾萬零陸千伍佰元電費，計算如下：

若一年有光照10個月，則本發(fā)明兩年所產(chǎn)蒸汽值多少錢？

(A)當(dāng)前公認(rèn)1000公斤水由20℃變?yōu)?01℃蒸汽，需用電720度（見第6頁證明3），若按工業(yè)用電是每度電0.7元/度，則一噸蒸汽所耗電費是：

Q1=720度×0.7元/度=504元。(若按居民用電0.56元/度計算是Q2=403.2元)……（4）

（B）1公斤蒸汽值錢多少？

V1=504元/1000公斤=0.504元/1公斤（若按居民用電是V2=0.4032元/公斤）

……（5）

（C）每年內(nèi)把陰天雨天除外，其余冬夏平均按每天6.5小時標(biāo)準(zhǔn)光強（1千瓦/1平米）計算，本發(fā)明每一天產(chǎn)蒸汽多少？

若采光面積為48平米，則產(chǎn)熱功率是39千瓦，同時有發(fā)電功率1千瓦。按6.5小時計算共產(chǎn)熱量是223924千卡，由此可算出每臺機器每天產(chǎn)蒸汽是361.1公斤/1天。

（D）本發(fā)明兩年（設(shè)每年光照10個月）產(chǎn)蒸汽值錢多少？

φ1=361.1公斤/天×0.504元/1公斤×600天=10.92萬元(居民電φ2=8.74萬元)

……（6）

兩年10.92萬元，半年賣蒸汽應(yīng)得2.73萬元，相比于一臺機加儲熱箱成本為2.5萬元，半年收回成本并賺利0.23萬元，即賺利2300元。

（E）成本2萬元的一臺蒸汽型陽光高熱機，為什么應(yīng)該賣也能夠賣得8.6萬元？

既然本發(fā)明兩年所產(chǎn)生財富是10萬9千多元(居民電是8萬7千多元)，機器壽命30年，購買方只要用不到兩年燒蒸汽的電費買本機1臺，其余28年基本上白用不再花錢，何樂而不為？

批量化生產(chǎn)時，一臺機成本2萬元加儲熱箱合計成本2.5萬元，按照它僅僅兩年即600個6.5小時光照計算，就能產(chǎn)生10萬9千多元（按居民電是創(chuàng)造8萬7千2百元）財富而言，一臺機無論怎么算至少應(yīng)該賣8.6萬元，毛利潤6萬多元，年產(chǎn)1萬臺毛利潤6億多元。

2、給工業(yè)供熱的經(jīng)濟(jì)效益：這和供蒸汽的經(jīng)濟(jì)效益類似，一臺公用型機加上儲熱設(shè)備總成本兩萬五千元左右，可賣到八至九萬元，即若一臺機賣9萬元，對電解水造氫廠而言，若把光伏電變成熱量，并與本機一臺所產(chǎn)熱相等，則買本機一臺，如前所證也能節(jié)省16萬元。買一臺花9萬元，只相當(dāng)于本產(chǎn)品在兩年內(nèi)所創(chuàng)造的財富（10萬零6千元）的一部分。年產(chǎn)一萬臺，毛利潤六億多元。因如前所算，若要把光伏電變成如本機一臺每天產(chǎn)出等于240度電變成的熱量，至少要付出16萬元建電站成本，還未計入把電變?yōu)闊岬脑O(shè)備費和儲熱箱費。

3、單純供暖的經(jīng)濟(jì)效益（發(fā)電部件經(jīng)濟(jì)效益是比固定式光伏發(fā)電提高40%發(fā)電量）：

（A）兩戶一臺型或叫公用型：公用型陽光高熱機功率39千瓦，供暖的年均每天光照小時數(shù)和產(chǎn)蒸汽不同，因供暖不包括晝特長的夏季，所以6個月供暖期內(nèi)平均一天按6小時計

算，6小時所產(chǎn)的熱量加發(fā)電量等于240度電所變成的熱量，240度電按西安居民用電是0.56元/度計算，240度電值134元，若一年有300天光照，300個6小時共創(chuàng)財富是4萬多元，可

供給90平米的兩個家庭晝夜取暖（所儲熱量夠三天用。三天以上無太陽時，或加大采光面積和儲熱，或給儲熱箱中裝一個電加熱器備用于偶然應(yīng)急）。在大批量生產(chǎn)條件下，加上6噸儲熱箱，成本大約2.5萬元左右，由兩個家庭分擔(dān)，或由集體分擔(dān)。

（B）一戶一臺型（面積120平米）：小型陽光高熱機或叫家用型，在大批量生產(chǎn)條件下，大約一臺成本1.6萬元左右，加上3噸儲熱箱約2千元，成本共1.8萬元左右。

高寒地區(qū)，例如內(nèi)蒙古和寧夏等（省），政府給每戶農(nóng)民作煤改電供暖都要補貼錢。據(jù)說寧夏政府給每戶農(nóng)民付出三萬多元裝暖空調(diào)（空氣源熱泵），還要替農(nóng)民交第一年電費，等于給每戶農(nóng)民送肆萬元，農(nóng)民自出叁仟元。第二年后農(nóng)民自交電費。若換成本發(fā)明，一臺小型機賣上五至六萬元，三十年內(nèi)農(nóng)民不交電費。本機供暖還能發(fā)電，政府和農(nóng)民皆大歡喜。

（C）綜上所述可見：

（1）集體用的兩戶一臺型：根據(jù)內(nèi)蒙古報價一臺機管兩戶取暖可賣到8萬元。毛利潤5.6萬元左右，年產(chǎn)一萬臺毛利潤5.6億元左右，和前述蒸汽型的利潤差不多。

（2）一戶一臺型：根據(jù)內(nèi)蒙古報價和寧夏自治區(qū)（省）給農(nóng)民送裝暖空調(diào)和送第一年電費，等于送肆萬元情況看，一臺管一個家庭供暖可賣到5至6萬元，加上三噸儲熱箱，總成本約1.8萬元/1臺，毛利潤大約4萬元，年產(chǎn)1萬臺，毛利潤大約4億元。

4、光熱發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益：

本人從1986年正式開始研究太陽能，36年來從未休息過雙休日和寒暑假，每天夜以繼日，廢寢忘食，苦戰(zhàn)攻關(guān)。和苦行僧一樣的耐受寂寞而堅韌不拔。有很多發(fā)明，陽光高熱機（專利號202020749480.2,發(fā)明專利申請?zhí)?02010384816.4，國際專利申請?zhí)朠CT/CN2021/091852）是其重大發(fā)明之一。如上所述，目前一個10萬千瓦的光熱發(fā)電站的建站成本，普遍都需要30億元人民幣，建設(shè)期限是2至5年，若用本人新發(fā)明的技術(shù)，不但成本減少60%，而且施工期限減少一大半！早建成早賺錢，經(jīng)濟(jì)效益驚人！

七、三個證明：

[證明1]光伏供暖成本是本發(fā)明供暖成本的8倍，計算如下：

1、一臺機產(chǎn)熱功率為39千瓦計算：

因采光面積為48平方米，光熱效率為81.4%，故一臺機產(chǎn)熱功率為

81.4%×48米2×1千瓦/米2（此為標(biāo)準(zhǔn)光強）＝39千瓦……（7）

2.一臺機產(chǎn)熱同時還有發(fā)電功率1千瓦計算：

聚光鏡間隙裝有光伏板，面積為3.25米2，光伏組件效率為22%，則不跟蹤太陽時發(fā)電功率為：22%×3.25米2×1千瓦/米2（此為標(biāo)準(zhǔn)光強）＝0.714千瓦……（8）

把3.25米2光伏板裝到本跟日機，因陽光始終垂直照射至少使功率增加40%，故功率增量為：

0.714千瓦×40%＝0.286千瓦，……（9）

所以在產(chǎn)熱功率為39千瓦的同時，還有發(fā)電功率為：

（0.714+0.286）千瓦＝1千瓦----即一臺機產(chǎn)熱加發(fā)電總功率40千瓦。……（10）

3.功率40千瓦光伏電站的建設(shè)成本是多少？

光伏電站不算上網(wǎng)變壓器的成本，則每瓦成本至少是4元/瓦，40千瓦成本為：

40×1000瓦×4元/瓦＝16萬元。……（11）

由此證明在功率相等時，光伏產(chǎn)熱成本是本發(fā)明的8倍。

[證明2]一臺大型暖電型陽光高熱機在非供暖期，每天6小時（標(biāo)準(zhǔn)光強）發(fā)電多少？

總面積51.25米2＝（48+3.25）米2，光伏組件發(fā)電效率22%，追日增效40%，由此得每一天6小時標(biāo)準(zhǔn)光強發(fā)電量為：

22%×51.25米2×1千瓦/米2×（1+40%）×6小時＝94.7度（千瓦小時）電≈95度電

……（12）

[證明3]公認(rèn)為產(chǎn)一噸蒸汽需720度電，其水的初溫是多少？

可先求出720度電百分之百的變成熱量是620095.7千卡，然后求出1公斤水分得的熱量是620.1千卡/1公斤，已知水的汽化熱是539千卡/1公斤，由此得

620.1千卡－539千卡＝81.1千卡≈81千卡……（13）

由此證得若蒸汽終溫是101℃，則水的初溫是20℃。

八、附件：

1.中國能建集團(tuán)發(fā)布的《光熱發(fā)電技術(shù)路線選擇》

2.陜西省工信廳頒發(fā)的新產(chǎn)品新技術(shù)驗收合格證書

3.權(quán)威部門對跟日機、自動糾偏儀和液推器三項專利的樣機的檢驗報告封面

4.檢驗報告第1頁

5.檢驗報告第3頁（對跟日機等三項樣機檢驗結(jié)論）

這是每一臺機器產(chǎn)蒸汽半年回本，還有2300元利潤的投資小、見效快的高新技術(shù)朝陽產(chǎn)業(yè)，歡迎合作實施。

發(fā)明人：王存義教授

電話：135 7290 5551

單位：西安菩提高科技有限責(zé)任公司/陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院

本發(fā)明拋開了全世界光熱發(fā)電五十年未變的如下四種技術(shù)，創(chuàng)造了光變熱效率為81%和光變電效率為31%的世界記錄，遠(yuǎn)超過線聚焦世界現(xiàn)有技術(shù)的光熱效率為42%和光電效率13%的公認(rèn)數(shù)據(jù)，全世界300座光熱發(fā)電站現(xiàn)狀如下：

【附件】1：中國能建集團(tuán)發(fā)布的【光熱發(fā)電技術(shù)路線選擇】

【附件】2：

【附件】3：此報告包括了對自動跟日機、糾偏器和液推器的檢測結(jié)論。

【附件】4：

【附件】5：此頁證明了自動跟日機、自動糾偏器和自動液推器三項專利產(chǎn)品樣機，都已通過檢驗測量合格。