桑迪亚国家实验室的工程师们已经开发出了新的类似分形的聚光太阳能接收器，用于中小规模用途，其吸收太阳光的效率比当前技术高20%。
这些接收器是作为实验室指导研究与开发项目的一部分进行设计和研究的，并且也正在桑迪亚的印度和美国太阳能研究所(SERIIUS)的工作中得到应用。
SERIIUS是一个由印度科学研究院和国家可再生能源实验室共同发起的为期五年的项目，由美国能源部和印度政府共同发起，旨在通过以下方式为两国开发和改善具有成本效益的太阳能技术：解决每个市场的障碍和挑战。桑迪亚(Sandia)领导了该小组在集中太阳能方面的研究，重点是可扩展系统。
尽管全世界大多数集中式太阳能设施都很大，但桑迪亚的工程师Cliff Ho说，印度有兴趣开发1兆瓦或更小的设施，可以为一个小村庄或社区提供适当数量的电力。提高这些小型接收机设计的效率是实现该目标的关键一步。
桑迪亚的工程师在国家太阳能热测试设施上开发并测试了新的接收器，研究了它们在承受高温和高压的同时吸收日光作为热量的能力，这些热量可以存储或传递给电力循环以发电。在桑迪亚(Sandia)的工厂中，成排的镜子定日镜对准一幢高层建筑，顶部装有中央接收器。定日镜将阳光反射并聚集在接收器上，吸收器吸收阳光的热量并将其转换为流过接收器面板的气体。然后，该气体可用于常规的发电厂循环中以发电，或与存储系统一起使用，以在太阳不发光时节省用于按需发电。
捕获和吸收反射光
常规的接收器设计通常以管或布置在圆柱体中的管的平板为特征。当考虑反射和热量损失时，这些设计可以吸收约80%至90%的阳光直射，但Ho表示，需要进行设计改进以使接收器更加高效，以帮助降低集中太阳能的成本并提高可扩展性。
何说：“当光从平面反射回来时，它就消失了。” “在平坦的接收器设计中，5%或更多的集中阳光会反射掉。因此，我们将管板配置成放射状或百叶状，以不同的比例捕获光。我们希望光先反射然后再反射朝向接收器的内部并被吸收，就像隔音室的墙壁一样。”
先前关于使太阳能接收器更高效的研究集中在应用于接收器的特殊涂层上。然而，这些涂层中的许多涂层容易随着时间的流逝而破裂，这既降低了接收器吸收太阳光的能力，又降低了太阳能接收器本身的潜在寿命，同时由于重新涂覆和维修而增加了成本。桑迪亚的新型分形接收器设计无需特殊涂层即可提高太阳能吸收效率。
Ho和研究团队开发并测试了多种原型分形接收器设计，这些设计按比例缩放以适用于中小型聚光太阳能设施，并发现了最适合每种应用的设计。
何说：“印度的市场驱动力与美国不同。” “可再生能源的竞争有柴油发电机，这会造成很大的污染，而且非常昂贵。这给了我们更大的灵活性，可以创建一个小型的可满足其需求的聚光太阳能系统。”
测试首批3-D“印刷”太阳能接收器
该团队率先使用称为粉末床熔合的增材制造技术，从高温镍合金Iconel 718打印其小型接收器设计。Ho说，这种新颖的印刷技术提供了一种经济有效的方式来小规模测试多种分形设计，并且将来可用于印刷大型太阳能接收器的整个部分。
Ho说：“增材制造使我们能够在小型原型中为接收管生成复杂的几何形状。” “使用传统方法(例如挤压，铸造或焊接)来制造这些复杂的几何形状将是困难的。”
新设计与传统的传热流体(包括熔融盐和蒸汽)一起使用来集中太阳能，但它们还可以使用其他介质进行传热和存储。
桑迪亚正在通过使空气，二氧化碳和氦气流过接收管来评估不同气体对接收器的性能，最终目的是将新接收器设计与超临界二氧化碳布雷顿循环配对。术语“超临界”描述了当二氧化碳被加热到其正常临界温度和压力以上时的半液态。布雷顿循环通过使用加压的高温超临界二氧化碳使涡轮旋转，就像喷气发动机一样旋转，涡轮使发电机旋转以发电。
何说，美国和印度都对追求超临界二氧化碳以开发下一代聚光太阳能技术感兴趣，因为它可以在更小的占地面积上达到更高的效率。
Ho说：“集中太阳能和SERIIUS的目标是发展具有能量存储功能的高效，成本效益高的太阳能驱动的电力生产。” “使用太阳能超临界二氧化碳布雷顿循环将提高效率，减少空间需求并降低与当前大规模集中式太阳能发电系统相关的成本。”
较小的占地面积和成本将有助于实现基于布雷顿循环的超临界二氧化碳小规模(在1-10兆瓦范围内)的聚光太阳能发电厂，使聚光太阳能与其他类型的可再生能源相比更具竞争力。