2003年8月16日，北京通州胡各庄的一片空地上，一束强光突然聚焦于一点——中国科学院电工研究所张喜良团队研制的国内第一台碟式太阳能聚光集热器成功实现高温聚光，钢板在20秒内熔化成铁水。这个被科研人员称为“土法创新”的瞬间，不仅打破了国外技术垄断，更在北京市通州区胡各庄这片土地上，埋下了中国太阳能高温利用的第一颗种子。近日，国家太阳能光热产业技术创新战略联盟采访了这位在太阳能领域深耕二十余载的高级工程师，听他讲述这段研制首台多碟式聚光器的艰辛与创新历程。
张喜良今年5月在第七届“诵读中国”经典诵读大赛上
坐在张喜良面前，一贯在舞台上神采奕奕的他略显疲惫，脸色也因在中国科学院延庆太阳能热发电基地调试碟式聚光器系统而晒得黝黑。
张喜良介绍，多碟式太阳热发电技术是利用碟式聚光器将太阳光汇聚到焦点处，通过吸热器将汇聚的太阳能吸收并传输给热机，热机将热能转化为机械能，再经过发电机将械能转化为电能，是分布式太阳能发电领域的热点技术。碟式太阳能热发电技术具有能量传换效率高，模块化组合的特点，电站容量可以从KW级到MW级。
缘起
2001年，当大多数科研团队还在聚焦太阳能热水器等低温应用时，时任中国科学院工程热物理研究所副研究员王志峰却敏锐地将目光投向了太阳能高温热利用领域。“王志峰老师当时就提出，热水器属于太阳能的低温低端利用，我们应该做高温热利用。”张喜良回忆道，“但当时太阳能高温热利用技术几乎是一片空白，研究人员寥寥无几，可参考的资料更是少之又少。”
在这样的背景下，2001年6月，中国科学院与皇明太阳能股份有限公司组建了中国科学院电工研究所-皇明太阳集团联合实验室，这就是中国科学院太阳能热利用与光伏系统重点实验室的前身。作为实验室“元老”并一直坚守的张喜良高工，主要负责结构设计和反光镜单元设计，现已是北京航空航天大学教授的王延忠博士负责传动部分，现已任职于首航高科能源技术股份有限公司的梁文峰承担控制模块的研发，这些刚毕业不久的年轻人，凭借着对太阳能技术的热情和执着，不断探索和创新；此外，还有北京精诚彩龙钢结构技术开发有限公司董事长韩玉民参与研制，副总经理郑孝全为技术方案出谋划策，工队长康镇超带领工人和科研人员一起边研究、边试验、边制作，郑孝全的夫人张女士则主动为大家提供后勤保障工作。 “我们就像拓荒者，手里只有几张从网上下载的模糊图片，连像样的设计说明书都没有。” 张喜良笑着说，“但我们有一股不服输的劲头，王志峰老师前瞻性的眼光给了我们无穷的动力。”
当时的科研条件异常艰苦。实验室设在中国科学院工程热物理研究所的四层楼顶，没有专门的实验场地，只能在二楼办公，楼顶放置一些热水器和实验设备。“我们连像样的加工车间都没有，因为碟式聚光器的结构太复杂，不符合当时工厂惯常的横平竖直的施工习惯，钢结构加工成为一大难题。幸运的是，位于通州召里工业区的精诚彩龙董事长韩玉民‘慧眼识睛’，解决了结构加工难题，并给我们提供了免费使用的实验场地。”张喜良回忆道，“皇明太阳能董事长黄鸣、精诚彩龙董事长韩玉民均认为，产业发展与企业发展紧密相连，比起盈利，他们更想为国家和太阳能热利用产业做点事。正是这些有情怀、有理想的光热人不遗余力支持，碟式聚光器的研发才能顺利进行。”
国内第一台碟式太阳能聚光集热器
攻坚
碟式聚光器的研制过程充满了挑战。首先是面型设计难题，如何让碟面精准地将太阳光聚焦到一点，是团队面临的首要技术难关。“我们没有先进的设计软件，只能靠手工计算和反复试验。” 张喜良说，“当时我想到了一个土办法，路过紫玉山庄时看到巨大的卫星接收天线，它的旋转抛物面结构和我们的碟式聚光器很相似，于是我和王延忠博士假装看房，想进去借鉴一下，因为保安看得太紧没有看成。”
其次是加工制作难题。当时国内没有专业的聚光器生产厂家，张喜良只能自己想办法。“没有数控加工设备，我们就用玻璃钢手工糊制碟面基底；买不到专用反射膜，就从镜子厂定制1mm超薄镀银镜，表面粘贴超薄镀银镜反射膜；跟踪控制系统买不起进口PLC，就用单板机编写程序，自己动手制作单板机控制跟踪系统；自己手写了设备使用说明书。”张喜良说， “最困难时，我们在厂房的角落支起行军床，白天做实验，晚上躺在床板上看碟面在月光下的轮廓。为了调试设备，我连续两个多月没回昌平的家，吃住都在现场。”
熔钢板过程
最让张喜良难忘的是第一次聚光成功的场景。“当我们把16个直径1米的小碟组装成当量直径5米的多碟系统后，进行了首次聚光试验。我们在焦点处放了一块钢板，20秒后钢板就开始淌铁水，当时所有人都沸腾了。要知道，钢板的熔化温度是1530摄氏度，这说明我们的聚光温度已经相当高了。”
中国方案
据介绍，与当时国际上已有的碟式聚光器技术相比，这个碟式聚光器具有多项创新点。首先是多碟组合设计，通过16个小碟的组合，在有限条件下实现了大直径聚光，大大降低了制作难度和成本。其次是采用玻璃钢衬底加镀银镜反射的方案，在保证聚光效果的同时，大幅降低了设备重量和成本。
“我们的技术虽然土，但很实用。”张喜良说，“当时国外的碟式聚光器动辄上百万美元，而我们的成本只有几十分之一。更重要的是，我们证明了中国人完全有能力在这个领域做出自己的成绩。”
这项成果对我国太阳能利用技术的发展具有里程碑意义。它不仅填补了国内空白，还为后续的科研项目和产业发展奠定了基础。2006年9月，实验室成功研制用于国家“973”项目——“利用太阳能规模制氢的基础研究” 的太阳能碟式聚光器，交付西安交通大学郭烈锦院士多相流国家重点实验室使用。这台太阳能碟式聚光采用多碟复合聚光方式，采光口直径5米，峰值输出的热功率是12kW，系统跟踪精度为3.14mrad。该装置从荷重，控制方式，总体支架结构的模块化等几个方面做了多项改进，设备的总体跟踪精度也较过去提高了10%。随后，实验室又为广东工业大学、哈尔滨工业大学研制了不同尺寸的多碟聚光器，每次都有不同程度的改进和优化。
此外，实验室为中山大学研制了10米多碟式太阳能聚光系统，并于2011年9月安装成功并投入运行，为中山大学开展太阳能高温热利用工作提供了良好的平台。此聚光系统为目前我国功率最大的多碟式太阳能聚光系统。这台10米多碟式太阳能聚光系统由31个单元碟组成，每个单元碟直径为1.5米，可实现全天候双轴跟踪太阳。聚光系统总截光面积为60m²，光斑直径为25cm，峰值热功率不小于30kW，聚光器聚光比大于1000。
10米多碟式太阳能聚光系统
2023年，陕西首个太阳能裂解水制氢项目——榆林中未智氢新能源有限公司新建制加一体化加氢站项目获准备案。项目拟采用太阳能碟式光热裂解水制氢生产工艺，规划光热制氢碟片80台（套），年氢产量达365吨。
当问及除研制碟式太阳能聚光器外的其他工作时，张喜良介绍，我们最初就是为皇明太阳能做技术支持，主要做太阳能热水器分析实验，设计很多产品，如SKU日式热水器就大受欢迎；以多碟太阳能聚光器研制切入太阳能高温热利用领域后，2004年，我们研发国内第一台槽式太阳能发电设备，中国科学院工程热物理研究所用它制氢获国家科技二等奖，如今已是中国科学院工程热物理研究所研究员、博士生导师、国家杰出青年刘启斌因此得获得优博论文；同期我们还进行太阳能炉设计加工，比如当时由我主持申请的线聚焦太阳炉设计专利，电工所同事在IEA SolarPACES大会作了报告分享，受到广泛好评，成为大会关注的焦点。在延庆基地的太阳能炉（现已拆除）主要用于空气吸热器和粒子吸热器的热性能测试，以及吸热材料的耐热实验等；为哈尔滨工业大学研制的太阳炉系统，主要是服务于航天技术的高温吸热器和材料研究；位于宁夏惠安堡镇的太阳炉系统完成于2010年，主要用于制取氢气，也是国家863太阳能制氢课题子课题“太阳能聚集供热方法的研究及成套设备的开发”的成果；由白凤武博士参与设计的我国第四个太阳炉系位于秦皇岛，主要作为北京化工大学进行化学实验的热源，系统主要由定日镜和聚光镜组成，一次反射镜面积26平方米，二次镜反射面积22平方米，峰值热功率10kW，焦平面峰值聚光比1000。这些项目我都是全程跟进、设计并组装。
新生
2016年，由于通州实验基地被征用，当年的碟式聚光器面临被拆除的命运。“这是中国第一个碟式聚光器，是我们的心血，也是历史的见证，不能就这么没了。”张喜良说，“王志峰老师决定把它搬到延庆实验基地，进行修复和还原。”
在延庆基地的重新部署和升级过程中，该多碟式聚光器更换了老化的玻璃镜面，修复了传动系统。难能可贵的是，该首台多碟式聚光器的主体结构、支架支点、反射镜面型，经过20多年的风雨侵蚀、移动，但始终保持了稳定性，没有发生变形。”这一点非常出色，说明当时研制的多碟式聚光镜的力学、光学等核心技术靠得住，为中国乃至全球其他类似技术或反射单元的设计提供了重要的参考，为产业发展提供了坚实的支撑。“王志峰研究员表示。
“虽然由于成本和技术限制，我们无法完全恢复它的原有性能，但现在已经可以满足学生实验和小型课题的需求。”张喜良说，“更重要的是，它成为了一个活的教材，让年轻一代科研工作者能够直观地了解我国碟式聚光器的发展历程。”
如今，这个“老物件”在延庆基地重新焕发了生机。它不仅是科研教学的工具，更是一种精神的象征，激励着新一代科研工作者在新能源领域不断探索。
情怀
回顾二十多年的追光历程，张喜良感慨万千，最大的收获是培养了一批人才，积累了宝贵的经验。张喜良说，实验室从最初的几个人，到现在形成完整的科研团队；从一无所有，到建立起完善的实验基地，这一路走来虽然艰辛，但很值得。在此，他要诚挚感谢——中国科学院电工研究所研究员、中国科学院大学教授/博导王志峰老师，他作为指引方向的领路人，在前行道路上给予了关键指导；皇明太阳能黄鸣董事长与精诚彩龙韩玉民董事长所带领的团队，以无私的姿态为项目提供了鼎力支持，协助科研人员倾注了辛勤的汗水与智慧；更要感谢所有参与项目的同仁，正是大家的精诚协作，让目标得以稳步推进。
对于年轻一代科研工作者，张喜良表示，首先要有前瞻性眼光和创新精神，敢于在空白领域开拓；其次要能吃苦，科研不是坐而论道，需要扎根现场；最重要的是要有情怀和坚持，新能源领域的研究周期长，回报慢，没有情怀很难坚持下来。
谈到碟式聚光器的未来发展，张喜良充满信心。虽然目前碟式技术在国内的应用还不广泛，但它的效率高，适合小规模离网应用，在偏远地区和特殊场景下有很大潜力。张喜良说，“我们正在和中广核公司合作，开展大型超级盘式项目的研究，希望能在聚光效率和成本控制上取得新的突破。”
当被问及是否后悔选择这条艰辛的道路时，张喜良坚定地说：“从不后悔。能为国家的新能源事业做点贡献，是我最大的荣幸。只要还能干得动，我就会一直在王志峰老师的带领下追光下去。”
笔者手记：
从通州胡各庄的简陋厂房到延庆的现代化实验基地，中国碟式聚光器技术走过的不仅是地理距离，更是一段从跟跑到领跑的创新征程。当年轻科研人员抚摸着那台“胡各庄初代”设备的玻璃钢碟面时，他们触摸到的不仅是粗糙的材质，更是一代科研工作者在空白领域开拓时的温度与力量。