近幾年來太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，過去3年已新增超過300GW發(fā)電量，用途已從公用事業(yè)拓展到住宅太陽能系統(tǒng)，發(fā)電電價也可與燃煤發(fā)電相競爭。相較之下，同為太陽能家族的聚光太陽能熱發(fā)電(CSP)發(fā)展步調(diào)就很緩慢，3年內(nèi)僅增加1.5GW，美國甚至在2015年9月之后都沒有加裝任何CSP系統(tǒng)。

CSP優(yōu)勢為能在夜間時段將儲存起來的熱能轉(zhuǎn)化成電，再將電力販賣給中央電網(wǎng)，以每KWh20美元來計算，其成本可與KWh150美元的鋰離子電池競爭。但CSP系統(tǒng)需要廣泛的裝設土地，建置費用也動輒10億美元以上，可供給中央電網(wǎng)的電力也稍嫌不足，導致營利效果低于太陽光伏許多，而龐大的建置費用也意味著CSP只能用于公用事業(yè)，不像太陽光伏可迅速擴張，進而刺激產(chǎn)業(yè)進展。

為提升CSP太陽能發(fā)展優(yōu)勢，美國國家再生能源實驗室(NREL)與科羅拉多礦業(yè)學院(CSM)提出截然不同的新設計。他們將傳統(tǒng)的的CSP電廠規(guī)模縮小1,000倍，可說是從平均545MW降至0.76MW。為降低成本，團隊還采用更廉價的材料和被動熱傳(heattransfer)機制，并另外設計一個太陽能發(fā)電塔，包括新型熱儲存與動力區(qū)塊(powerblock)。

系統(tǒng)名為STEALS，透過回收鋁來儲存熱能，每KWh成本可減少至12美元，并采用新型的熱流控制方法，利用自帶閥門的熱虹吸管(valvedthermosyphon)來控制熱量傳遞與傳熱液(heattransferfluid)。

STEALS使用史特林發(fā)動機(Stirlingengine，又稱熱空氣引擎)將熱量轉(zhuǎn)換為電力，且由于其規(guī)模比傳統(tǒng)CSP小，定日鏡(heliostat)光轉(zhuǎn)換效率可從66%提升到84%。根據(jù)團隊預測，該系統(tǒng)年效率更可達24%，不過史特林發(fā)動機比朗肯循環(huán)(Rankinecycles)小，熱能轉(zhuǎn)換效率僅30%。

定日鏡首先將陽光反射到STEALS底部的相變材料(PCM)，而與PCM連接的鈉熱管會將熱量輸送到各個系統(tǒng)中，熱管頂部也會與熱虹吸管的蒸發(fā)器連接。其中液態(tài)鈉蒸發(fā)后會輸送到史特林發(fā)動機中，并在發(fā)動機上方凝結(jié)，之后液態(tài)鈉會再回流至蒸發(fā)器。為調(diào)節(jié)電力輸出，調(diào)整閥門開關可控制鈉流量與從儲熱器到動力區(qū)塊的熱量。

研究成本分析指出，STEALS可依照功率需求設計產(chǎn)品規(guī)模，未來除了可望與太陽能、鋰離子電池和燃煤發(fā)電廠競爭，也能與風能和太陽光伏互補，加速電網(wǎng)達到100%綠能。該研究已發(fā)布在《AppliedEnergy》。