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(jià)也可與燃煤發(fā)電相競(jìng)爭(zhēng)。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(guó)甚至在2015年9月之后都沒有加裝任何CSP系統(tǒng)。

CSP優(yōu)勢(shì)為能在夜間時(shí)段將儲(chǔ)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(jì)算，其成本可與KWh150美元的鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)。但CSP系統(tǒng)需要廣泛的裝設(shè)土地，建置費(fèi)用也動(dòng)輒10億美元以上，可供給中央電網(wǎng)的電力也稍嫌不足，導(dǎo)致營(yíng)利效果低于太陽光伏許多，而龐大的建置費(fèi)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(kuò)張，進(jìn)而刺激產(chǎn)業(yè)進(jìn)展。

為提升CSP太陽能發(fā)展優(yōu)勢(shì)，美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)與科羅拉多礦業(yè)學(xué)院(CSM)提出截然不同的新設(shè)計(jì)。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(tuán)隊(duì)還采用更廉價(jià)的材料和被動(dòng)熱傳(heattransfer)機(jī)制，并另外設(shè)計(jì)一個(gè)太陽能發(fā)電塔，包括新型熱儲(chǔ)存與動(dòng)力區(qū)塊(powerblock)。

系統(tǒng)名為STEALS，透過回收鋁來儲(chǔ)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(dòng)機(jī)(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(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，該系統(tǒng)年效率更可達(dá)24%，不過史特林發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)將熱量輸送到各個(gè)系統(tǒng)中，熱管頂部也會(huì)與熱虹吸管的蒸發(fā)器連接。其中液態(tài)鈉蒸發(fā)后會(huì)輸送到史特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，并在發(fā)動(dòng)機(jī)上方凝結(jié)，之后液態(tài)鈉會(huì)再回流至蒸發(fā)器。為調(diào)節(jié)電力輸出，調(diào)整閥門開關(guān)可控制鈉流量與從儲(chǔ)熱器到動(dòng)力區(qū)塊的熱量。

研究成本分析指出，STEALS可依照功率需求設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)，也能與風(fēng)能和太陽光伏互補(bǔ)，加速電網(wǎng)達(dá)到100%綠能。該研究已發(fā)布在《AppliedEnergy》。