第四章 100KV太阳能空调系统
之低(65-75℃)特别适合大阳能利用。
系统兼顾了生活热水与制冷空调的能量需求,合理分配利用太阳能,提高了太阳能日利用效率。
太阳能空调系统全天候自动运行。
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第五章 太阳能空调与太阳能电池板
5.1太阳能的发展历程
5.1.1工作原理
A.太阳能空调:
太阳能空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成。太阳能吸收式空调吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来进行的。这两种物质在同一压强下有不同的沸点,其中高沸点的组分称为吸收剂,低沸点的组分称为制冷剂。常用的吸收剂—制冷剂组合有两种:一种是溴化锂—水,通常适用于大型中央空调;另一种是水—氨,通常适用于小型空调。
吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。本文以溴化锂吸收式制冷机为例。在制冷机运行过程中,当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后,溶液中的水不断汽化;水蒸气进入冷凝器,被冷却水降温后凝结;随着水的不断汽化,发生器内的溶液浓度不断升高,进入吸收器;当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时,急速膨胀而汽化,并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量,从而达到降温制冷的目的;在此过程中,低温水蒸气进入吸收器,被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收,溶液浓度逐步降低,由溶液泵送所谓太阳能吸收式制冷,就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高,则制冷机的性能系数(亦称COP)越高,这样空调系统的制冷效率也越高。例如,若热媒水温度60℃左右,则制冷机COP约0?40;若热媒水温度90℃左右,则制冷机COP约0?70;若热媒水温度120℃左右,则制冷机COP可达1?10以上。
常规的吸收式空调系统主要包括吸收式制冷机、空调箱(或风机盘管)、锅炉等几部分,而太阳能吸收式空调系统是在此基础上再增加太阳集热器、储水箱和自动控制系统。
在夏季,被集热器加热的热水首先进入储水箱,当热水温度达到一定值时,由储水箱向制冷机提供热媒水;从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱,再由集热器加热成高温热水;制冷机产生的冷媒水通向空调箱,以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时,可由辅助锅炉补充热量。在冬季,同样先将集热器加热的热水进入储水箱,当热水温度达到一定值时,由储水箱直接向空调箱提供热水,以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时,也可由辅助锅炉补充热量。在非空调采暖季节,只要将集热器加热的热水直接通向生活用储水箱中的热交换器,就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。
B.太阳能电池:
太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
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第五章 太阳能空调与太阳能电池板
太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
光—热—电转换方式:通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸汽,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kW的投资为2000~2500美元。因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
光—电直接转换方式:该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染;太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是其它电源无法比拟的。 显 示 模 块 键 盘 模 块 控制 模块 电源模块 输出模块 图5.1太阳能电池系统原理图 5.1.2材料
A.太阳能空调:
新型太阳能复合超导冷暖空调,制热时以太阳能和可再生的生物质燃料为主要能源,是真正绿色的取暖方式。制冷时借助少量的电能利用地源低温,采用超导能量输送系统直接制冷,达到最合理的节能的制冷效果。
传统的空气冷却器无法杜绝讨厌的副作用——长期消耗大量的能源、能源利
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用效率低、加速全球气候变暖。如果人们可以成功利用太阳光来冷却家庭房间或办公室那该多好——不会消耗大量难以再生的能源,而且在制冷过程中不会释放太多二氧化碳。
B太阳能电池:
在当前,晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中,形成技术封锁、市场垄断的状况。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同,分为电子级和太阳能级。其中,用于电子级多晶
硅占55%左右,太阳能级多晶硅占45%,随着光伏产业的迅猛发展,太阳能电池
对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展。 1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW,而2004年就接近1200MW,在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。
5.1.3分类
A.太阳能空调分类:
太阳能制冷:指利用太阳能提供动力来驱动制冷机制取冷量,并最终实现建筑物内的空气调节。
太阳能采暖:利用太阳能集取热量直接或间接为建筑提供热量。 B.太阳能电池分类
现在的太阳能电池板主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅和多元化合物等。 (1)单晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。
(2)多晶硅太阳能电池
多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲,单晶硅太阳能电池还略好。
(3)非晶硅太阳能电池
非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶
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第五章 太阳能空调与太阳能电池板
硅太阳电池的制作方法完全不同,工艺过程大大简化,硅材料消耗很少,电耗更低,它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低,目前国际先进水平为10%左右,且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减[3]。
(4)多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种:a) 硫化镉太阳能电池b) 砷化镓太阳能电池c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池) 。Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料,具有梯度能带间隙(导带与价带之间的能级差)多元的半导体材料,可以扩大太阳能吸收光谱范围,进而提高光电转化效率。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为18%,而且,此类薄膜太阳能电池到目前为止,未发现有光辐射引致性能衰退效应(SWE),其光电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%,在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。
5.1.4以开发出高效智能太阳能空调和电池板 A太阳能空调:
1、阳能空调的季节适应性好,也就是说,系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大,而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致;
2、缩式制冷机以氟里昂为介质,它对大气层有极大的破坏作用,而制冷机以无毒、无害的水或溴化锂为介质,它对保护环境十分有利;
3、能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来,显着地提高了太阳能系统的利用率和经济性。
B.太阳能电池:
以色列前沿太阳能公司开发出一种智能太阳能电池板,不仅可比传统太阳能电池板多提供25%的能量,还可有效解决现有太阳能系统面临的监控与安全方面的困扰。
在目前使用的太阳能光伏系统中,所有太阳能电池板通常先要连接到一个变换器箱,再通过它连接到电网。这种组装方式使人们更关注的是整个太阳能发电装置,而不是单个太阳能电池板,因此,当某个或某些电池板出现故障时则很难监测。特别是那些由野外数十万个电池板组成的较大发电厂,要发现哪些电池板不能正常工作则更加困难,只有问题严重后到现场逐个检测,才会找到症结所在。
针对这一问题,该公司研发了一种智能芯片,上面集成了变换器箱的所有技术并具有监测控制功能,每个光伏电池板装上这种芯片后,即变成了一个电子设备,管理者只需通过远程监测,即可实时了解每个电池板的运行状态。
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