光伏冰箱

一种光伏冰箱的设计 1 1 绪论1.1 光伏发电的意义世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要， 而又不危及后代人前途的社会。 因此， 尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源， 是能源建设应该遵循的原则。 随着能源形式的变化， 常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76％， 已成为我国大气污染的主要来源。 大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。 能源问题是世界性的， 向新能源过渡的时期迟早要到来。 从长远看， 太阳能利用技术和装置的大量应用， 也必然可以制约矿物能源价格的上涨。1.2 光伏发电的可行性在我国，西藏西部太阳能资源最丰富，最高达 2333 KWh/㎡ （日辐射量6.4KWh/㎡ ），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区。一类地区为我国太阳能资源最丰富的地区， 年太阳辐射总量 6680～ 8400 MJ/㎡，相当于日辐射量 5.1～ 6.4KWh/㎡。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、 青海西部和西藏西部等地。 尤以西藏西部最为丰富， 最高达 2333 KWh/㎡（日辐射量 6.4KWh/㎡），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。二类地区为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为 5850-6680 MJ/m2， 相当于日辐射量 4.5～ 5.1KWh/㎡。 这些地区包括河北西北部、 山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。三类地区为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为 5000-5850 MJ/m2，相当于日辐射量 3.8～ 4.5KWh/ ㎡。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。四类地区是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量 4200～ 5000 MJ/㎡，相当于日辐射量 3.2～ 3.8KWh/㎡。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。五类地区主要包括四川、 贵州两省， 是我国太阳能资源最少的地区， 年太阳辐射总量 3350～ 4200 MJ/㎡，相当于日辐射量只有 2.5～ 3.2KWh/ ㎡。 太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得， 也可以从国家气象局取得。 从气象局取得的数据是水平面的辐射数据， 包括： 水平面总辐射， 水平面直接辐射和水平面散射辐射。从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在 4 kWh/㎡以上，西藏最高达 7 kWh/㎡。1.3 光伏发电的现状2 一种光伏冰箱的设计太阳能光伏发电产业自 20 世纪 80 年代以来持续高速发展， 每年增速 30%～40%。同时全球光伏电池产量快速增长，全球太阳能企业在 1995-2005 年增长了17 倍。 2005 年世界光伏电池产量达到 1650MW， 累计装机容量 5GW。 开发利用光伏发电成为各国制定可持续发展战略的重要内容。 为了推动太阳能的开发和利用， 各国政府分别积极制定各种优惠政策以推动太阳能光伏发电的发展， 并将光伏发电作为各国制定可持续发展战略的重要手段。 美日德等西方发达国家的发展尤为突出。中国蕴藏着丰富的太阳能资源， 太阳能利用前景广阔。 目前， 我国太阳能产业规模已位居世界第一， 是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。 我国比较成熟太阳能产品有两项： 太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。1.4 光伏发电的前景从世界范围来讲， 光伏发电已经完成了初期开发和规模应用发展， 其应用范围几乎遍及所有的用电领域， 大到宇宙飞船， 小到儿童玩具， 并且光伏集中并网发电、光伏建筑等发展迅速，逐渐成为市场主力。太阳能发电有更加激动人心的计划。 一是日本提出的创世纪计划。 准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电， 并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到 2000 年、 2050 年、 2100 年，即使全用太阳能发电供给全球能源， 占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、 829.19万平方公里。 829.19 万平方公里才占全部海洋面积 2.3％或全部沙漠的 51.4％，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5％ 。因此这一方案是有可能实现的。另一是天上发电方案。早在 1980 年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想， 准备在同步轨道上放一个长 10 公里、 宽 5 公里的大平板，上面布满太阳电池， 这样便可提供 500 万千瓦电力。 但这需要解决向地面无线输电问题。 现已提出用微波束、 激光束等各种方案。 目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。中国 《可再生能源法》 的颁布和实施， 为太阳能利用产业的发展提供了政策保障； 京都议定书的签定， 环保政策的出台和对国际的承诺， 给太阳能利用产业带来机遇； 西部大开发， 为太阳能利用产业提供巨大的国内市场； 原油价格的上涨， 中国能源战略的调整， 使得政府加大对可再生能源发展的支持力度， 所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。随着我国技术的发展，在 2006 年，中国有三家企业进入了全球前十名，标志着中国将成为全球新能源科技的中心之一， 世界上太阳能光伏的广泛应用， 导致了目前缺乏的是原材料的供应和价格的上涨， 我们需要将技术推广的同时， 必须采用新的技术，以便大幅度降低成本，为这一新能源的长远发展提供原动力！世界目前已有近 200 家公司生产太阳能电池，但生产设备厂主要在日企之手。2 光伏发电介绍一种光伏冰箱的设计 3 2.1 光伏发电工作原理太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。 能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同， 现以晶体为例描述光发电过程。 P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N 型硅，形成 P－ N 结。当光线照射太阳电池表面时， 一部分光子被硅材料吸收； 光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在 P-N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时， 在该电压的作用下， 将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。如图 2.1 所示，光伏电池单体实际是一个 PN 结，当 PN 结处于平衡状态时， PN 结处有一个耗尽层，耗尽层中存在着势垒电场，电场方向由 N 区指向 P区。光伏电池就是利用半导体材料的电子特性把光能直接转换成电能的器件。图 2.1 PN 结平衡图 2.2 PN 结受光照时如图 2.2 所示，当 PN 结受到光照时，硅原子受光激发而产生电子空穴对，在势垒电场的作用下，空穴向 P 区移动，电子向 N 区移动，从而 P 区就有过剩空穴， N 区就有过剩电子， 在 PN 结附近形成与势垒电场方向相反的光生电动势。光生电动势的部分抵消势垒电场，另部分使 P 区带正电、 N 区带负电，从而在 P区与 N 区之间产生光生伏打效应。若在光伏电池单体两侧引出电极并接上负载，则负载就有 “ 光生电流 ” 流过，从而获得功率输出。单体光伏电池不能直接作电源使用， 应按照电性能要求， 将若干个光伏电池单体串并联并封装后形成光伏电池组件， 它是单独作为电源使用的最小单元， 其功率为几瓦至几十瓦、 百余瓦。 光伏电池组件再经过串并联组合可形成光伏电池阵列，以满足要求。2.2 光伏电池的分类光伏电池多为半导体材料制造，形式各样，按其材料分类为：1）硅光伏电池：指以硅为基体材料的光伏电池，如单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池和非晶硅光伏电池等。 其中多晶硅光伏电池分为片状多晶硅、 铸锭多晶硅、 筒状多晶硅和球状多晶硅等。 硅光伏电池特点是硅资源丰富， 可大规模生产，性能稳定且光电转化效率高，是目前应用最多。但其制造复杂，成本高。目前应用最广的单晶硅光伏电池，其转换率为 17%左右，多晶硅转换效率为 14%左右，非晶硅电池转化效率为 6%左右。2)化合物半导体光伏电池： 指由两种或两种以上元素组成的具有半导体特性4 一种光伏冰箱的设计的化合物半导体材料制成的光伏电池，如碲化镉、砷化镓池、硒铟铜、磷化铟光伏电池等。 化合物半导体光伏电池转换效率高， 抗辐射性好， 可在聚光条件下使用等特点，但其带有毒性，易对污染环境，用于特定场合，如空间飞行器和航空系统。3)有机半导体光伏电池：指用含有一定数量的碳 -碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的光伏电池。其转换率低，但价格便宜、轻便、易于大规模制造。4)薄膜光伏电池： 指用单质元素、 无机化合物或有机材料等制作的薄膜为基体材料的光伏电池。主要有非晶硅薄膜、多晶硅薄膜、化合物半导体薄膜、纳米晶薄膜和微晶硅薄膜光伏电池等。 其特点是转换效率较高、 成本降低、 且适合规模生产，因此其是光伏电池的重要发展方向。3 光伏发电的应用3.1 光伏发电运行方式1 太阳能离网发电系统太阳能离网发电系统包括： （ 1）太阳能控制器 (光伏控制器和风光互补控制器 )对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载， 另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存， 当所发的电不能满足负载需要时， 太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。 蓄电池充满电后， 控制器要控制蓄电池不被过充。 当蓄电池所储存的电能放完时， 太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电， 保护蓄电池。 控制器的性能不好时， 对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。 （ 2） 太阳能蓄电池组的任务是贮能， 以便在夜间或阴雨天保证负载用电。 （ 3） 太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电， 供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻， 维护困难， 为了提高光伏风力发电系统的整体性能， 保证电站的长期稳定运行， 对逆变器的可靠性提出了很高的要求。 另外由于新能源发电成本较高， 太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。见图 3.1。太阳能离网发电系统主要产品分类 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力 /光伏发电控制与逆变器一体化电源。2 太阳能并网发电系统可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、 风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。因为直接将电能输入电网， 免除配置蓄电池， 省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源， 降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向。太阳能并网发电系统主要产品分类 A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并一种光伏冰箱的设计 5 网逆变器 C、大型风机变流器 （双馈变流器，全功率变流器） 。 见图 3.2。3.2 光伏发电应用太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分激进行发电， 而且要联接到供电网络上， 使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司， 不足时又可从电力公司买入。 实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。 现在美国、 日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。图 3.1 光伏离网图 3.2 光伏并网6 一种光伏冰箱的设计图 3.3 光伏发电系统日本已于 1992 年 4 月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从 1994 年开始以个人住宅为对象， 实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。 要求第一年有 1000户家庭、 2000年时有 7 万户家庭装上太阳能发电设备。据日本有关部门估计日本 2100万户个人住宅中如果有 80％装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的 14％，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的 30％－ 40％。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。 有关专家认为， 至少要降到 100 万到 200 万日元时， 太阳能发电才能够真正普及。 降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。不久前，美国德州仪器公司和 SCE 公司宣布，它们开发出一种新的太阳电池， 每一单元是直径不到 1 毫米的小珠， 它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约 50 平方厘米的面积上便分布有 1，700 个这样的单元。这种新电池的特点是，虽然变换效率只有 8％ — 10%，但价格便宜。 而且铝箔底衬柔软结实， 可以像布帛一样随意折叠且经久耐用， 挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新太阳电池，每瓦发电能力的设备只要 15 至 2 美元， 而且每发一度电的费用也可降到 14 美分左右， 完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。 每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、 墙壁上， 每年就可获得一二千度的电力。太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现在主要的应 用方式为建筑一体化和风光互 补系统。 如下图所示。一种光伏冰箱的设计 7 图 3.4 建筑一体化光伏玻璃幕图 3.5 太阳能发电草坪灯图 3.6 太阳能屋顶发电站图 3.7 太阳能路 灯8 一种光伏冰箱的设计图 3.8 家庭用小型太阳能电站图 3.10 太阳能汽车4 光伏发电冰箱设计随着石油、煤、天然气等不可再生能源的消耗 ,人们把需求的目光投向了风能、太阳能等可再生能源 ,希望通过对这些能源的开发利用 ,来解决由于不可再生资源枯竭所导致的日益严重的能源危机。其中太阳能资源丰富 ,利用十分广泛 ,如太阳能热水器、 太阳能灶、 太阳能电动汽车及太阳能吸附冰箱等。 太阳能吸附冰箱的研究时间比较长 ,技术已经十分完善 ,但在推广使用上还大多只是局限在实验室 ,并没有真正走入普通家庭 ,其中除了价格成本因素外 ,制取温度偏高、 太阳能的时间局限及太阳能吸附冰箱室外吸附床和室内制冷器之间需要管路连接的缺陷也是影响其推广使用的主要障碍。 太阳能光伏冰箱则能够克服太阳能吸附冰箱的这些缺点 ,其理论价格虽比太阳能吸附冰箱高 ,但随着光伏电池价格的下降 ,其价格也会降低并与之接近 ,而其综合制冷性能远高于太阳能吸附冰箱 ,因此可以使太阳能冰箱朝真正实用化的目标迈进。4.1 太阳能光伏冰箱工作原理这里所指的太阳能光伏冰箱 ,就是将太阳能光伏电池、 无刷直流电动压缩机、冰箱壳体及制冷系统连接起来所得到的一种制冷装置 ,利用太阳能光伏电池将太阳能转化成直流电 ,直接推动无刷直流电动压缩机运转 ,从而实现冰箱的制冷运行 ,其原理图如图 4.1 所示。 为了克服太阳能的时间性而导致冰箱只能白天工作的缺陷 ,在系统上赠加一个蓄电池 ,把白天产生的一部分电能蓄存起来 ,供晚上或阴雨天使用 ,真正实现全天候制冷 ,达到和常规冰箱一样的运行效果。由于该冰箱采用与常规冰箱相同的蒸气压缩式制冷方法 ,在冰箱壳体和制冷管路系统上完全一样 ,所能制取的温度也与常规冰箱一致 ,冰箱性能主要取决于实现光伏转换的太阳能一种光伏冰箱的设计 9 光伏电池及无刷直流电动压缩机的性能。4.1 太阳能光伏冰箱原理图4.2 太阳能光伏冰箱所用设备4.2.1 太阳能光伏电池光伏发电是太阳能应用的主要形式之一 ,常规的光伏发电系统主要由太阳光伏电池 (板 )、 控制器和逆变器 3 大部分组成 ,是利用半导体材料的光伏效应直接将太阳辐射能转换为直流电 ,再利用逆变器将直流电变成交流电的技术。由于太阳能光伏冰箱可由直流电机驱动 ,只需利用光伏电池进行太阳能至直流电之间的一次转换即可 ,因此不需要逆变器。太阳能光伏发电具有许多其他发电方式无法比拟的优点 ,包括不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单且寿命较长等 ,所以自从实用性硅太阳能光伏电池问世以来 ,很快就开始了太阳能光伏发电的应用。我国已有一批具有国际先进水平的太阳能光伏电池组件生产厂家 ,但产品以出口为主 ,国内主要应用在一些常规电力难以送达的边远地区 ,如西藏、青海的一些地方已建成多个并网光伏发电项目。 影响太阳能光伏发电进入普通家庭的障碍主要是太阳能电池昂贵的价格以及没有好的应用载体。目前 ,太阳能光伏电池的价格约为 40元 /瓦板 ,而随着技术进步和规模扩大 ,预计到 2010～ 2015年 ,太阳能光伏电池的价格可降至 8～ 10 元 /瓦板 ,那时太阳能光伏发电就可能随着太阳能光伏冰箱等载体的使用而进入千家万户了。此外 ,太阳能光伏电池效率的提高也为太阳能光伏发电进入家庭提供了可能。目前 ,国际上高效聚光光伏电池效率已经达到 32%,高效平板电池效率也已达到 25%～ 28%,同时单位发电功率所需太阳能光伏电池的面积则逐渐缩小。现在商品化大批量生产使用的太阳能光伏电池的效率均在 15%左右太阳能电池的面积功率比约为 0.006 6 m2/W,即 1 m 的太阳能电池可产生约 152 W 的电力 ,配上蓄电池后 ,足以带动一台容积为 180 L 的家用冰箱 (压缩机功率为 70 W,耗电量为 0.03 kWh)全天候工作。4.2.2 无刷直流电动压缩机包括电机在内的全封闭压缩机是家用冰箱、 空调器等小型制冷装置关键耗电设备 ,其性能直接影响这些制冷装置的能效比 ,因此一直是研究单位、生产厂家以10 一种光伏冰箱的设计及消费者密切关注的对象。 普通冰箱使用的全封闭压缩机一般都是由单相异步电机驱动的定速压缩机 ,其转速固定 ,所采取的自动控制手段为双位控制 ,即利用温控器对压缩机进行启停控制。众所周知 ,冰箱采用定速压缩机和双位温控 ,室温波动范围较大 ,压缩机启动频繁 ,结果是室温控制精度不高 ,压缩机寿命缩短 ,能耗增加 ,能效比下降 ;若采用调速压缩机并配以相应的控制手段 ,如比例积分或比例积分微分控制 ,使得压缩机不是简单的启停控制 ,而是转速随着室温的变化而相应变化 ,这样可实现室温波动范围小 ,压缩机无频繁启动 ,使用寿命延长 ,能耗降低。目前使用的调速压缩机大致可以分为两类 :一类是调频调速压缩机 ;另一类是调压调速压缩机调频调速压缩机目前在家用冰箱、空调上使用的较多 ,也是最先使用的调速压缩机 ,市场上习惯将装有这种压缩机的冰箱、空调称为变频冰箱、变频空调其工作过程如下 :单相交流电源 → 整流滤波变成直流电源 → 经逆变器再变为三相交流调频电源 → 驱动三相异步电动压缩机运转制冷。 制冷量调节的原理就是利用室温与设定温度的差值作为连续控制的信号 ,将其输入到变频器中 ,使其输出的三相交流电频率与温差之间按一定的关系连续变化 ,驱动三相异步电动压缩机的转速发生相应改变 ,制冷量也相应改变以适应负荷及温差变化的要求。许多厂家目前所生产的变频冰箱、变频空调大多属于这一类型。从上面知道 ,调频调速压缩机就是把单相交流电变为直流电 ,而后又将直流电逆变成频率可随负荷变化的三相交流电 ,再用它来驱动三相异步电动压缩机 ,其过程复杂 ,而且会产生较大的内部损耗导致节能效果受到一定影响。电力拖动中的直流调压调速是一种非常成熟的技术 ,用直流电来直接驱动压缩机可以提高整个装置的效率。由于家用冰箱空调器等小型制冷装置的压缩机是全封闭结构 ,电机与压缩机均装在一个整体的或焊接的壳体中 ,只留有制冷剂的进出接口 ,而传统的直流电动机离不开整流子 (换向器 )和炭刷 ,炭刷与转动的整流子始终处于接触磨擦状态 ,很容易磨损 ,需经常保养维修 ,这与壳体不能拆卸是一对不可调和的矛盾 ,也不符合家用电器的免维修原则 ,此外磨损所产生的粉末会堵塞制冷系统的节流元件 ,因此 ,传统的直流电动机不能用于制冷系统。永磁无刷直流电机是用永磁体代替电机的转子线圈 ,无须通电励磁 ,因此不需要电流换向。它具有调速范围宽、启动迅速、机械特性和调节特性好、寿命长、维护方便、可靠性高、噪音低、无换向火花和无无线电干扰等特点 ,其工作过程如下 :单相交流电源 → 整流滤波后变成可调压的直流电源 → 驱动无刷直流电动压缩机运转制冷。 直流调速只经过一次电压转换 ,所以能源损耗比调频调速要小。由于太阳能光伏电池发出的是直流电 ,无须转换 ,因此可以直接用来驱动无刷直流电机带动的压缩机工作。无刷直流电动压缩机在新一代冰箱、空调器中的应用有着巨大的市场 ,如日本的冰箱、空调及洗衣机等大部分采用无刷直流电动机驱动。蒸气压缩式制冷方法中 ,压缩机的性能主要与压缩机的类型有关 ,如活塞式、滚动转子式、涡漩式及螺杆式等 ,与驱动压缩机的电机没有直接的联系 ,也就是说压缩机采用直流电机还是单相交流电机驱动 ,对其性能的影响不大 ,但电机本身的效率却是有区别的 ,直流电机的效率要明显高于单相交流电机。有数据显示 ,冰箱采用无刷直流电动压缩机 ,其工作转速在 1 600～ 4 000 r/min 可调时 ,制冷能力可调范围增大达到 1∶ 2.5。一台 BCD-245 型冰箱采用无刷直流电动压缩机后 ,压缩机启停次数明显减少 ,加上电机效率的提高等因素使其耗电量由 0.04 kWh 降低至 0.03 kWh,节能高达25%。4.2.3 蓄电池一种光伏冰箱的设计 11 蓄电池也叫二次电池、 可充电电池 ,目前大量使用的主要有 3 类 :酸性蓄电池、碱性蓄电池及锂离子电池。 酸性蓄电池正、 负极活性物质是二氧化铅、 铅电解质是硫酸 ,这就是铅酸蓄电池。该蓄电池主用于汽车、摩托车、电动车、通信等领域。碱性蓄电池电解质是氢氧化钾 ,主要有镍镉蓄电池、镍氢蓄电池两种 ,分别简称镍镉电池、镍氢电池。方形镍镉蓄电池主要用于工业和军队 ,圆柱形多用于电器。镍氢蓄电池主要用于手机、计算机、摄录一体机、电动工具。锂离子蓄电池简称为锂离子电池 ,因其电解质不是强酸、 强碱 ,一般略带酸性 ,而自成一类 ,其用途与镍氢蓄电池相同。上述 3 种蓄电池都是很成熟的产品 ,无论选择哪一种都是可以的 ,但从性价比来说 ,应该选择铅酸蓄电池 ,虽然相同容量下其重量及体积可能会大一些 ,但一个额定电压 12 V铅酸蓄电池的价格约在 600元左右 ,其充满电后可在电压只下降 1.5 V 的情况下以 3.2 A 的电流持续放电 20 h,或以 5 A 的电流持续放电 13 h,基本上能满足太阳能光伏冰箱夜间运行所需。由于太阳辐射不是固定不变的 ,因此只有蓄电池是不能保证系统正常运行的 ,还必须要有一套自动控制系统来进行自动控制和保护 ,防止太阳能电池的输出随太阳辐射的变化而发生很大变化 ,从而对系统造成冲击。 该自动控制系统应该具有输出过载保护、 输出短路保护、 输入反接保护、过充过放自动断电保护等功能 ,可借鉴太阳能路灯自动控制系统来加以研发 ,但又有所不同 ,因为路灯白天不使用 ,因此如何研发自动控制系统是太阳能光伏冰箱开发的关键所在。从上面已知 ,太阳能光伏电池、无刷直流电动压缩机、铅酸蓄电池都已经是成熟或比较成熟的、商品化的产品 ,建立在此基础上的太阳能光伏冰箱理论上完全能够正常工作并达到设计目的 ,但其性价比与太阳能吸附冰箱及常规冰箱相比 ,有没有竞争力 ,可通过表 1 太阳能光伏冰箱与其他类型冰箱的技术经济比较来加以说明。为了使结果具有可比性 ,以 BCD-180 型常规冰箱 (压缩机功率为 70 W,耗电量为 0.03 kWh) 作为比较的基础 ,即其他两种冰箱在达到该型冰箱的制冷能力的前提下对其他的项目进行比较。 太阳能吸附冰箱每平方米吸附床集热面积的制冰能力取 6 kg/d,吸附床及吸附冰箱由于未批量生产 ,其价格为估计值。太阳能光伏冰箱的总制冷系数是光伏电池电效率与电制冷系数的乘积。从表 4.1 及前面的分析可以看出 ,太阳能光伏冰箱利用太阳能光伏电池发出的直流电直接驱动无刷直流电动压缩机运转制冷 ,所需技术成熟 ,性能稳定 ,克服了太阳能吸附冰箱制取温度偏高、 太阳能时间局限及室内外间需要连接管路的缺点 ,总表 4.1 太阳能光伏冰箱与其他类型冰箱的技术经济比较项目 太阳能光伏冰箱太阳能吸附冰箱常规冰箱电池板面积 /m2 0.9 电池板功率 /W 137.3 蓄 电 池 及 自 控 系统价格1373 用电效率 /% 15 制冷能力 120W 10.3kg/d 120W 压缩机功率 /W 56 70 12 一种光伏冰箱的设计电制冷系数 2.14 1.70 总制冷效率 /% 32.1 15 运行费用 /(元 · d-1) 0 0.5 吸附床面积 /m2 1.72 吸附床价格 /元 1500 目 前 电池 板 价格 /元预计 2010 年电池板价格1000 目前冰箱价格 /元 8500 3500 2000 预计 2010 年冰箱价格 /元4300 制冷效率是后者的 2 倍多 ,因此比太阳能吸附冰箱更易推广使用 ;虽然近期在价格上还不能与常规冰箱竞争 ,但随着太阳能光伏电池价格的下降 ,其价格也会大幅度下降 ,同时由于其使用过程中基本不消耗不可再生能源 ,无运行费用 ,具有巨大的环保和社会效益 ,因此是太阳能利用的一个努力方向。图 4.2 太阳能冰箱一种光伏冰箱的设计 13 参考文献[1] 薛钰芝 ,张力 ,林纪宁 .太阳能光伏技术的研究与发展 [J].大连铁道学院报 ,2003,24(4):71-74. [2] 昌金铭 ,吴建荣 .世界光伏产业崛起对我国的启迪 [J].太能 ,2003(2):12-13. [3] 朱平平 ,高艳霞 ,周意成 .家用变频空调器 [J].电世界 ,2001(5):4-6. [4] 杜晓芸 ,吴建华 ,林瑞光 .无传感器无刷直流电机在变频空调中的应用 [J].微特电机 ,2002(1):29-30. [5] 王如竹 .吸附式制冷 [M]. 北京 :机械工业出版社 ,2002.