⑴ 怎麼利用熱能製冷
太陽能是公認的未來人類最合適、最安全、最綠色、最理想的替代能源之一,具有取用方便、能量巨大、無污染、安全性好等優點。據有關資料,我國是太陽能資源十分豐富的國家,三分之二的地區年輻射總量大於5020MJ/m2,開發利用太陽能具有很大潛力。利用太陽能驅動空調系統一方面可以大大減少不可再生能源及電力資源消耗,另一方面因較低的耗電減少了因燃燒煤等常規燃料發電帶來的環境污染問題,是當前空調製冷技術領域研究的熱點。
驅動製冷的主要方式
根據不同的能量轉換方式,太陽能驅動製冷主要有以下兩種方式,一是先實現光─電轉換,再以電力製冷;二是進行光─熱轉換,再以熱能製冷。
利用太陽能進行光─電轉換實現製冷的研究
它是利用光伏轉換裝置將太陽能轉化成電能後,再用於驅動半導體製冷系統或常規壓縮式製冷系統實現製冷的方法,即光電半導體製冷和光電壓縮式製冷。這種製冷方式的前提是將太陽能轉換為電能,其關鍵是光電轉換技術,必須採用光電轉換接受器,即光電池,它的工作原理是光伏效應。
太陽能半導體製冷。太陽能半導體製冷是利用太陽能電池產生的電能來供給半導體製冷裝置,實現熱能傳遞的特殊製冷方式。半導體製冷的理論基礎是固體的熱電效應,即當直流電通過兩種不同導電材料構成的迴路時,結點上將產生吸熱或放熱現象。如何改進材料的性能,尋找更為理想的材料,成為了太陽能半導體製冷的重要問題。太陽能半導體製冷在國防、科研、醫療衛生等領域廣泛地用作電子器件、儀表的冷卻器,或用在低溫測儀、器械中,或製作小型恆溫器等。目前太陽能半導體製冷裝置的效率還比較低,COP 一般約0.2~0.3,遠低於壓縮式製冷。
光電壓縮式製冷。光電壓縮式製冷過程首先利用光伏轉換裝置將太陽能轉化成電能,製冷的過程是常規壓縮式製冷。光電壓縮式製冷的優點是可採用技術成熟且效率高的壓縮式製冷技術便可以方便地獲取冷量。光電壓縮式製冷系統在日照好又缺少電力設施的一些國家和地區已得到應用,如非洲國家用於生活和葯品冷藏。但其成本比常規製冷循環高約3~4 倍。隨著光伏轉換裝置效率的提高和成本的降低,光電式太陽能製冷產品將有廣闊的發展前景。
利用太陽能進行光─熱轉換實現製冷的研究
太陽能光熱轉換製冷,首先是將太陽能轉換成熱能,再利用熱能作為外界補償來實現製冷目的。光─熱轉換實現製冷主要從以下幾個方向進行,即太陽能吸收式製冷、太陽能吸附式製冷、太陽能除濕製冷、太陽能蒸汽壓縮式製冷和太陽能蒸汽噴射式製冷。其中太陽能吸收式製冷已經進入了應用階段,而太陽能吸附式製冷還處在試驗研究階段。
太陽能吸收式製冷的研究。太陽能吸收式製冷的研究最接近於實用化,其最常規的配置是:採用集熱器來收集太陽能,用來驅動單效、雙效或雙級吸收式製冷機,工質對主要採用溴化鋰- 水,當太陽能不足時可採用燃油或燃煤鍋爐來進行輔助加熱。系統主要構成與普通的吸收式製冷系統基本相同,唯一的區別就是在發生器處的熱源是太陽能而不是通常的鍋爐加熱產生的高溫蒸汽、熱水或高溫廢氣等熱源。
太陽能吸附式製冷。太陽能吸附式製冷系統的製冷原理是利用吸附床中的固體吸附劑對製冷劑的周期性吸附、解吸附過程實現製冷循環。太陽能吸附式製冷系統主要由太陽能吸附集熱器、冷凝器、儲液器、蒸發器、閥門等組成。常用的吸附劑對製冷劑工質對 有活性炭- 甲醇、活性炭- 氨、氯化鈣- 氨、硅膠- 水、金屬氫化物- 氫等。太陽能吸附式製冷具有系統結構簡單、無運動部件、雜訊小、無須考慮腐蝕等優點,而且它的造價和運行費用都比較低。