太阳能冷暖空调设计方案(编辑修改稿)

太阳能冷暖空调设计方案(编辑修改稿)内容摘要：

值和既定的预修正量进行跟踪，此时的跟踪角度可以认为是最佳角度。 系统在运行到日落时刻时，会根据实际转动的角度返回到系统的基准位置。 系统的基准位置即采光板正面正对当地正南方，且水平的位置。 12 (2)光伏发电的难点及对策 太阳能光伏发电不消耗燃料 ,清洁无污 染 ， 在实际应用中解决了世界上许多特殊地区和边远地区的用电问题。 随着政府的政策扶植和投资者增加 ,目前光伏发电进入了一个快速发展期 ,但总体来看 , 光伏发电产业尚处于起步阶段 ,主要是由于太阳能发电初期投资大 ,控制成本高 ,而太阳能转化效率比较低 ,且容易受天气等多种因素影响。 根据目前光伏发电发展状况和其技术难点 ,未来的光伏发电研究需要重视以下几个方面 : 一是加快太阳能原材料晶体硅生产技术的研究和新型替代材料的开发 , 降低材料成本并提高其转化效率。 二是提高系统控制技术 , 如达到光伏电池阵列的最优化排列组合、实现太阳 光最大功率跟踪等。 三是研究光伏发电的并网技术 , 减少光伏电能对电网的冲击。 四是研究光伏发电与其他可再生能源发电技术的结合应用 , 保证供电持续性。 太阳热发电技术 (1)发电系统构成部分及工作原理 太阳能热发电是利用太阳的热能发电 ,利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。 采用太阳能热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。 而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即 太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。 通过集热装置将太阳辐射的热能集中 , 驱动发电机发电。 热发电系统一般包括集热系统、热传输系统、蓄热储能系统、热机、发电机等。 集热系统聚集太阳能后 , 经过热传输系统将热能传给热机 , 并由热机产生动力 ,带动发电机发电。 其系统结构如下图 13所示 ， 图 12 热发电系统结构 由于通常入射到地球表面的太阳能是广泛而分散的 , 要充分收集并使之发挥热能效益 , 就必须采取一种能把太 阳光发射并集中在一起 , 变成热能的系统。 (2) 太阳能热电装置工作原理 热传输 系统 蓄热储能系统 集热系统 热机 发电机 13 a. 太阳辐射能量 q=∫E(λ)dλ (W/㎡ ) 式中， E(λ)经过大气层吸收后的太阳光谱的辐照度。 太阳能量分布图如图 13所示， 图 13 太阳辐射能量分布图 图中有两条曲线 AM0和 ，其中 AM0曲线表示在地球大气层外接收到的太阳辐射能，。 在太阳辐射通过大气层后，由于空气以及尘埃的吸收，会有一定的损失，当其到达地面时，强度大小为 835W/㎡。 太阳能热电装置的原理是将聚焦后的太阳光照射在热电装置上，并通过半导 体热电材料进行发电的。 它主要由聚光镜和热电装置组成。 其原理图如图 14所示， 图 14 太阳能热电装置简图 聚光后的热流密度为： q0=， 式中， A1—定日镜总面积。 A2—装置接收面积。 ŋ—聚光效率。 若定义 A1/A2的比值为聚光比 Cg，则聚光后的热流密度可表示为 q0=. Cg。 (3)目前常用的有 2种方法 : 一种是将太阳光发射并集中在一起 , 称为聚光式。 另一种方法是直接利用太阳热能 , 称为聚热 式。 采用前者的有塔式、槽式和盘式 14 等太阳热发电技术。 采用后种方式的有太阳烟囱和太阳池等发电技术。 太阳能热发电形式有槽式，塔式， 碟式三种系统。 槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高 温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。 国内槽式太阳能热发电技术现状 20 世纪70 年代，在槽式太阳能热发电技术方面，中科院和中国科技大学曾做过单元性试验研究。 进入 21 世纪，联合攻关队伍，在太阳能热发电领域的太阳光方位传感器、自动跟踪系统、槽式抛物面反射镜、槽 式太阳能接收器方面取得了突破性进展。 由于反射镜是固定在地上的，所以不仅能更有效地抵御风雨的侵蚀破坏，而且还大大降低了反射镜支架的造价。 更为重要的是，该设备技术突破了以往一套控制装置只能控制一面反射镜的限制。 我们采用菲涅尔凸透镜技术可以对数百面反射镜进行同时跟踪，将数百或数千平方米的阳光聚焦到光能转换部件上（聚光度约 50 倍，可以产生三、四百度的高温），采用菲涅尔线焦透镜系统，改变了以往整个工程造价大部分为跟踪控制系统成本的局面，使其在整个工程造价中只占很小的一部分。 同时对集热核心部件镜面反射材料，以及太阳能中 高温直通管采取国产化市场化生产，降低了成本，并且在运输安装费用上降低大量费用。 这两项突破彻底克服了长期制约太阳能在中高温领域内大规模应用的技术障碍，为实现太阳能中高温设备制造标准化和产业化规模化运作开辟了广阔的道路。 太阳能塔式发电是应用的塔式系统。 塔式系统又称集中式系统。 它是在很大面积的场地上装有许多台大型太阳能反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接受器上。 接受器上的聚光倍率可超过 1000 倍。 在这里把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节， 再输入热动力机，膨胀做工，带动发电机，最后以电能的形式输出。 主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。 太阳能碟式发电也称盘式系统。 主要特征是采用盘状抛物面聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。 由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可产生非常高的温度。 三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。 三种系统均可单独使用太阳能运行， 15 安装成燃料混合（如与天然气、生物质气等）互补系统是其突出的优点，其性能比较如表 2 所示， 表 2 三种太阳能热发电系统性能比较 (3)太阳热发电系统的问题及对策 太阳热发电系统一般都属于大规模发电系统 ,只有做成几十到几百兆瓦级的发电站 , 成本才可能降下来。 但要实现太阳能热发电系统 低 成本的投资和技术上的高可靠性运行 这要求未来在技术上要进行新型集热材料的研究和开发 ,快速提高跟踪机构的技术并降低其实现成本。 同时发电产业要努力实现规模化 ,建立大规模的并网系统 , 既节约成本 ,又保证系统平 稳安全运行。 光伏发电与光热发电技术结合 从以上光伏发电和太阳热发电技术的工作原理及系统结构，我们可以看出太阳能光伏发电原理简单 , 使用灵活方便 , 但是容易受到影响 , 尤其在缺乏太阳光时就不能够发电。 而在实际应用中 , 太阳能电池转换效率比较低 , 大约 20% , 80% 照射到电池表面上的太阳能未能转换为有用能量 , 相当一部分能量转化成为热能 , 使电池温度升高 , 导致电池效率下降。 为提高太阳能利用效率 , 充分利用太阳热能并尽可能保持光伏电池的转换效率 , 可以在电池背面敷设流体通道带走热量以降低电 池温度 , 再附设储能装置 槽式系统 塔式系统 碟式系统 规模 30320 兆瓦 1020 兆瓦 525 兆瓦 运行温度（ ℃ ） 390/734 565/1049 750/1382 年容量因子 23%50% 20%77% 25% 峰值效率 20% 23% 24% 年净效率 11%16% 7%20% 12%25% 可否储能 有限制 可以 蓄电池 互补系统设计 可以 可以 可以 美元 /平方米 630~275 475~200 ~320 美元 /瓦 ~ ~ ~ 美元 /峰瓦 ~ ~ ~ 16 储存热能 , 在夜晚或天气不好时用来发电。 由此可以大胆构造出一个太阳能光伏发电和太阳能热发电相结合的联合系统。 这种系统既提高了光伏发电的利用效率又有效利用了吸收的热能 , 整体效率要比单一的光伏或太阳能热发电要高 ,同时又可以解决太阳能发电不连续的弱点。 依据上述构想 , 可以设计这样一种联合的发电系统 , 其原理结构图如图 15所示 ， 图 15 光伏与光热联合发电系统 光伏发电和太阳热发电联合系统由太阳能电池板和集热器组合阵列、蓄能装置、低温涡轮发电机、蓄电池、控制 器、逆变器以及负载组成。 该系统采用了集光和集热相结合的方式 , 收集模块上层为光伏电池板 , 下部分敷设一种 新型的吸热管 , 它最大的特点是在温度达到一定程度时直接产生高温高压的水蒸汽 , 不再需要传热介质回路 , 节约了系统成本。 低温涡轮发电机是一种特殊的涡轮电机 , 它在低温 15 ℃ 左右时仍能够发电。 在白天阳光充足时 ,光伏电池将照射在表面的太阳光能转化为电能 ,经逆变器将电能送给用户 ,对大型系统或可调度系统可加设蓄电池 , 储蓄电能。 同时吸热管将吸收太阳热能 ,将产生的水蒸汽经传输设备送到蓄能装置储存起来。 蓄能装置内部 装设调节装置 ,自动或手动调节能量输出 ,控制低温涡轮发电机发电 ,在白天无光照时间或者夜间维持系统持续供电。 在理想的条件下 ,若系统的配置足够合理 ， 可以保证向负载 24h供电 ,解决太阳能发电不连续的弱点。 地源热泵空调系统 地源分类 地源按照室外换热方式不同可分为三类： (1)土壤埋盘管系统； (2)地下水系 17 统； (3)地表水系统；如下图 16所示 ， 图 16 地源三种分类 根据循环水是否为密闭系统，地源又 可分为闭环和开环系统。 闭环系统如埋盘管方式 (垂直埋管或水平埋管 )，地表水安置换热器方式。 开环系统 如抽取地下水或地表水方式。 此外，还有一种 “直接膨胀式 ”，它不 像 上述系统那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。 地源热泵工作原理 地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术， 是热泵的一种 ,热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。 地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。 通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。 地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力 ,冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内 ,夏季再把地下 的冷量转移到建筑物内 ,一个年度形成一个冷热循环。 具体原理是 可以分为两个工作循环，即制冷剂循环回路和水循环回路，其工作流程如图 8 所示。 在制冷剂的循环回路中，压缩机吸入温度较高的低压制冷剂蒸汽，将其压缩成为高温高压的气体，再将这些高温高压气体送入冷凝器中去进行热量交换。 水循环回路中，冷水在水泵的作用下，进入到冷凝器，在冷凝器中与高温高压气体进行 18 热交换，制成热水。 同时，冷凝器中的高温高压气体变成了低温低压的气体或液体，送入储液罐。 制冷剂从储液罐中输出后，经过滤器、膨胀阀，进入蒸发器从空气中吸热而蒸发。 然后，制冷剂 蒸汽再次被压缩机吸入，开始下一个循环。 通过这样反复的循环工作，从而达到对水箱中的水加热的目的。 其工作原理如图17 所示， 图 17 热泵 工作 流程 图 制冷模式 在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽 液转化的循环。 通过冷媒 /空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所需携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时，再通过冷媒 /水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路 循环转移至土壤里。 在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒 —空气热交换器，以 137℃的冷风的形 式为房间供冷。 工艺流程如图 18 所示， 图 18 地源热泵工作原理（制冷模式） 供暖模式 在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功， 并通过水路切换将水流动方向切换。 由地下的水路循环吸收地下水或土壤的热量，通过冷媒 /水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时，再通过冷媒 /水热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。 在地下热量不断转移至室内的过程中，以 3550℃ 的热风的形式向室内 19 供暖。 工艺流程如 图 19 所示 ，。