高元坤力诺：太阳能光伏直流冰箱的能量管理

随着太阳能技术及其相关产业的发展，太阳能热水器、太阳能空调等太阳能产品越来越多地进入了千家万户。高元坤了解得知太阳能光伏冰箱在国外已有小批量的产品，而在国内这方面的产品则显得相对落后，因此有必要对太阳能光伏直流冰箱系统进行更多的研究，一方面，这对给没有市电供给的边远山区、牧区、岛屿等地区配备必要的食品冷冻冷藏设备、药品疫苗冷藏设备，以提高这些地区人们的生活质量和医疗条件有重要意义；另一方面，为未来太阳能光伏制冷的广泛应用提供一定的理论支持。

得知围绕能量管理和系统匹配，对太阳能光伏直流冰箱系统的进行了研究，所得到的结论同样适用于其它类似的、电能的获得与冷量的需求在季节上高度匹配的太阳能光伏直流制冷系统，如直接在室外使用的太阳能光伏直流冷柜系统、太阳能光伏直流冷库系统等。首先，就太阳能技术发展的背景、太阳能电池理论及研究现状、太阳能光伏制冷等方面进行综述，并对太阳能光伏冰箱的国内外研究现状进行了叙述 ，伏直流制冷系统，以直流冰箱作为此系统的负载。并以此为基础搭建了实验测试装置，以对系统的运行数据进行实时采集。第三，测试了太阳能光伏直流冰箱在晴天、多云及阴雨天气情况下的工作性能，如太阳能电池电压、蓄电池电压、蓄电池充电电流、冰箱电压电流、冰箱温度等参数，根据实验数据对系统的匹配原则进行了修正。

实验数据表明，设计太阳能光伏制冷系统时，必须要考虑单晶硅太阳能电池性能随使用年限的衰减对系统的影响。第四，分析了太阳辐照度和环境温度对太阳能光伏直流冰箱系统的影响，并在此基础上分析了此系统的地域适用性。最后，结合实验数据，对本实验中的太阳能光伏冰箱系统进行了火用分析，分析了系统中火用损失的主要环节，指出了提高该系统火用效率的方法，并给出了几种方案。 1环保和节能1974年，有学者提出CFC类制冷剂可能对大气臭氧层有破坏，在80年代科学地确认了CFC类制冷剂造成了大气臭氧层破坏和全球温室效应[1]，加上近些年世界能源危机的日益严重，研发各种环保、节能的制冷系统成为了世界各国制冷研究人员共同关注的话题。洁净可再生能源中，太阳能是人类可利用的最直接的洁净能源之一。高元坤了解得知用光伏电池把太阳能转变成直流电能以驱动一个制冷系统的太阳能光伏制冷系统，一个明显优势是电能的取得和冷量需求在季节和数量上的高度匹配，即冬季太阳辐射弱，太阳能电池的产电量少，此时环境温度低，负载热负荷小，所需的电量亦少；夏季环境温度高，负载热负荷大，所需的电量大，此时太阳辐射强，太阳能电池的产电量亦多。

同时，用太阳能作为制冷系统的动力源，可以减少使用电能，从而减轻由于燃烧化石燃料发电所引起的温室效应及对环境的污染。因此，作为洁净可再生能源之一的太阳能的利用方面的研究日益受到世界各国的重视，以太阳能作为动力源驱动制冷系统的研究也越来越为各国的专家、学者所关注。1.1.2太阳辐射能太阳是一个主要有氢和氦组成的炽热的球体，其表面的温度大约为5762K，而中心温度高达约4×108K，压力约为2000多亿大气压。由于太阳内部温度极高、压力极大，因此其内部发生着强烈的核子反应，反应产生的巨大能量以电磁波的形式向四面八方辐射地球接收到的太阳辐射能约占太阳总辐射的二十亿分之一，即使这样，每秒钟地球接收到的太阳辐射能也有约1.757×1017J，相当于5.25亿桶石油燃烧产生的能量。太阳的寿命还有约50亿年，因此，可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的。 太阳能的利用太阳能的利用主要有热利用和电利用。太阳能的热利用是指将太阳辐射能转化为热能加以利用，人们通常把收集太阳光转变成热的部件称为集热器。集热器按其是否聚光，可分为非聚光型集热器和聚光型集热器。太阳能热利用的常见形式有：太阳能热水器、太阳房、太阳能干燥器、太阳能蒸馏系统、太阳能海水淡化系统、太阳炉、太阳池、太阳热分解制氢等。

直接利用太阳辐射的热利用虽然设备相对简单，但由于太阳能日夜交替的间断性和天气阴晴、云雨而带来的不可靠性，因此，为了提高太阳能热利用系统的稳定性和可靠性，蓄热设备变的不可或缺，而增加蓄热设备无疑增加了系统的成本和复杂性。同时，热输送在实际中也不容易实现。若将太阳能的热利用转化来的热用于发电，即太阳光能转变为热能、再转换为电能，由于此过程的效率受卡诺循环的制约，因此效率较低。太阳能的电利用是指将太阳辐射能直接转化为电能加以利用。