太陽能冰箱

據(jù)英國媒體《每日郵報》報道，英國學(xué)生艾米麗發(fā)明了以太陽能為動力的冰箱，這種冰箱既環(huán)保有便于攜帶，這是一項簡單而又超群的發(fā)明，它會使得商業(yè)巨頭們垂涎三尺。

這種冰箱不僅使用太陽能供電，而且它的制作材料來自普通家庭，是發(fā)展中國家最理想的家電用品。

肯明斯小姐四歲時收到的一份禮物，是一把鐵錘，從那時起她開始花費大量的業(yè)余時間用普通材料制作東西。

她曾經(jīng)因為關(guān)節(jié)炎患者制作擠牙膏器獲獎，也為制作輸水裝置而獲獎，這次為發(fā)展中國家所使用的太陽能冰箱再次獲獎。

實際上，艾米麗和她78歲的祖父彼得-哈里斯是在盆栽鵬里發(fā)明了這種冰箱。21歲的艾米麗-肯明斯在她祖父的盆栽鵬從事學(xué)校的一個研究項目時突然想到了一個好主意。這種冰箱正在改善非洲數(shù)千貧困民眾的生活。

她的"耐用"冰箱的工作原理是通過蒸發(fā)作用，可使易腐爛的食物保鮮數(shù)天，如牛奶和肉。冰箱溫度在不用電的情況下可保持在攝氏六度左右。

冰箱由兩個圓柱形容器組成--一個里面套著一個，不接任何電源。外層容器可以用任何隨手就能拿到的東西制成，包括木頭和塑料，外層容器上有洞，是從里面鉆的。內(nèi)層容器由金屬制成，上面沒有洞，為的是使里面的食物保持干燥。 內(nèi)外容器之間的空隙由沙子、羊毛或泥土之類的材料填充，這些材料可以吸水。在炎熱的氣候里，太陽的照射使這種潮濕的材料升溫，水蒸氣蒸發(fā)掉。當(dāng)這種材料接觸到內(nèi)層容器壁時，通過蒸發(fā)過程使內(nèi)層容器溫度降低，保持在攝氏六度。再次濕透的材料將使得"冰箱"繼續(xù)工作。

來自西約克郡凱利鎮(zhèn)的肯明斯小姐說，"要生活，人人都離不開冰箱。我想做一個簡易冰箱，所以幾年前我就開始研究如何使東西冷卻。從生物學(xué)來講，我們能看到的最簡單的冷卻方法是可以通過發(fā)汗或蒸發(fā)。這個想法使我成功地設(shè)計并制作出太陽能冰箱。"

平板太陽能冰箱在我國的發(fā)展經(jīng)歷了一個"U"字形過程，現(xiàn)在又在新的起點上逐步抬頭，引起了專家學(xué)者和企業(yè)界的高度關(guān)注。據(jù)有關(guān)資料表明，1997年我國太陽能冰箱的年產(chǎn)量達(dá)350萬平方米，其中平板太陽能冰箱約占45%，真空管冰箱約占30%。到2001年我國平板太陽能冰箱的比例就下降到了26.3%，而真空管冰箱上升到63.2%。截至目前，經(jīng)過近10年來的持續(xù)下滑，我國平板太陽能冰箱產(chǎn)量所占份額也就僅有90%左右了。然而，在國際市場上，平板太陽能冰箱卻始終是主導(dǎo)產(chǎn)品，國外(如日本、美國等)90%以上的太陽能熱水系統(tǒng)都采用平板型太陽集熱器，即使在冬季十分寒冷的丹麥、瑞典等北歐國家也毫不例。我國有關(guān)部門對全球太陽能冰箱發(fā)展情況進(jìn)行了統(tǒng)計分析。被統(tǒng)計的歐洲、美洲、大洋洲和亞洲的21個國家中的433家太陽能企業(yè)中，有平板太陽能冰箱401家，占企業(yè)總數(shù)的92.61%;有真空管太陽能冰箱12家，占企業(yè)總數(shù)的2.77%;簡易太陽能冰箱20家，占企業(yè)總數(shù)的4.62%。顯然，在國外太陽能冰箱應(yīng)用中，平板太陽能冰箱生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他產(chǎn)品類型企業(yè)數(shù)量。隨著新能源的推廣和普及，以及科技的進(jìn)步和發(fā)展，我國平板太陽能冰箱的技術(shù)水平和產(chǎn)品性能、質(zhì)量也在不斷提高，并在一體化等多個方面表現(xiàn)出獨特的發(fā)展優(yōu)勢。2008年北京奧運會工程之一"奧運村"，在大規(guī)模太陽能熱水系統(tǒng)招標(biāo)中，選擇了德國企業(yè)生產(chǎn)的平板太陽能集熱器，讓我國真空管太陽能冰箱生產(chǎn)企業(yè)不得不凝神反思。今年3月6日，在第六屆中國太陽能品牌產(chǎn)品博覽會上，海爾太陽能中標(biāo)澳洲一萬平方米平板集熱器大單成為惹人眼紅的新聞。海爾集團(tuán)從德國引進(jìn)先進(jìn)平板集熱技術(shù)，開發(fā)出適合中國市場的高溫平板太陽能集熱器，成功解決了平板太陽能的保溫性、密封性等行業(yè)難題。太陽雨、澳柯瑪?shù)葒鴥?nèi)品牌企業(yè)也紛紛投資平板太陽能冰箱項目。經(jīng)過太陽能冰箱行業(yè)和建筑業(yè)界的共同努力，我國平板太陽能冰箱正從低谷走向了新的發(fā)展階段。

平板太陽能冰箱經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)更趨成熟和完善，并具備了其它類型太陽能所不具備的優(yōu)勢特點。一是特別適合與建筑一體化要求。平板太陽能冰箱由于其平面結(jié)構(gòu)特性，在太陽能的建筑一體化應(yīng)用中，形態(tài)結(jié)構(gòu)靈活隨意，設(shè)計時不受形態(tài)或尺寸的約束，易于實現(xiàn)與建筑構(gòu)件的結(jié)合。再加上它的集熱板為金屬材質(zhì)，可方便采用絲結(jié)、焊接等連接方式，為安裝、維護(hù)和使用提供了便利。二是具有較高的熱效率。因為真空管太陽能集熱器是由若干根真空管組成的，管子之間存在著間隙，在被太陽光照射時，有一部分太陽能沒有被集熱器所接受。平板太陽能集熱器卻是一個連續(xù)的平面，整個集熱器表面都可以接受太陽光。所以，在相同的采光面積和日照強(qiáng)度下，平板太陽能冰箱的日平均效率一般要高于真空管太陽能冰箱日平均效率6%以上。三是具有良好的承壓性能。由于平板太陽能集熱器的吸熱板是由金屬材料制成的，集熱器與貯水箱的連接也采用金屬零件，因此，可承受來自自來水和循環(huán)泵的壓力。目前，城市用水一般都采用集中供水系統(tǒng)，自來水壓力較高，這就要求從太陽能冰箱出來的熱水要有一定的壓力，從而，減小冰箱出水口與自來水出水口之間的壓差，為用戶使用提供方便和舒適。四是組成大系統(tǒng)時性能穩(wěn)定。對于一些大型的場所，如賓館、游泳館、工廠等地方，在使用太陽能冰箱時，往往需要很多塊太陽能集熱器組成大規(guī)模的供水系統(tǒng)。如果采用平板太陽能集熱器，在集熱器與系統(tǒng)之間用金屬連接，而不是和真空管太陽能冰箱那樣用橡塑件連接，就可以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在建立大規(guī)模太陽能熱水系統(tǒng)的時候，往往采用平板太陽能集熱。此外，由于平板太陽能冰箱結(jié)構(gòu)簡單，加工方便和易于規(guī)模化生產(chǎn)，還使得它具有制造成本低、安裝費用省和使用壽命長等特點。當(dāng)然，平板太陽能集熱器存在的熱損失偏高和防凍等問題，也需要通過科技創(chuàng)新進(jìn)一步得到解決。為了積極參與國際競爭，開拓國內(nèi)高端市場，我們必須重視平板太陽能冰箱的研究與開發(fā)，以更加開放的心態(tài)，提高我國太陽能熱利用的技術(shù)水平和國際化水平。

21世紀(jì)90年代，中國已經(jīng)開始對太陽能吸附制冷冰箱的研究，但是大多數(shù)還局限在實驗室，尚未達(dá)到預(yù)期的實用化程度，主要原因是受到制取溫度高及太陽能的時間局限性的影響。同時，太陽能吸附制冷冰箱室外吸附床和室內(nèi)制冷器之間需要管路連接，也是影響太陽能吸附制冷冰箱進(jìn)入批量生產(chǎn)階段的主要障礙。

為了解決以上各種缺陷，國內(nèi)研究人員從系統(tǒng)循環(huán)機(jī)理、吸附制冷工質(zhì)對的選擇、平板太陽能冰箱的性能、內(nèi)外特性分析及優(yōu)化設(shè)計等諸多方面對太陽能固體吸附式制冷技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析研究。上海交通大學(xué)制冷所熱環(huán)境研究室孫長江經(jīng)過數(shù)年潛心研究，按照批量生產(chǎn)所要求的工藝和流程，制造了兩臺太陽能吸附式冰箱。實驗結(jié)果表明該冰箱性能較為穩(wěn)定，證明這種平板太陽能冰箱在技術(shù)上已經(jīng)具備了成熟的生產(chǎn)制造條件。

在太陽能吸附冰箱中，吸附工質(zhì)對的選擇非常重要。國內(nèi)研究人員嘗試研究不同的吸附工質(zhì)對的吸附特性，其中包括CoF2-NH3、SrCl2-NH3、活性炭-甲醇、活性炭-乙醇等。實驗結(jié)果表明，CoF2-NH3工質(zhì)對的單位吸附量大，達(dá)到最大吸附量時的溫度要求低，吸附周期短，并且多次重復(fù)吸附后既不結(jié)塊、也不膨脹，為化學(xué)吸附式制冷系統(tǒng)的小型化和實用化提供了新的可能性;SrCl2-NH3工質(zhì)對的吸附制冷量大，適宜太陽能或低品位余熱驅(qū)動，是性能優(yōu)良的工質(zhì)對;活性炭-甲醇工質(zhì)對較之活性炭-乙醇工質(zhì)對更適用于太陽能固體吸附式制冰機(jī)中。

高效太陽能集熱器是平板太陽能冰箱的關(guān)鍵部件，有非聚焦型太陽能集熱器和聚焦型太陽能集熱器兩類。其中，非聚焦型太陽能集熱器分為平板型、真空管和CPC型三種，這三種集熱器集熱溫度均不高，在250℃以下，屬于低溫或者中溫太陽能集熱器;聚焦型太陽能集熱器分為槽式、碟式和塔式三種，通常情況下，這三種聚焦型集熱器集熱溫度均可達(dá)300℃以上，屬于中高溫集熱器。對于平板太陽能冰箱而言，非聚焦型太陽能集熱器主要應(yīng)用于太陽能吸附制冷冰箱系統(tǒng)，而聚焦型太陽能集熱器可應(yīng)用于太陽能光電制冷冰箱系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外對太陽能集熱器的研究和利用多限于中低溫范圍。