太阳能储能方式简介

太阳能储能技术

一、太阳能供热零存整取

钱有盈余可以存到银行,物品多了可以放入仓库,那么太阳的光和热如何保存?

要是有个“热量银行”能把夏天过多的热量储存起来,到冬天再取出使用,该有多好。现在以色列、日本、意大利和美国都建有这种“银行”,专门储存太阳的热能,需要时就可把热能取出,用于取暖或发电。现在有两种类型的“热量银行”:一种叫“太阳能源湖”,另一种叫“硝酸盐太阳能储存罐”。

人造太阳能源湖

日本的某个太阳能源湖是一个面积1500平方米、深3米的人造湖,其湖水比较特别,分3层:最下面一层是1.5米深的含盐较多的咸水;中间一层是1.3米深的含盐较少的咸水;最上面一层是0.2米深的不含盐的淡水。人造湖只要灌入这3层水,“热量银行”就基本大功告成,只等太阳来储存热量。这样的太阳能源湖储存的热量能把下层1.5米深的咸水加热至80摄氏度,不仅可以取暖,还可以用来发电,而其中的奥秘就在这3层湖水中。

普通淡水湖不管太阳怎么晒,温度也不会超过当地气温。因为淡水湖白天经过日晒后,夜晚会把白天储存的热量散发掉。湖面的水先冷却,比重加大而下沉,下面还没有冷却的水因比重小而上浮,又把热

散掉,这样循环的结果,使湖水吸收的太阳热量根本不能保存下来。

人造太阳能源湖就不同,表面那层0.2米厚的淡水白天晒热后,热量到了夜晚同样会散掉,但这层淡水不会下沉,因为它即使冷却,比重也没有咸水大,因此一直浮在上面成为保温层。下层的含盐咸水由于永远也浮不到表面，因此它白天吸收的热量就不会被带到湖面散失掉。咸水被太阳晒的日子越久,湖底的水温就

越高。

硝酸盐太阳能储存罐

硝酸盐太阳能储存罐是另一种形式的“热量银行”,它的出现有一段有趣的历史。美国南加利福尼亚的爱迪生公司,曾建造了一座名为“太阳能一号”的发电站,利用一种太阳跟踪镜把太阳光聚焦后,照射到一座90多米高的塔顶上,塔顶有一个阳光接收器,接收器内有水,水被聚焦的阳光加热后变为水蒸气,然后利用这些水蒸气推动涡轮发电机发电。但由于设计上有些地方没有考虑周全,发电机会时不时“闹情绪”,有时能够发电,有时干脆就“躺倒不干”。

原来老天并不顺从人愿,有时阴天有时下雨,即使是晴天,也经常有云彩从发电厂上空飘过,这时塔顶接收器内的水因缺少阳光就很难变成蒸气,没有蒸气发电机就不能发电。因此“太阳能一号”发电站不能发挥其原来预想的作用。于是,爱迪生公司的老板请来美国桑迪亚国家实验室的太阳能热电技术专家研究对策。专家们研究后认为,问题出自接收器内的水,由于水储蓄太阳热量的能力太低,因此在云层遮住阳光时,接收器内保留的热量太少,无法把水加热成蒸气。经过计算,专家们决定在接收器中改用硝酸盐。因为硝酸盐有能力储蓄很多热量,起到“热量银行”的作用。这样,即使是阴雨天或有云层飘过发电厂上空,借助硝酸盐良好的储热能力,也可从中取出存储的热能用于发电。

常温下硝酸盐形似珊瑚,熔点达232摄氏度,熔化后呈黄色浆状物,能保存的热量比水和油高得多。当把硝酸盐放入接收器后,聚焦的阳光将其熔化,并使其温度高达556摄氏度。这时再把已熔化的高温硝酸盐抽到一个绝热良好的储存罐中,这个储存罐就把太阳的热量储蓄起来,需要时再将多余的热量从储热罐中取出,就可用来加热水产生蒸气进行发电。当储热罐内的热量“取”完后,即其中的硝酸盐温度降至288摄氏度时,将硝酸盐转移到另一个绝热罐中,并在阳光充足的天气里接收太阳的热能,再升温至556摄氏度。硝酸盐在绝热罐中能保持所吸收的太阳热能达13小时之久。这样,在阴雨天也能用它加热,使水变成蒸气推动涡轮发电机发电。有了这个“热量银行”,太阳能发电站就不会在阴雨天“闹情绪”或“躺倒不干”了。

二、人造树叶

美国麻省理工学院的化学教授丹尼尔·罗塞拉成功利用光合作用原理将水分解成氧气和氢气，丹尼尔教授成功研发出一种催化剂，利用这种催化剂，水分解的化学反应首次可以在常温下进行，从而克服了利用水制成氢气这一重要反应中最困难的一个难题。这个成果的重要意义更在于，利用太阳能发电的主要障碍将被克服，太阳能可能取代石油成为最主要的能源。

在丹尼尔的研究中，太阳光照射下，水分解成氢气，而氢气是一种用途多样容易储存的燃料，可以密封在内燃机内，也可以与燃料电池中的氧气重新结合，更重要的是，如果该设想用在海水中，太阳能不仅能分解海水产生电能，更能使得分解后的氢气与氧气重新结合而形成宝贵的淡水。

早在上世纪70年代初，日本东京大学一位研究生最先证明，利用二氧化钛（白色涂料的组分）制作的电极，500瓦氙灯产生的强光能够将水慢慢分解，这一发现首次证明光能够被用来分解植物外的水分。1974年，美国北卡罗来纳大学化学系教授汤姆斯·梅尔证明，钌金属涂料能够在光能作用下发生化学变化，使水失去电子，帮助完成水分解反应最开始的重要一步。丹尼尔于是大胆选用磷酸钴代替那些复杂的钴化合物，直接验证钴对水分解反应的作用。将电极浸在含有磷酸钴的水溶液中，当通上电流后，钴离子和磷酸根离子会聚集在电极上并形

成一层非常薄的薄膜，几分钟后电极上就会形成一层浓厚的气泡，进一步的试验证明，这些气泡就是水分解后产生的氧气。丹尼尔和他的同事们没有想到，磷酸钴这么简单的化合物能够取代植物光合作用中的复杂化合物，催化水的分解反应。而这个简单的催化剂正是科学家们需要的，有了它，就能够在光合作用一样的室温条件下将水分解成氧气和氢气了。

三、太阳能光伏发电系统

光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。

光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。严格来讲，包括两种类型：一类是发生在均匀半导体材料内部；一类是发生在半导体的界面。虽然它们之间有一定相似的地方，但产生这两个效应的具体机制是不相同的。通常称前一类为丹倍

效应，而把光生伏打效应的涵义只局限于后一类情形。

当两种不同材料所形成的结受到光辐照时，结上产生电动势。它的过程先是材料吸收光子的能量，产生数量相等的正﹑负电荷，随后这些电荷分别迁移到结的两侧，形成偶电层。光生伏打效应虽然不是瞬时产生的，但其响应时间是相当短的。

光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。

四、太阳能空调制冷

太阳能空调制冷可能技术途径主要包括太阳能转换为热能，利用热能供热制冷，以及将太阳能转换为电能，利用电能驱动相关设备制冷。

太阳能制冷空调技术途径

在各种太阳能制冷途径当中，太阳能热驱动空调能够和当前广泛应用的太阳能热水和采暖系统紧密结合，构成太阳能综合利用系统。

太阳能热驱动制冷主要包括吸附式、吸收式、除湿空调和喷射式制冷。目前为止溴化锂-水吸收式制冷空调方式应用最多。

溴化锂吸收式制冷的工作原理：

在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。

由于溴化锂水溶液本身沸点很高，极难挥发，所以可认为溴化锂饱和溶液液面上的蒸汽为纯水蒸汽；在一定温度下，溴化锂水溶液液面上的水蒸气饱和分压力小于纯水的饱和分压力;而且浓度越高，液面上的水蒸气饱和分压力越小。所以在相同的温度条件下，溴化锂水溶液浓度越大，其吸收水分的能力就越强。这也就是通常采用溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂的原因。

溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。

在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。

溴化锂制冷基本组成