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太阳能庭院灯太阳能草坪灯太阳能路灯工作原理
&&&&摘要:太阳能庭院灯太阳能草坪灯太阳能路灯工作原理
太阳能路灯工作原理
系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。
控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为&免维护电池&，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。
1.2工作原理介绍
系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天
太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。
2、系统设计思想
太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。下面将以香港真明丽集团有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例，分几个方面做分析。
2.1太阳能电池组件选型
设计要求：广州地区，负载输入电压24V功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7天。
⑴广州地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算广州地区峰值日照时数约为3.424h；
⑵负载日耗电量==12.2AH
⑶所需太阳能组件的总充电电流=1.05&12.2&&（3.424&0.85）=5.9A
在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。
⑷太阳能组件的最少总功率数=17.2&5.9=102W
选用峰值输出功率110Wp、单块55Wp的标准电池组件，应该可以保证路灯系统在一年大多数情况下的正常运行。
2.2蓄电池选型
蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。
根据上面的计算知道，负载日耗电量12.2AH。在蓄电池充满情况下，可以连续工作7个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池容量：
12.2&（7+1）=97.6（AH），选用2台12V100AH的蓄电池就可以满足要求了。
2.3太阳能电池组件支架
2.3.1倾角设计
为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。
关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。本次路灯使用地区为广州地区，依据本次设计参考相关文献中的资料[1]，选定太阳能电池组件支架倾角为16o。
2.3.2抗风设计
在太阳能路灯系统中，结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。
⑴太阳能电池组件支架的抗风设计
依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。
在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。
⑵路灯灯杆的抗风设计
路灯的参数如下：
电池板倾角A=16o灯杆高度=5m
设计选取灯杆底部焊缝宽度&=4mm灯杆底部外径=168mm
3，焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为PQ=[5000+（168+6）/tan16o]&Sin16o=1545mm=1.545m。所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M=F&1.545。
根据27m/s的设计最大允许风速，2&30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数，F=1.3&730=949N。
所以，M=F&1.545=949&1.545=1466N.m。
根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W=&&（3r2&＋3r&2＋&3）。
上式中，r是圆环内径，&是圆环宽度。
破坏面抵抗矩W=&&（3r2&＋3r&2＋&3）
=&&（3&842&4＋3&84&42＋43）=88768mm3
=88.768&10－6m3
风荷载在破坏面上作用矩引起的应力=M/W
=1466/（88.768&10－6）=16.5&106pa=16.5Mpa＜＜215Mpa
其中，215Mpa是Q235钢的抗弯强度。
，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。
太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。
在选用器件上，目前有采用单片机的，也有采用比较器的，方案较多，各有特点和优点，应该根据客户群的需求特点选定相应的方案，在此不一一详述。
2.5表面处理
该系列产品采用静电涂装新技术，以FP专业建材涂料为主，可以满足客户对产品表面色彩及环境协调一致的要求，同时产品自洁性高、抗蚀性强，耐老化，适用于任何气候环境。加工工艺设计为热浸锌的基础上涂装，使产品性能大大提高，达到了最严格的AAMA的要求，其它指标均已达到或超过GB的相关要求。
整体设计基本上考虑到了各个环节；光伏组件的峰瓦数选型设计与蓄电池容量选型设计采用了目前最通用的设计方法，设计思想比较科学；抗风设计从电池组件支架与灯杆两块做了分析，分析比较全面；表面处理采用了目前最先进的技术工艺；路灯整体结构简约而美观；经过实际运行证明各环节之间匹配性较好。
什么是太阳能电池
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
太阳能电池的原理
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
一、太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光&热&电转换方式，另一种是光&电直接转换方式。
（1）光&热&电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光&热转换过程；后一个过程是热&电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
（2）光&电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光&电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的
太阳能电池产业现状
现阶段以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
全球太阳能电池产业现状
据Dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达1000兆瓦,1999年达2850兆瓦。2000年,全球有将近4600 家厂商向市场提供光电池和以光电池为电源的产品。
目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划, 日本推出的是阳光计划。NREL光伏计划是美国国家光伏计划的一项重要的内容，该计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件以及系统性能和工程、光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作。
美国还推出了&太阳能路灯计划&,旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电,根据计划,每盏路灯每年可节电800 度。日本也正在实施太阳能&7万套工程计划&，日本准备普及的太阳能住宅发电系统,主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备,家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。一个标准家庭可安装一部发电3000瓦的系统。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的&尤里卡&高科技计划，推出了&10万套工程计划&。这些以普及应用光电池为主要内容的&太阳能工程&计划是目前推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一。
日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家最近决定携手合作,在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站,他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来,为30万用户提供100万千瓦的电能。计划将从2001年开始，花4年时间完成。
目前,美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。美国拥有世界上最大的光伏发电厂,其功率为7MW,日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂。全世界总共有23万座光伏发电设备,以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。
20世纪90年代以来,全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断地发展。据Dataquest发布的最新统计和预测报告显示,美国、日本和西欧工业发达国家在研究开发太阳能方面的总投资, 1998年达570亿美元;亿美元;亿美元;2001年将达820亿美元;2002年有望突破1000亿美元。
我国太阳能电池产业现状
我国对太阳能电池的研究开发工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划，发改委&光明工程&将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用，计划到2005年全国太阳能发电系统总装机容量达到300兆瓦。
2002年，国家有关部委启动了&西部省区无电乡通电计划&，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加。我国目前已有10条太阳能电池生产线,年生产能力约为4.5MW,其中8条生产线是从国外引进的,在这8条生产线当中,有6条单晶硅太阳能电池生产线,2条非晶硅太阳能电池生产线。据专家预测,目前我国光伏市场需求量为每年5MW,年,年需求量将达10MW,从2011年开始,我国光伏市场年需求量将大于20MW。
目前国内太阳能硅生产企业主要有洛阳单晶硅厂、河北宁晋单晶硅基地和四川峨眉半导体材料厂等厂商，其中河北宁晋单晶硅基地是世界最大的太阳能单晶硅生产基地，占世界太阳能单晶硅市场份额的25％左右。
在太阳能电池材料下游市场，目前国内生产太阳能电池的企业主要有保定英利新能源、无锡尚德、开封太阳能电池厂、云南半导体器件厂、秦皇岛华美光伏电子、浙江中意太阳能、宁波太阳能电源、京瓷（天津）太阳能等公司，总计年产能在120MW以上。
太阳能电池及太阳能发电前景简析
目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。
但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光&电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。
太阳能电池的分类
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化锌(Zn 3 p 2 )等。
太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
（1）硅太阳能电池
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
（2）多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。
硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。
砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池
以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。
（4）纳米晶太阳能电池
纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到2O年以上。
但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。
太阳能电池（组件）生产工艺
组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。
1、电池检测&&2、正面焊接&检验&3、背面串接&检验&4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）&&5、层压&&6、去毛边（去边、清洗）&&7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）&&8、焊接接线盒&&9、高压测试&&10、组件测试&外观检验&11、包装入库
组件高效和高寿命如何保证：
1、高转换效率、高质量的电池片；
2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；
3、合理的封装工艺
4、员工严谨的工作作风；
由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。
太阳电池组装工艺简介：
工艺简介：在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识.
1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。
2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连
3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将&前面电池&的正面电极（负极）焊接到&后面电池&的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。
4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。
5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。
6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。
7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。
8、焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。
9、高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。
10、组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。
参考资料：/view/174609.htm
太阳能控制器工作原理2
太阳能电池板属于光伏设备（主要部分为半导体材料），它经过光线照射后发生光电效应产生电流。由于材料和光线所具有的属性和局限性，其生成的电流也是具有波动性的曲线，如果将所生成的电流直接充入蓄电池内或直接给负载供电，则容易造成蓄电池和负载的损坏，严重减小了他们的寿命。因此我们必须把电流先送入太阳能控制器，采用一系列专用芯片电路对其进行数字化调节，并加入多级充放电保护，同时采用我公司独有的控制技术&自适应三阶段充电模式&，确保电池和负载的运行安全和使用寿命。
对负载供电时，也是让蓄电池的电流先流入太阳能控制器，经过它的调节后，再把电流送入负载。这样做的目的：一是为了稳定放电电流；二是为了保证蓄电池不被过放电；三是可对负载和蓄电池进行一系列的监测保护。
若要使用交流用电设备，还需要在负载前加入逆变器逆变为交流。
本控制器完全按照国家工业标准所规定内容而研发设计，其涉及内容请参阅《GB/T家用太阳能光伏电源系统技术条件和试验方法》及其它相关资料。
& 产品特点
&&& 我们生产的各型号太阳能控制器，均具有数字电路控制的自适应式三阶段充电模式，析气调节、超压和过流保护等功能，能有效地保证太阳能供电系统更安全、更稳定、更长久地运行。
1、自适应式三阶段充电模式
&&& 蓄电池性能的劣态化，除正常的寿命老化所至外，主要是两种原因：一是充电电压过高而造成的内部析气和失水；二是充电电压过低或充电不足而造成极板硫酸盐化。所以蓄电池的充电，必须进行超限保护，智能化的分三个阶段（恒流限压，恒压减流和涓流，见图一）来进行，并且根据新旧电池的不同自动设定三个阶段的充电时长，自动用相应的充电模式充电，避免蓄电池出现供电故障，达到安全，有效，满容量的充电效果。
2、充电保护
电池电压超过了终值充电电压时，电池就会产生氢气和氧气并打开阀门放气。大量的析气必将导致电解液的失水损失。更何况电池即使达到终值充电电压，电池也不可能完全充满，因此充电电流不应被切断。此时，控制器由内置的传感器根据环境温度作自动调节，以控制不超过终值充电电压为条件，逐步减少充入电流至涓流状态，有效地控制蓄电池内部的氧循环复合和阴极析氢过程，最大程度的防止了蓄电池的容量衰减性老化。
3、放电保护
电池如果没有放电保护，同样也会被损坏。当电压到达设定的最低放电电压时，控制器会自动切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能电池板对蓄电池的充电达到控制器设定的再次启动电压时，负载才会被再次接通。
4、析气调节
蓄电池如果长期未能出现析气反应时，电池内部会出现酸液分层，也将造成蓄电池容量衰减。所以，我们可以通过数字电路定期屏蔽掉充电保护功能，让蓄电池定期的出现充电电压超限析气现象，防止蓄电池出现酸液分层，减少蓄电池的容量衰减和记忆效应。延长蓄电池的寿命。
5、超压保护
在充电电压输入端并联了一个47V压敏电阻，它在电压达到47V时将被击穿，造成输入端正负极短路（这不会损坏太阳电池板），防止因意外情况产生的高压损坏控制器和蓄电池。
6、过流保护
在蓄电池的回路间串联了一个保险丝，有效对蓄电池进行过流保护。
浅析太阳能空调工作原理 17:19浅析太阳能空调工作原理
&&& 所谓太阳能制冷，就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数(亦称COP)越高，这样空调系统的制冷效率也越高。例如，若热媒水温度60℃左右，则制冷机COP约0~40；若热媒水温度90℃左右，则制冷机COP约0~70；若热媒水温度120℃左右，则制冷机COP可达110以上。
&&&& 实践证明，采用热管式真空管集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能空调技术方案是成功的，它为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。
一:基本工作原理
&&& 太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成。
1吸收式制冷工作原理
&&&& 吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来进行的。这两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。常用的吸收剂&制冷剂组合有两种：一种是溴化锂&水，通常适用于大型中央空调；另一种是水&氨，通常适用于小型空调。
&&&& 吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。
&&&& 本文以溴化锂吸收式制冷机为例。在制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断升高，进入吸收器；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，被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个循环。
2太阳能吸收式空调工作原理
&&& 所谓太阳能吸收式制冷，就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数(亦称COP)越高，这样空调系统的制冷效率也越高。例如，若热媒水温度60℃左右，则制冷机COP约0 40；若热媒水温度90℃左右，则制冷机COP约0 70；若热媒水温度120℃左右，则制冷机COP可达1 10以上。
&&& 常规的吸收式空调系统主要包括吸收式制冷机、空调箱(或风机盘管)、锅炉等几部分，而太阳能吸收式空调系统是在此基础上再增加太阳集热器、储水箱和自动控制系统。
在夏季，被集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱向制冷机提供热媒水；从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水；制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时，可由辅助锅炉补充热量。
&&&& 在冬季，同样先将集热器加热的热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱直接向空调箱提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时，也可由辅助锅炉补充热量。
&&& 在非空调采暖季节，只要将集热器加热的热水直接通向生活用储水箱中的热交换器，就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。
二:空调及供热综合示范系统
&&& 为了将太阳能吸收式空调技术付诸实际应用，根据&九五&国家科技攻关计划任务，北京市太阳能研究所于1999年9月建成一套我国目前最大的太阳能吸收式空调及供热综合示范系统(见压题照片)。
1安装地点概况
&&& 太阳能空调示范系统建在山东省乳山市。乳山市位于山东半岛的东南端，北接烟台，西临青岛，南濒黄海。该地区有较好的太阳能资源，年平均日太阳辐照量为17 3MJ／m2。当地夏季最高气温33 1℃，冬季最低气温－7 8℃，夏季和冬季分别有制冷和采暖的要求，因此是安装太阳能空调系统的合适地点。
&&& 乳山市银滩旅游度假区利用本地区自然条件，大力发展旅游事业，正在筹建&中国新能源科普公园&。科普公园计划建造包括风能馆、太阳能馆等在内的8个馆、厅。太阳能空调系统就建在科普公园内的太阳能馆。
&&& 在这里人们不仅可以参观太阳能科普展品，增长太阳能科普知识，了解最新的太阳能技术，并且在参观和娱乐的同时可亲身感受到太阳能空调和采暖所营造的舒适环境。
2主要技术性能
&&& 新建的太阳能空调系统由热管式真空管集热器、溴化锂吸收式制冷机、储热水箱、储冷水箱、生活用储热水箱、循环泵、冷却塔、空调箱、辅助燃油锅炉和自动控制系统等部分组成。系统安装完成后，经过冬、春、夏三季运行和测试，达到表1的主要技术性能。
3系统设计特点
(1)太阳能与建筑有机结合
&&&& 整个太阳能馆的总体设计既使建筑物造型美观、新颖别致，又能满足集热器安装的要求。依据这个原则，建筑物的南立面采用大斜屋顶结构，一则斜面的面积比平面大得多，可以布置更多的集热器；二则在斜面上布置集热器时无需考虑前后遮挡问题，而且造型也非常美观。斜屋顶倾角取35&，与当地纬度接近，有利于集热器充分发挥作用。
(2)热管式真空管集热器提高了制冷和采暖效率
&&& 热管式真空管集热器是北京市太阳能研究所的一项重大科技成果，具有效率高、耐冰冻、启动快、保温好、承压高、耐热冲击、运行可*等诸多优点，是组成高性能太阳能空调系统的重要部件。热管式真空管集热器可为高效溴化锂制冷机提供88℃的热媒水，从而提高整个系统的制冷效率；这种集热器还可在北方寒冷的冬季有效地工作，为建筑物供暖。
&(3)大小两个储热水箱加快了每天制冷或采暖进程
&&& 根据一天内太阳辐照度变化的固有特点，储热水箱不仅可以使系统稳定运行，还可以把太阳辐照高峰时的多余能量以热水形式储存起来。本系统与一般太阳能空调系统的不同之处在于设置了大、小两个储热水箱。小储热水箱主要用于保证系统的快速启动。测试结果表明，在夏季和冬季晴天的早晨，小储热水箱内水温就能分别达到88℃和60℃，从而满足制冷和供暖的要求。
(4)专设的储冷水箱降低了系统的热量损失
&&& 尽管储热水箱可以储存能量，但它的能力毕竟是有限的。本系统专门设计了一个储冷水箱。在白天太阳辐照充裕的情况下，可以将制冷机产生的冷媒水储存在储冷水箱内，其优点在于这种情况下的系统热量损失显然要比以热媒水形式储存在储热水箱中低得多，因为夏季环境温度与冷媒水温度之间的温差要明显小于热媒水温度与环境温度之间的温差。
(5)配套的辅助锅炉使系统可以全天候运行
&&& 所有太阳能系统的运行都不可避免地要受到气候条件的影响。为使系统可以全天候发挥空调、采暖功能，辅助的常规能源是必不可少的。该太阳能空调系统选用了辅助燃油热水锅炉，在白天太阳辐照量不足以及夜间需要继续用冷或用热时，可随即启动辅助锅炉，确保系统持续稳定地运行。
(6)系统运行及工况之间切换均能自动控制
&&& 在利用太阳能部分地替代常规能源的系统中，系统启动、能量储存以及太阳能与常规能源之间切换等功能的自动化都显得尤为重要；另外，本系统设置了几个储水箱，如何在不同的工况下自动启用不同的水箱，走不同的管路，也是系统正常运行的关键；再则，太阳能系统还应可*地解决自动防过热和防冻结的问题。因此，我们为该太阳能空调系统设计了一套安全可*、功能齐全的自动控制系统。
三:推广应用前景
&&& 实践证明，采用热管式真空管集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能空调技术方案是成功的，它为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。
太阳能吸收式空调与常规空调相比，具有以下三大明显的优点：
(1)太阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致；
(2)传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而吸收式制冷机以无毒、无害的溴化锂为介质，它对保护环境十分有利；
(3)同一套太阳能吸收式空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。
&&& 诚然，凡事都要一分为二。我们在强调太阳能空调优点的同时，也应看到它目前存在的局限性，因而在推广应用过程中注意解决这些问题：
(1)虽然太阳能空调开始进入实用化阶段，希望使用太阳能空调的用户不断增加，但目前已经实现商品化的产品大都是大型的溴化锂制冷机，只适用于单位的中央空调。对此，空调制冷界正在积极研究开发各种小型的溴化锂或氨&水吸收式制冷机，以便与太阳集热器配套逐步进入家庭；
(2)虽然太阳能空调可以无偿利用太阳能资源，但由于自然条件下的太阳辐照度不高，使集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制，目前只适用于层数不多的建筑。对此，我们正在加紧研制可产生水蒸气的真空管集热器，以便与蒸气型吸收式制冷机结合，进一步提高集热器与空调建筑面积的配比；
(3)虽然太阳能空调可以大大减少常规能源的消耗，大幅度降低运行费用，但目前系统的初投资仍然偏高，只适用于有限的富裕用户。为此，我们正在坚持不懈地降低现有真空管集热器的成本，使越来越多的单位和家庭具有使用太阳能空调的经济承受能力。
&&& 近年来，地球表面温度逐年上升，人们对夏季空调的要求越来越强烈，安装空调已成为我国大部分地区的一股消费浪潮。我们相信，太阳能吸收式空调系统可以发挥夏季制冷、冬季采暖、全年提供热水的综合优势，必将取得显著的经济、社会和环境效益，具有广阔的推广应用前景。
&&& 从理论上讲，太阳能空调的实现有两种方式，一是先实现光-电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷；二是利用太阳的热能驱动进行制冷。对于前者，由于大功率太阳能发电技术的昂贵价格，目前实用性较差。因此，太阳能空调技术一般指热能驱动的空调技术。当然，广义上的太阳能空调技术也包括地热驱动和地下冷源空调技术。
&&& 由于技术、成本等原因，太阳能空调一般采用吸收式和吸附式制冷技术。吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨-水吸收式制冷和溴化锂-水吸收式制冷两种。吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。两种制冷技术均不采用氟利昂，可以避免对臭氧层的破坏作用，具有特别的意义；并且二者采用较低等级的能源，在节能和环保方面有着光明的前景。另外，吸附式制冷系统运行费用低（或无运行费用），无运动部件，寿命长，无噪声，尤其在航空、航天等特殊领域广泛应用。
&&& 对于太阳能制冷技术，因为要照顾到集热器的效率等，就不得不采用比较低的热源温度。所以，太阳能驱动的制冷机存在效率较低的问题。随之而来的，从集热器、制冷机等相应的成本分配来看，集热温度、冷水温度及冷却水温度应各为多少，才能建立一个最为经济合理的太阳能空调系统，也是尚待解决的课题。另外，由于太阳能的收集存在着时效问题，蓄热技术也必须得到很好地解决，一个较好的蓄热系统可以弥补太阳能的不可*性和间断性。
太阳能空调技术的优势
&&& 当前，大部分使用的空调技术是一种以电能为动力，把室内热量加以吸收排除到室外的循环系统。这种空调将室内的热量收集后，释放到大气中，进一步提高了大气的高温，空洞装的愈多，城市的大气温度会愈高，则热岛效应会愈强烈。另外，制冷循环介质氟里昂等氟化物的广泛使用，导致了大气臭氧层的破坏，恶化了生态环境也是众所周知的。近几年来，取代氟里昂的工作介质的新型空调（是否污染环境，有待长期检验）已经投放市场。但耗能严重的问题依然存在，在世界能源日益紧张的今天，采用更为节能的空调系统是人类的共同需要。
&&& 利用太阳能作为能源的空调系统，它的诱人之处在于越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温越高，人们的生活越需要空调，此时，太阳能空调的制冷能力就越强。这是人和自然和谐的理想境界。使用太阳能空调的结果，既创造了室内宜人的温度，又能降低大气的环境温度，还减弱了城市中的热岛效应。更为可取的是，既节约了能源，还不使用破坏大气层的氟里昂等有害物质，是名副其实的绿色空调。
太阳能空调技术的应用前景
&&& 就我国的空调行业而言，空调器的市场正处于发展和完善阶段，目前，大中城市家庭的空调器普及仅在20%以下，市场潜力十分巨大。随着人们生活水平的大幅提高，空调器已逐渐成为家庭必备的家用电器，现在，阻碍空调进入家庭的主要矛盾是耗能和价格因素。另外，目前大量生产的大型商用中央空调和家用壁挂、立式空调不太适合一些高档的住宅，急需要一种小型户式中央空调来填充这一空白。而从太阳能空调的特性和技术特点来看，太阳能空调最适合于上述矛盾的解决和应用，故当前空调行业的需求给太阳能空调技术的发展和应用带来了难得的机遇。
&&& 经过几十年的发展，太阳能空调技术已经开始迈入实用化阶段。现在，科技的进步和经济的发展对能源与环境提出了更高的要求，相信在政府和社会的大力支持下，紧紧依托太阳能热水器这个成熟的大市场，太阳能空调技术一定有广阔的应用前景。
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