【正文】 層 地 能 進(jìn) 行 供 熱 制 冷 的 新 型 能 源 利 用 技 術(shù) ，是 熱 泵的 一 種 ,熱 泵 是 利 用 卡 諾 循 環(huán) 和 逆 卡 諾 循 環(huán) 原 理 轉(zhuǎn) 移 冷 量 和 熱 量 的 設(shè) 備 。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 地源分類地源按照室外換熱方式不同可分為三類：(1)土壤埋盤管系統(tǒng)；(2)地下水系統(tǒng)；(3)地表水系統(tǒng) ；如下圖16所示，18圖16 地源三種分類根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。蓄能裝置內(nèi)部裝設(shè)調(diào)節(jié)裝置,自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)能量輸出,控制低溫渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電,在白天無光照時(shí)間或者夜間維持系統(tǒng)持續(xù)供電。在白天陽光充足時(shí),光伏電池將照射在表面的太陽光能轉(zhuǎn)化為電能,經(jīng)逆變器將電能送給用戶,對(duì)大型系統(tǒng)或可調(diào)度系統(tǒng)可加設(shè)蓄電池, 儲(chǔ)蓄電能。該系統(tǒng)采用了集光和集熱相結(jié)合的方式, 收集模塊上層為光伏電池板, 下部分敷設(shè)一種新型的吸熱管, 它最大的特點(diǎn)是在溫度達(dá)到一定程度時(shí)直接產(chǎn)生高溫高壓的水蒸汽, 不再需要傳熱介質(zhì)回路, 節(jié)約 了系統(tǒng)成本。這種系統(tǒng)既提高了光伏發(fā)電的利用效率又有效利用了吸收的熱能, 整體效率要比單一的光伏或太陽能熱發(fā)電要高,同17時(shí)又可以解決太陽能發(fā)電不連續(xù)的弱點(diǎn)。為提高太陽能利用效率, 充分利用太陽熱能并盡可能保持光伏電池的轉(zhuǎn)換效率, 可以在電池背面敷 設(shè)流體通道帶走熱量以降低電池溫度, 再附設(shè)儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存熱能, 在夜晚或天氣不好時(shí)用來發(fā)電。 光伏發(fā)電與光熱發(fā)電技術(shù)結(jié)合從以上光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們可以看出太陽能光伏發(fā)電原理簡單, 使用靈活方便, 但是容易受到影響, 尤其在缺乏太陽光時(shí)就不能夠發(fā)電。但要實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電 系統(tǒng)低成本的投資和技術(shù)上的高可靠性運(yùn)行這要求未來在技術(shù)上要進(jìn)行新型集熱材料的研究和開發(fā),快速提高跟蹤機(jī)構(gòu)的技術(shù)并降低其實(shí)現(xiàn)成本。三 種 系 統(tǒng) 目 前 只 有 槽 式 線 聚 焦 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 了 商 業(yè) 化 ，其 他 兩 種 處 在 示 范階 段 ，有 實(shí) 現(xiàn) 商 業(yè) 化 的 可 能 和 前 景 。主 要 特 征 是 采 用 盤 狀 拋 物 面 聚 光 集 熱器 ，其 結(jié) 構(gòu) 從 外 形 上 看 類 似 于 大 型 拋 物 面 雷 達(dá) 天 線 。主 要 由 聚 光 子 系 統(tǒng) 、集 熱 子 系 統(tǒng) 、蓄 熱 子 系 統(tǒng) 、發(fā) 電 子 系 統(tǒng) 等 部 分 組 成 。接 受 器 上 的 聚 光 倍 率 可 超 過 1000 倍 。塔 式 系 統(tǒng) 又 稱 集 中 式 系 統(tǒng) 。這 兩 項(xiàng) 突 破 徹 底 克 服 了 長 期15制 約 太 陽 能 在 中 高 溫 領(lǐng) 域 內(nèi) 大 規(guī) 模 應(yīng) 用 的 技 術(shù) 障 礙 ，為 實(shí) 現(xiàn) 太 陽 能 中 高 溫設(shè) 備 制 造 標(biāo) 準(zhǔn) 化 和 產(chǎn) 業(yè) 化 規(guī) 模 化 運(yùn) 作 開 辟 了 廣 闊 的 道 路 。我 們 采 用 菲 涅爾 凸 透 鏡 技 術(shù) 可 以 對(duì) 數(shù) 百 面 反 射 鏡 進(jìn) 行 同 時(shí) 跟 蹤 ，將 數(shù) 百 或 數(shù) 千 平 方 米 的陽 光 聚 焦 到 光 能 轉(zhuǎn) 換 部 件 上 （聚 光 度 約 50 倍 ，可 以 產(chǎn) 生 三 、四 百 度 的 高 溫 ），采 用 菲 涅 爾 線 焦 透 鏡 系 統(tǒng) ，改 變 了 以 往 整 個(gè) 工 程 造 價(jià) 大 部 分 為 跟 蹤 控 制 系統(tǒng) 成 本 的 局 面 ，使 其 在 整 個(gè) 工 程 造 價(jià) 中 只 占 很 小 的 一 部 分 。由 于 反 射 鏡 是 固 定 在 地 上 的 ，所 以 不 僅 能 更 有 效 地 抵 御 風(fēng) 雨的 侵 蝕 破 壞 ，而 且 還 大 大 降 低 了 反 射 鏡 支 架 的 造 價(jià) 。國 內(nèi) 槽 式 太 陽 能 熱 發(fā) 電 技 術(shù) 現(xiàn) 狀 20 世 紀(jì) 70年 代 ，在 槽 式 太 陽 能 熱 發(fā) 電 技 術(shù) 方 面 ，中 科 院 和 中 國 科 技 大 學(xué) 曾 做 過 單 元 性試 驗(yàn) 研 究 。太 陽 能熱 發(fā) 電 形 式 有 槽 式 ，塔 式 ，碟 式 三 種 系 統(tǒng) 。采用前者的有塔式、槽式和盤式等太陽熱發(fā)電技術(shù)。(3)目前常用的有2種方法: 一種是將太陽光發(fā)射并集中在一起, 稱為聚光式。?—聚光效率。其原理圖如圖14所示，14圖14 太陽能熱電裝置簡圖聚光后的熱流密度為：q0=，式中，A 1—定日 鏡總面積 。太陽能熱電裝置的原理是將聚焦后的太陽光照射在熱電裝置上，并通過半導(dǎo)體熱電材料進(jìn)行發(fā)電的。太陽能量分布圖如圖13所示，圖13 太陽輻射能量分布圖，其中 AM0曲線表示在地球大氣層外接收到的太陽輻射能， 表示通過大氣層以后的太陽輻射能。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖13所示，熱傳輸系統(tǒng)蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)集熱系統(tǒng) 熱機(jī) 發(fā)電機(jī)圖12 熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于通常入射到地球表面的太陽能是廣泛而分散的, 要充分收集并使之發(fā)揮熱能效益, 就必須采取一種能把太陽光發(fā)射并集中在一起, 變成熱能的系統(tǒng)。熱發(fā)電系統(tǒng)一般包括集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱機(jī)、發(fā)電機(jī)等。而 且 ，這 種 形 式 的 太 陽 能 利 用 還 有 一 個(gè) 其他 形 式 的 太 陽 能 轉(zhuǎn) 換 所 無 法 比 擬 的 優(yōu) 勢 ，即 太 陽 能 所 燒 熱 的 水 可 以 儲(chǔ) 存 在13巨 大 的 容 器 中 ，在 太 陽 落 山 后 幾 個(gè) 小 時(shí) 仍 然 能 夠 帶 動(dòng) 汽 輪 發(fā) 電 。 太陽熱發(fā)電技術(shù)(1)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分及工作原理太陽能熱發(fā)電是利用太陽的熱能發(fā)電,利 用 大 規(guī) 模 陣 列 拋 物 或 碟 形 鏡 面 收集 太 陽 熱 能 ，通 過 換 熱 裝 置 提 供 蒸 汽 ，結(jié) 合 傳 統(tǒng) 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 的 工 藝 ，從 而 達(dá)到 發(fā) 電 的 目 的 。 三是研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù), 減少光伏電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊。根據(jù)目前光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r和其技術(shù)難點(diǎn),未來的光伏發(fā)電研究需要重視以下幾個(gè)方面: 一是加快太陽能原材料晶體硅生產(chǎn) 技術(shù)的研究和新型替代材料的開發(fā), 降低材料成本并提高其 轉(zhuǎn)化效率。 (2)光伏發(fā)電 的難點(diǎn)及對(duì)策太陽能光伏發(fā)電不消耗燃料,清潔無污染，在實(shí)際應(yīng)用中解決了世界上許多特殊地區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電問題。系統(tǒng)在運(yùn)行到日落時(shí)刻時(shí)，會(huì)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度返回到系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置。аs、?s—高度角、方位角的理論計(jì)算值。因此系統(tǒng)控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)所轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際角а、? 由下式計(jì)算:а=Δа+Δаs+аs，?=Δ?+Δ?s+?s，式中а 、?—實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。并且將調(diào)整量與預(yù)修正量的和作為新的預(yù)修正量的值貯存供下步跟蹤使用?？刂葡到y(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在垂直方向和水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，角度為預(yù)修正量和視日運(yùn)動(dòng)軌跡理論值之和。當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，最后一步的預(yù)修正量將被程序儲(chǔ)存，下次開機(jī)時(shí)直接調(diào)用系統(tǒng)儲(chǔ)存的此預(yù)修正量。Δа、Δ?—高度角、方位角的調(diào)整量。式中Δа、Δ?—高度角、方位角的預(yù)修正量。兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系如圖12所示，圖11 兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系開始跟蹤時(shí)，系統(tǒng)首先采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的跟蹤方法，在地平坐標(biāo)系中根據(jù)太陽軌跡的算法求出一日內(nèi)某時(shí)刻太陽的高度角△а s、和方位角△ ?s的理論值，再加上系統(tǒng)的預(yù)修正量 △аs、△?s，若系統(tǒng)是第一次運(yùn)行，那么在第一步跟蹤動(dòng)作里預(yù)修正量為0，但第一步跟蹤動(dòng)作里的光電跟蹤會(huì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)修正量，作為第二步的預(yù)修正量，并且第二步的光電跟蹤對(duì)此預(yù)修正量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整量△а、△?為 光電跟蹤調(diào)整電機(jī)再次 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。檢 測 部 件 由 光 電 傳 感 器 和光 電 檢 測 電 路 組 成 。本 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 器 為 計(jì) 算 機(jī) ，通 過 過 程 輸 入 輸 出 通 道 發(fā) 送 信 號(hào) 到 直接 控 制 部 件 ，直 接 控 制 部 件 由 步 進(jìn) 電 機(jī) 及 其 驅(qū) 動(dòng) 器 組 成 ，然 后 步 進(jìn) 電 機(jī) 帶 動(dòng)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 。目 前 世界 上 通 用 的 太 陽 跟 蹤 控 制 系 統(tǒng) 都 需 要 根 據(jù) 安 放 點(diǎn) 的 經(jīng) 緯 度 等 信 息 計(jì) 算 一 年中 的 每 一 天 的 不 同 時(shí) 刻 太 陽 所 在 的 角 度 ，將 一 年 中 每 個(gè) 時(shí) 刻 的 太 陽 位 置 存儲(chǔ) 到 PLC、單 片 機(jī) 或 電 腦 軟 件 中 ，也 就 是 靠 計(jì) 算 太 陽 位 置 以 實(shí) 現(xiàn) 跟 蹤 。 輸出電壓用指 針表顯示, 電源的工作狀態(tài)用指示燈指標(biāo)。電 壓 型 逆 變 器 如 圖 8 所 示 和 電 路 圖 如 圖 9 所 示 ，圖8 電壓型逆變器框圖1絲絲絲D1 5A R110K絲絲絲絲12VR2 RP110KLM317R410uFR5290RP210KC2C310uFC210uF R62KR1010KR1110KR712KR8C4100uF R910KQ1Q3R1310KR1210KJ1R1410KQ2 絲絲絲絲R154KJ2絲絲絲絲R164KQ4R174K絲絲絲絲K32 184U?ALM39332 184 U?LM393AJ1絲絲絲絲 J2165 710圖9 電壓型逆變器電路圖 變器的核心 , 它把12V 的直流電變換成50 Hz、220 V 的交流電,其關(guān)鍵部件為四只大功率MOS 場效應(yīng)晶體管和一只12 /220 V 高效變壓器。獨(dú) 立 運(yùn) 行 逆 變 器 用 于 獨(dú) 立 運(yùn) 行 的 太陽 能 電 池 發(fā) 電 系 統(tǒng) ，為 獨(dú) 立 負(fù) 載 供 電 。由 于 太 陽 能 電 池 和 蓄 電 池 是直 流 電 源 ，而 負(fù) 載 是 交 流 負(fù) 載 時(shí) ，逆 變 器 是 必 不 可 少 的 。蓄電池組是系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置,在發(fā)電充足時(shí)儲(chǔ)存電能,在夜間或日照不足時(shí)向負(fù)荷供電， 因 此 能 控 制 蓄 電 池 組 過 充 電 或 過 放 電 的 充 放電 控 制 器 是 必 不 可 少 的 設(shè) 備 。其電路圖如圖 7，圖7 充放電電路控制3)蓄 電 池 組 其 作 用 是 貯 存 太 陽 能 電 池 方 陣 受 光 照 時(shí) 發(fā) 出 的 電 能 并 可 隨時(shí) 向 負(fù) 載 供 電 。切斷負(fù)載回路，避免蓄電池繼續(xù)放電。當(dāng)蓄電池端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時(shí)，A2 的③腳電位高于②腳 電位， ①腳輸出高電位使 Q3導(dǎo)通，Q4 截止，LED3 熄滅 ，J2 釋放。當(dāng)蓄電池端電壓小于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時(shí)，A1 的⑥腳電位高于⑤腳電位，⑦腳輸出低電位使 Q1 截止，Q2 導(dǎo)通， LED2 發(fā)光指示充電，J1 動(dòng)作，其接點(diǎn) JI1 轉(zhuǎn)換位置，硅太陽 電池組件通過對(duì)蓄電池充電。被充電電池為 12V65Ah 全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；太陽電池用一塊 40W 硅太陽 電池組件，在標(biāo)準(zhǔn)光照下 輸出 18V、 左右的直流工作電壓和電流；D1 是防反充二極管，防止硅太陽 電池在太陽光較弱時(shí)成為耗電器。電位器 RP1和 RP2 起調(diào)節(jié)設(shè)定過充、過放電壓的作用。雙電壓比較器 LM393 兩個(gè)反相輸 入端②腳和⑥腳連接在一起，并由穩(wěn)壓管 ZD1 提供 的基準(zhǔn)電壓做比較電壓 ，兩個(gè) 輸出端①腳和⑦腳分別接反饋電阻，將部分輸出信號(hào)反饋到同相輸入端③ 腳和⑤腳，這樣就把雙電壓比較器變成了雙遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點(diǎn)附近不會(huì)產(chǎn)生振蕩。圖解說明如圖3所示，只有在輸出特性如OB時(shí)才可能調(diào)整S的占空比， 實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤。如 圖3所示， 電流/mA 電壓/V 圖4 太陽能電池輸出特性和負(fù)載特性曲線典型Boost電 路如圖5所示，它是一種升壓電路，輸出 電壓Vo大于或等于輸入電壓Vi。用曲線說明如圖4所示，DAPBC曲線是太陽能電池板的輸出伏安特性曲線，P 點(diǎn)是最大功率點(diǎn)。由（5）式有RoRi。忽略電路的能量 損失， 電路的效率= 1，則輸入功率等于輸出功率Pi = P0 ，即：Vi Ii =Vo Io ，(1)V0/Vi =Io/Ii =Dc，(2)7圖3 Buck電路在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，Vo 是太陽能電池板的輸出電壓，Io是太陽能電池板輸出電流，它 們隨光照強(qiáng)度和溫度發(fā)生變化． 為了使太陽能電池板輸出最大功率，調(diào)整電子開關(guān)S 的脈沖占空比，使Vi、Ii始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這就是MPP的工作原理．假設(shè)電路為純電 阻性負(fù)載Ro ，由（2）式可知Ri=Vi/Ii, Ro=Vo/Io, (3) Ro/Ri= = ， (4)Io/i）（ DcRo= Ri, (5)2c其中Ri是Buck電路的等值入口阻抗。其中，DCDC 轉(zhuǎn)換電路主要有 Buck 電路， Boost 電路和SEPIC 電路等。太陽能 電池板輸出伏安特性存在最大功率點(diǎn)，輸出電壓過高或過低， 輸出電流過高或 過低，都會(huì)影響太陽能 發(fā)電 系統(tǒng)的發(fā)電效率。在小型太陽能發(fā)電裝置中， 為了提高發(fā)電效率，這 一技術(shù)受到重視。這 個(gè) 過 程 的 的實(shí) 質(zhì) 是 ：光 子 能 量 轉(zhuǎn) 換