太陽能製冷:炙手可熱的製冷理念

如何建造太陽能冰箱:陽光越強,效果越好

在墨西哥太平洋海岸、赤道以北 18 度的馬魯阿塔村莊的漁民沒有電力。但在過去的 16 年裡,他們一直能夠用冰儲存魚:七臺製冰機,僅靠炙熱的陽光碟機動,每天生產半噸冰。

全球都在爭先恐後地減少二氧化碳排放:僅在美國,為冰箱供電的電力每年就排放 1.02 億噸二氧化碳。太陽能製冷也可以很便宜,並且可以大大緩解電網的壓力。夏季炎熱時,電力需求達到高峰——美國夏季的電力需求比冬季多 150 吉瓦(1 吉瓦等於 10 億瓦)。這幾乎是密西西比河以西所有燃煤電廠發電量的 1.5 倍。此外,太陽能資源豐富。根據美國國家可再生能源實驗室和能源資訊署(均隸屬於美國能源部)的資料,每年照射到 54 平方英尺(5 平方米)土地上的太陽能相當於一個美國家庭使用的所有電力。

用熱製冷比人們想象的要容易。去年,聖何塞州立大學的一群學生用價值 100 美元的管道和一個四乘八英尺(1.2 米乘 2.4 米)的反光鋼板建造了一臺太陽能製冰機。沒有移動部件,無需電力,但只要有幾個小時的陽光照射,它就可以製造一大袋冰。


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關鍵在於液體變成蒸汽,反之亦然時能量的交換——這是您出汗時感到涼爽的過程。迄今為止最常見的方法,即您家中冰箱使用的方法,是使用電動機壓縮製冷劑(例如,氟利昂),將其變成液體。當壓縮機產生的壓力釋放時,液體蒸發,吸收熱量並降低溫度。

像太陽能冰箱這樣的吸收式製冷機使用熱源而不是壓縮機來將製冷劑從蒸汽變成液體。最常見的兩種組合是水與溴化鋰或混合。在每種情況下,製冷氣體都會被吸收,直到施加熱量,從而提高溫度和壓力。在較高的壓力下,製冷劑凝結成液體。關閉熱源會降低壓力,導致液體蒸發回氣體,從而產生冷卻效果。

與大多數技術一樣,這種吸收式製冷的效率取決於所應用的工程(和成本)程度。單效裝置的效能係數為 0.6 到 0.7——也就是說,每 100 Btu 的輸入熱量,它們產生 60 到 70 Btu(英國熱量單位)的冷卻量。這種低效率水平可以透過一些簡陋的材料來實現,例如一些管道、一桶水、一些氯化鈣(作為吸收劑)、(作為製冷劑)和一張閃亮的金屬片(太陽能集熱器)。

如果您想要做的是加熱或冷卻,那麼以這種方式使用太陽能可能比先將其轉換為電力更有效率——而且肯定更便宜。“這種方法應該可以與光伏發電相媲美,甚至更好一點,”新墨西哥州阿爾伯克基市桑迪亞國家實驗室太陽能專案經理湯姆·曼奇尼說。

僅僅為了提供一臺小型(每小時 6,000 Btu 或半噸)窗式空調的製冷量,就需要一個相當大的集熱器——86 平方英尺(8 平方米),假設面板效率為 40%。而中央空調機組通常為 30,000 Btu 或更高;很少有房主能騰出空間來安裝。

但對集熱器面積的擔憂取決於地理位置。在發展中國家,太陽能製冰機使當地人無需電力即可儲存村莊的食物或藥品。例如,今年 5 月,慈善組織國際海弗專案在肯亞的偏遠地區安裝了三臺太陽能製冰機。每臺製冰機將能夠冷藏 26.5 加侖(100 升)牛奶。預計兩個乳品合作社的 500 多名成員將直接受益。

在西方國家,對這種太陽能製冷的大部分興趣來自商業領域,而不是住宅領域。成本是一個原因——吸收式製冷系統通常每噸製冷量成本為 7,000 美元到 10,000 美元;大型零售商的一噸窗式空調起價約為 250 美元——但公司可以節省電費,並享有更良好的環保形象。

建築物入住模式是另一個原因;大多數美國人在白天都不在家。“住宅建築的白天入住率不如商業建築高,”德克薩斯州普萊諾市矢崎能源系統公司的銷售經理帕特·黑爾說。其他問題包括改造房屋以在閣樓中增加管道的費用。與聚光太陽能集熱器相關的高溫也引發了責任問題。

但一些企業家認為,住宅市場仍在興起。沃爾特·羅斯是奧斯汀太陽能空調公司(Austin Solar AC)的執行長,這是一家初創公司,正在測試 36,000 和 60,000 Btu 的太陽能製冷機。這些裝置僅透過直接利用太陽的熱量,在夏季提供製冷,在冬季提供供暖。“我們從一直使用丙烷供暖的人那裡獲得了很大的興趣,”他說。“我們遇到的最大問題是選址:大多數鄰里協會不允許在您的屋頂上安裝這些東西。”

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