1前言

太陽能是儲量最豐富、最清潔、最安全、具有巨大的開發利用潛力的綠色可再生能源。太陽能儲量豐富，地球可接收到太陽總輻射的二十二億分之一，即1.77×1014kW到達地球大氣層上邊緣，最終有8.5×1013kW達到地球表面，相當于全世界發電量的幾十萬倍。據估計太陽的壽命約為50億年，可以說太陽的能量是取之不盡用之不竭的[1]。近年來，我國開始實施“光伏能屋頂計劃”，光伏發電得到了迅速的發展，應用范圍正從偏遠地區進入城鎮，開始涉足龐大的電力市場，光伏技術的研究也在不斷深入。

2太陽能光伏技術

太陽能光伏現象最早是于1839年法國人發現的，但在38年后研制出的硒太陽能電池因為轉換效率太低（1%）而沒有得到推廣應用[2]。隨著科技的不斷發展以及能源危機的出現，以太陽能為代表的可再生能源得到了世界的高度重視，太陽能電池材料在生產工藝上得到了很大的發展。除了單晶硅電池外，多晶澆鑄電池得到迅速發展。此外以非晶硅、碲化鎘和銅銦硒為代表的薄膜太陽能電池也相繼進入市場。太陽能電池的特點是應用半導體光伏效應將太陽輻射直接轉換為電能。太陽能轉化的電全部為直流電，為了滿足平均日負荷下的用電需求可選擇不同數目的組件進行串并聯得到所需的直流電，或經過逆變器轉換為交流電加以利用。

3太陽能光伏技術的應用

為了充分利用儲量巨大、不受地域限制、清潔的太陽能，各國都進行了相應的規劃，如美國的“百萬屋頂計劃”，日本的“陽光計劃”，德國的“10萬屋頂發電計劃”以及我國的“光明工程”計劃等。目前，太陽能光伏的利用主要集中在LED燈上，在家電上的應用還處在實驗室研究階段，相應的批量化生產的產品比較匱乏。實際上，隨著太陽能光伏技術的成熟，在空調器、電視機、電話、冰箱、換氣扇等家電上的應用前景非常廣闊。

3.1太陽能光伏技術在冰箱上的應用

太陽能光伏技術應用的冰箱上分為直流應用和交流應用，其中直流應用中又分為低直流和高直流。若使用交流電需使用逆變器將太陽能電池板發出的直流電進行逆變為交流電，逆變的損失較大。若用高直流來驅動冰箱則需要太陽能光伏電池板的面積比較大，根據實際情況經濟方面不可行。中國家用電器研究院和北京工業大學在太陽能光伏低直流冰箱方面進行了全面的理論及實驗研究。此系統由太陽能光伏電池、蓄電池、控制器、低壓直流冰箱以及蓄冷部件等構成。其中，電壓為電池板提供的12V直流電，不使用逆變器。使用太陽能功率計，光伏控制器，數字式點參量記錄儀及溫度采集儀記錄相關的參數。通過測試及相關分析結果可知，經過改造后的光伏直流冰箱系統各部件具有良好的匹配性，光伏電源部分的配置能夠較好的滿足負載冰箱的運行需求。通過對改造后的冰箱進行晴天及陰天兩種天氣下采集數據并進行分析，證明太陽能光伏直流蓄冷冰箱系統在兩種天氣情況的應用情況都比較好，系統能夠正常工作，冰箱各間室溫度也基本能夠滿足要求，系統整體匹配性較好。通過對環境及太陽能輻射強度對太陽能光伏直流蓄冷冰箱的性能影響的分析，得出該冰箱的地域適應性。根據我國的溫度分布和太陽能輻射分布自北向南劃分五個溫度帶，即寒溫帶、中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶。根據北京、長春、烏魯木齊、成都、昆明、福州等其他幾個典型城市的各月平均日照總輻射量、月平均室外溫度、月日照時間內平均溫度、月平均輻射強度等條件來對以上城市進行分析。各典型城市的供耗電電差如表1所示。圖1反映了各個典型城市的耗能系統的最佳匹配季以及最差匹配季。由圖1可以看出，系統在各城市電量差最大月的值都超過了600Wh，特別是在北京、長春、烏魯木齊都高達900Wh以上；電量差最小月份，福州的差值最小低至149Wh，而其他五個城市都能維持在300Wh左右，由此可以基本得出系統在各個城市的適應情況。太陽能光伏直流蓄冷冰箱系統在北京以及長春、烏魯木齊等地區的具有良好的匹配性，昆明、成都兩地次之，而福州的匹配性相對較差。通過對晴天及陰天的實驗數據進行分析得出光伏電源部分的轉換效率分別為8.8%與11.4%，在晴天，陰天的情況下用負載冰箱消耗的電量與光伏電源部分的轉換效率的比值得到需吸收的光能量為3.602kWh和2.781kWh。根據冰箱的運行情況用相應的公式計算冰箱的基準耗電量為0.698kWh/24h，通過實驗數據對穩定運行下兩個周期的實驗數據進行分析，得出兩個周期的耗電量分別為0.317kWh/24h與0.316kWh/24h。通過各個周期的耗電連與基準耗電量的比值得到第一個周期的能效比為45.4%，第二天的能效比為45.3%。由最終試驗計算結果可知，經過不斷優化后的直流蓄冷冰箱屬于一級能效（η≤50%）。

3.2太陽能光伏技術在空調上的應用

由于太陽能光電轉換的成本要比光熱轉換的成本高，所以，太陽能在空調上的應用主要采用光熱轉換。光熱轉換中的太陽能吸收式制冷是目前應用最多的形式，其中溴化鋰吸收式制冷機的太陽能空調系統較為成熟。2010年，我國空調產量超過8000萬臺套，若利用太陽能，僅替代部分城郊和部分農村的空調器市場，所產生的節能減排的效益將十分可觀。空調系統的使用需要消耗巨大的電能(發達國家的空調能耗占全年民用能耗的25%),由此給能源、電力和環境帶來很大的壓力。若能將此技術應用到空調系統中將有效減少建筑能耗，緩解電力以及環境的壓力[3]。太陽能光熱的使用有一定的局限性，因此，太陽能光伏產業得到了迅猛的發展，太陽能光伏所產生的電，理論上可以驅動所有的家用電器。太陽能光伏空調器可選用全部由電池板供電或部分由電池板供電。全部由電池板供電的空調在理論上可行，但在經濟方面，若按1.5匹功率為1200W，太陽能電池板的價格按12元/瓦計算，電池板算需費用為14400元。考慮到目前空調的售價問題不能夠被接受，從而在經濟上不可行。因此，可以采用將太陽能光伏電并聯到市電中再供空調使用，實現部分應用太陽能。北京工業大學提出一種基于太陽能發電和市電供電混合能源的全直流空調器，該系統將220V交流市電轉經整流后變為直流電，與并網電源系統直接并聯。通過對每塊太陽能電池模組標配一個太陽能控制器，可以實現每塊太陽能電池板都能跟蹤到最大功率點，交流市電整流電路包含有源PFC電路。系統原理如圖2。系統中應用最大功率點跟蹤技術，保證太陽能電池陣列工作在最大功率點上，提高光電轉換效率。同時，應用小型化、模塊化、標準化的太陽能控制器安裝在太陽能模組上，實現分布獨立控制。