太陽能光伏\\光熱及制冷一體機

2008年的原料漲價和能源緊張，引起了我們對能源的關注。太陽能財富故事深深打動了我們，使我們了解到太陽能分布廣泛，是自然界最豐富的可再生清潔能源。但人們為什么還不大規模利用太陽能，實現零排放呢?通過走訪專家，我們了解到，光伏和光熱技術已經發展到足以實現這種要求了，唯一的問題是資金短缺。如何把“就差錢”變為“不差錢”，成了我們的核心課題。下面是研制過程的一些小花絮，讓我們一起回味一下創新過程的激情和快樂吧。

用電結構里面大有文章

我們對部分城鎮居民的用電結構進行了調查，發現80％的用電都消耗在與冷熱有關的需要上，如：空調、熱水和做飯等；只有20％的電消耗在必須用電的地方，如：電視、電腦、照明、洗衣和音響等。現在太陽能光伏系統的光能一電能的轉化效率約為20％，其他80％的光能主要以熱能形式耗散掉了，丟掉80％太可惜了!

通過對現有太陽能光伏系統能量轉化結構和居民用電結構的對比分析，我們發現二者的能量結構十分相似，于是，我們決定沿著光伏和光熱兩條并行主線同步展開研究，提出“以光變電，用熱制冷、制熱”的綜合方案，研制了一款基于光伏、光熱復合結構的具有太陽能光伏、光熱和制冷功能的一體機。其總體結構分為：太陽能聚光系統、陽光自動跟蹤系統、光伏板發電蓄電及充電放電控制系統、集熱蓄熱系統和熱水制冷系統。

太陽能應用也有難念的經

太陽能分布廣泛，但單位面積的能量密度不高，每平方米太陽能僅有約1千瓦，每平方米太陽能硅電池發電峰值功率200瓦，要大約三千元。通過聚光可以提高硅電池的輸出功率，減少高耗能硅材料的使用，經濟實用，但是有一點要注意，即太陽時刻在運動，因此必須找到太陽的運行規律，使聚光系統跟著太陽走。

為了觀察太陽運行規律，馬君捷在一個木板上鋪上一張白紙，在其中心處釘上釘子，就算是日晷吧。從上午8：00開始，我們三人輪流做記錄，每半個小時將影子的頂點標記出來，一直記錄到下午18：00。結果發現高度角和方位角都有很大的變化，而且高度角還上下反復，所以，自動跟蹤太陽光非常必要，也有難度。

由害羞蟲引發靈感。仿生跟蹤太陽

怎樣才能做到自動跟蹤太陽光呢?許多天，我們都沒有明確可行的思路。在一次研制討論中，馬君捷突發靈感，想到初中做過的一道生物實驗題。有一種很常見的蟲子，學名叫鼠婦，在鄭州叫它潮濕蟲。我們曾經從潮濕的磚頭下面抓來過幾只，并做了光線對它們影響的實驗，發現它們會跑到有擋光片的一邊以逃避光照，所以我們給它起了個名字——害羞蟲。于是，我們決定利用害羞蟲的特點，發明一種仿生害羞蟲避光式陽光跟蹤傳感器。思路是：擋光片的垂直影子里只能放下4只害羞蟲，正對陽光時，它們4個相安無事，一旦陽光偏移，至少會有一只被陽光照到，平衡就被打破了，用4個光敏電阻代替4只害羞蟲，陽光跟蹤傳感器不就解決了嗎?

于是，我們制作了正方形擋光片，用廢針管作為支撐件，用紙疊成隔離片，在擋光片的正下方分前后左右方向設置四個光敏電阻，制成傳感器。當陽光有所偏移，必定有至少一個光敏電阻被陽光直射到，被陽光照到的光敏電阻的阻值就會急劇下降，然后利用電壓比較器將其區分出來，并驅動相應的電機向相應的方向運動，從而實現自動跟蹤。具體工作就交給了懂電子電路的蔡沐青，仿生害羞蟲避光式陽光跟蹤傳感器就這樣應運而生了。

用熱制冷又制熱

聚光問題解決后，光伏板的發電電流有明顯提高，同時光伏板溫度也有明顯提高。用紅外測溫槍一測，12月份的冬季也能達到62％，疑問立即出現：冬天都這么熱，夏天怎么辦?宋丹丹提出了在太陽能光伏板后加裝集熱水箱，使發電和集熱同時獲得，光伏、光熱復合光靶的雛形由此形成。

考慮到循環水泵節能問題，在集熱水箱上出口處加裝了一個機械溫控器，當水溫達到設定值時開啟循環水泵，溫度回落后就停止。集熱水箱的溫度有分層現象，溫度高的水在上層，溫度低的水在下層，所以循環水泵間歇式的工作模式，確保輸送往蓄熱水箱的溫水都在設定值以上。為了保溫，除接觸光伏板用于集熱的一個面，我們在集熱水箱的其他5個表面都附上了保溫泡沫；為了提高傳熱效率，在集熱水箱與光伏板接觸的這一面上涂上了導熱硅脂，以降低光伏板與集熱水箱集熱面的溫度差。

熱水有了，特別是夏天熱水更多，試想，1平方米1千瓦，1000平方米就是1000千瓦，就算60％的效率，熱水量也是十分巨大的，必須給熱水以出路。暑假一個偶然的機會，我們發現鄭州一個大酒店附近的熱力暗井有熱氣冒出，難道夏天熱力公司還在供熱?進一步了解后我們得知，原來大酒店是用熱作為能源進行制冷的，這下我們的熱水總算找到了理想的出路，夏天制冷的問題也解決了，真是太棒啦!不過，制作熱水型溴化鋰吸收式制冷裝置水路和制冷部分比較復雜，我們在有關專家和老師的指導下，通力合作，最終由馬君捷“主刀”完成了這一艱巨的任務。

創新的過程像引人入勝的故事一樣跌宕起伏，精彩紛呈，我們時而苦苦地尋覓，時而激情飛揚地暢想，時而勤奮地勞作，時而快樂地收獲。項目的完成，使我們提高了感悟能力，增強了自信，對我們未來的成長也起到了很好的促進和啟迪作用。