一種基于太陽能的宿餐一體化系統

崔大召　柳蘭琪　龔振　孫如軍

（ 德州學院機電工程學院，山東　德州　253023 ）

一種基于太陽能的宿餐一體化系統

崔大召柳蘭琪龔振孫如軍

（ 德州學院機電工程學院，山東德州253023 ）

本系統設計為一種基于太陽能的宿餐一體化系統，它由太陽能熱水部分、太陽能發電部分、熱水循環部分、電能轉換部分、控制部分、廚房除煙部分.廚房廢熱利用部分.廢水循環利用部分等組成。

宿餐；太陽能；轉化；循環；回收

1　設計背景

分析國內外各種太陽能的利用工程案例，無非就是簡單的利用太陽能的光熱和光伏，而且在他們各種工程利用的時候還存在著各種各樣的能量損失，其損失量甚至高于其利用量，使得傳統的利用效率非常低。基于此我們研制了一個高效利用太陽能，能量損失極小的系統，本系統的研制將太陽能利用推向了一個新的高度，并能為國家大力發展太陽能提供了物質和技術的需要。

2　設計方案

2.1熱水循環部分

太陽能熱水器部分采用真空管和熱水保溫桶設計，真空管采用三層設計，最外層為高透玻璃，中間層為附有吸熱材料的吸收層，最內層為一個直徑為0.8㎝密閉的銅管和導熱油組成的導熱層，銅管的上部為一個直徑3cm的球體；最外層的高透玻璃和中間的吸收層之間為真空，有很好的保溫功能；中間的吸收層起著吸收太陽光的能量的功能，并將熱量傳遞給導熱層，導熱層內有一半70℃就能氣化的導熱油，導熱油氣化將熱量傳遞給熱水桶內的冷水，如此，可實現太陽能的熱量傳遞。由于導熱層內的的導熱油受重力的作用，在導熱層下部的只能是液態的導熱油，而上部則為氣化的導熱油，如此則可實現單向導熱，并且在寒冷的冬天也能正常使用。在室內的地板下有一條盤旋著的鋁管，由于重力的作用下熱水桶的熱水流進地面的鋁管內，再經水泵輸送到熱水桶中，如此，可實現熱水在室內的循環，并將熱水桶內熱水的熱量釋放在室內。

2.2發電及轉化部分

發電部分采用太陽能電池板和國家電網并網，以保證連續陰雨天的用電需求。太陽能電池板采用全天追光設計以保證太陽能利用的最大效率。太陽能電池板發的電一部分存入蓄電池中，另一部分經逆變器變為交流電之后直接為整個系統提供提供電能。存入蓄電池中的電儲存起來，待用的時候經逆變器轉化為交流電為用電裝置提供電能。轉化部分采用兩個大功率逆變器和兩個穩壓器組成，再次保證轉化的電能為220v交流電，為用電裝置提供一個好的“環境”。

2.3控制部分

控制部分由一片單片機、一個觸摸顯示屏、若干個繼電器組成。單片機作為整個控制部分的核心，來控制觸摸顯示屏顯示各個部分的工作狀態，并且用戶能通過觸摸顯示屏調節各個部分的工作模式和工作時間來實現人機的互動。單片機通過中斷和定時器控制繼電器的開路與短路，實現對各用電器電能的通斷。

2.4廚房除煙部分

此部分采用傳統的油煙機、大分子過濾網、組成。廚房作飯直接利用太陽能熱水器中并經消毒裝置消過毒的熱水，只需在需要一部分燃氣能就可以實現飯菜的制作，可以節省大部分燃氣。

2.5廚房廢熱利用部分

廚房廢熱主要包括燃氣廢熱和烹飪廢熱；烹飪廢熱中炒菜時的廢熱含有大量的有害物質和油污分子所以不加入循環，而蒸饅頭煮面條燒湯時的廢熱含有大量的高能水蒸氣，經抽風機抽取后直接進入用餐區的地板管網進行供暖；燃氣廢熱是由做飯時燃燒天然氣產生含有大量的熱能，排煙管內部裝有四層直徑為0.5cm小密度盤旋的鋁管，鋁管內有冷水流過，這樣就能利用38.5%的熱量，極大地增加了節能效果。

2.6廢水循環利用部分

廚房廢水主要是烹飪廢水洗菜廢水和洗碗廢水；烹飪廢水是做飯時洗鍋的水含有大量的油污，有著極大的污染性所以用專門的管道排入污水處理廠；洗菜廢水是比較清澈的水只含有極少量的沙塵，可以用管道流入一級洗碗池用于洗刷帶有大量油污的餐具；洗碗廢水是洗碗時的廢水經過一級洗碗池后油污幾乎除盡只需進入二級洗碗池用清水漂洗，一級洗碗池的水含有大量的油污可以和烹飪廢水一起排入污水處理廠；由于二級洗碗池中的水比較干凈可以用于涮拖布和抹布，而后可以用于沖洗衛生間。

3　工作原理與性能分析

采用追光太陽能電池板作為電能的主要來源，其追光的工作原理為：自動追光系統的小光電板組的各片小光電板嵌在架體板體上或其垂直側板上的圓弧軌面上且各小光電板板面與弧面切線平行，其所分布的小光電板至少有一片小光電板s［-2］位于圓弧前端約0度位置及一片小光電板s［+2］位于圓弧后端約180度位置；另，二片小光電板s［+2］、s［-2］之間（約在60度、120 度角等位置 ）各設有相等間隔的小光電板s［-1］、s［+1］，該四片小光電板s［-2］、 s［-1］、s［+2］、s［+1］同時將接受光源產生的電流數據輸入判斷邏輯單元后，其判斷步驟至少為：a、初始化啟動；b、讀取每片小光電板電流數據；c、若電流大小為s［-1］=s［+1］，停止步進馬達動作并跳至步驟b繼續進行流程；d、若電流大小s［-1］＜s［-2］，或s［+1］＜s［-1］，則令步進馬達開始反轉使架體反向修正即轉向s［-2］方向，反回步驟b繼續進行流程；e、若電流大小s［-1］＜s［+1］，或 s［+1］＜s［+2］，則令步進馬達正轉使架體正向修正即轉向s［+2］方向，并反回步驟b，繼續進行流程，以形成回圈，從而達到自動追光的目的。

4　創新點及應用價值

把太陽能熱水器和宿餐結合利用起來，使得太陽能的利用效率大幅度的提高；將廚房的產生的廢熱收集利用起來，使得熱量損失減少30%；將各個部分的廢水分級利用起來，可減少30%水的浪費。

本設計主要利用太陽能工作和其他費熱、廢水的收集有力的結合起來，極其符合現在的能源形式以及可持續發展策略。

［1］ 趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛，袁立強.太陽能光伏發電及其應用.科學出版社，2005，9-26

［2］ 崔克強，趙春江，吳達成.并網型太陽能光伏發電系統.化學工業出版社，2008，26-43

TQ320.5-18

A

1003-5168（2015）11-019-01

崔大召（1993.04-），男，大學本科，研究方向:清潔能源工程。

備注:本文系2015年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號201510448040）的資助。