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湖北太阳能批发 太阳能半导体制冷技术的效率系统


湖北太阳能批发 太阳能半导体制冷技术的效率系统

还有无数资本正对太阳能光伏“心动”。福建泉州斥资18亿打造南安太阳能产业园;东汽峨半厂(生产多晶硅“鼻祖”的峨嵋半导体材料厂和东汽投资发展公司共同组建)投资25亿元在乐山兴建240兆瓦光伏项目,一期计划投资9亿多元,项目包括一条年产直拉多晶硅1200吨的生产线,一条年产太阳能硅片3000万片的生产线,和一条120兆瓦太阳能电池组件的三条生产线。乃至山东的毛巾生产厂、浙江海宁的皮革制品厂都跃跃欲试。

然而如此高密集的资本进入已经带来隐忧———“目前仅在公告中的太阳能多晶硅生产企业就有70多家”。无锡尚德总裁施正荣表示。

步伐已经过快?

资本扩张步伐在一些行内人看来,已经过快。

目前,我国生产的90%以上的太阳能电池被出口,在国内只有西藏、青海等少数地方有不并网的太阳能发电站。“不并网就意味着没有规模效应,商业上价值几乎可以忽略,那些地方是高海拔边远山区,现在的不并网发电站好比是一个试验。”业内人士表示。 但迅速扩张的国际市场让资本们觉得,眼下的国内政策瓶颈不是太阳能行业最大的问题。

截至去年年底,全球太阳电池的累计装机量已达12.3GWp,德国、西班牙、日本、美国、韩国是最主要的应用国。2007年,美国政府对光伏发电系统给予了税收抵扣补贴、低息贷款、以及各种投资补贴,以确保美国到2020年的总光伏发电装机量超过7GW,韩国则提出了“10万屋顶计划”,于2004年开始实施,该计划由政府对光伏系统的安装费用提供补贴,安装补贴最高可达系统价格的70%,或者最高现金补贴10000美元-15000美元。


   目前太阳能半导体制冷系统的效率还比较低,系统的一些重要技术问题还有待深入研究。

  1 太阳能半导体制冷的工作原理和基本结构湖北太阳能批发

  半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷 方式,因此又称为热电制冷或温差电制冷。半导体制冷器的基本元件是热电偶对,即把一个p 型半导体元件和一只 n型半导体元件连成的热电偶。

  当直流电源接通,上面接头的电流方向是n-p,温度降低,并且吸热,形成冷端;下面接头的电流方向是p-n,温度上升,并且放热,形成热端。把若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆,借助各种传热器件,使热电堆的热端不断散热,并保持一定的温度,把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热,产生低温,这就是半导体制冷的工作原理。太阳能半导体制冷系统就是利用半导体的热电制冷效应,由太阳能电池直接供给所需的直流电,达到制冷制热的效果。

  太阳能半导体制冷系统由太阳能光电转换器、数控匹配器、储能设备和半导体制冷装置4部分组成。太阳能光电转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置,另一部分进入储能设备储存,以供阴天或晚上使用,以便系统可以全天候正常运行。

  太阳能光电转换器可以选择晶体硅太阳能电池或纳米晶体太阳能电池,按照制冷装置容量选择太阳能电池的型号。晴天时,太阳能光电转换器把照射在它表面上的太阳辐射能转换成电能,供整个系统使用。

  数控匹配器使整个系统的能量传输始终处于最佳匹配状态。同时对储能设备的过充、过放进行控制。
然而,这些看似风头强劲的光伏公司却都面临发展、乃至生存的挑战。

太阳能产业步骤是:硅—硅矿石—提纯为冶金级硅—通过西门子法(或其他方式)提纯为多晶硅—硅棒(或硅烷)的制造,制成硅片并加工为电池和组件。最重要的步骤有三个,一是提纯多晶硅,二是生产硅片,三是成品电磁片。

按照太阳能电池近5年来的平均复合增长率35%计算,2007年全球共需太阳能多晶硅3.375万吨,2008年则需4.55万吨。充分考虑技术进步导致的硅料用料减少,2008年太阳能多晶硅料需求仍将达到4.1万吨。根据目前的全球的产能状况,2008年多晶硅的供应将依然紧缺。

  太阳能驱动的半导体制冷系统,结构紧凑,携带方便,可以根据用户需要做成小型化的专用制冷装置。它具有使用维护简单,安全性能好,可分散供电,储能比较方便,无环境污染等特点。另外,利用帕尔贴效应的半导体制冷系统与一般的机械制冷相比,它不需要泵、压缩机等运动部件,因此不存在磨损和噪声。它不需要制冷剂,因此不会产生环境污染,也省去了复杂的传输管路。它只需切换电流方向就可以使系统由制冷状态变为制热状态。这些无可比拟的优点,使得人们对太阳能半导体制冷技术产生了浓厚的兴趣。

  储能设备一般使用蓄电池,它把光电转换器输出的一部分或全部能量储存起来,以备太阳能光电转换器没有输出的时候使用,从而使太阳能半导体制冷系统达到全天候的运行。

  2 太阳能半导体制冷的关键问题

  太阳能制冷系统最大的不足是制冷效率较低,同时成本也较高。这严重影响了太阳能制冷系统的推广和应用。若提高和改善太阳能制冷系统的性能,要从下列几个关键问题入手

  (1)改善半导体制冷材料的性能湖北太阳能批发

  太阳能半导体制冷系统的核心在于半导体制冷材料,半导体制冷系统效率较低的主要原因在于半导体制冷材料热电转换效率不高。

  最终决定热电材料性能优劣的是优值系数 Z

  其中:α—半导体制冷元件的塞贝克系数;

  R—制冷元件的电阻;

  Kt—制冷元件的热导率。

  优值系数Z和温度T的乘积ZT,是评价材料 性能的常用参数。就半导体制冷而言,如果其制冷性能要达到能和机械制冷相媲美,无量纲参数ZT, 要达到3以上。目前各国普遍使用的半导体材料远达不到这种水平。室温下最常用的热电材料(Bi-Sb-Te-Se系列固溶体)的ZT值大约为1。因此,如何改进材料的性能,寻找更为理想的材料,成为了太阳能半导体制冷的重要问题。

  (2)系统的能量优化

  太阳能半导体制冷系统自身存在着能量损失,如何减少这些损失,保证系统稳定可靠地运行是十分重要的问题。光电转换效率和制冷效率是衡量能量损失的主要指标。光电效率越高,在相同的功率输出情况下,所需的太阳能电池的面积越小,这有利于太阳能半导体制冷系统的小型化。目前普遍使用的太阳能电池的光电效率最高为17%。对于任何制冷系统来说,制冷效率COP是最重要的运行参数。目前,半导体制冷装置的COP一般约0.2~0.3,远低于压缩式制冷。经过试验研究发现,冷、热端温差对于半导体制冷的效率有很大的影响,通过强化热端散热方法能使半导体制冷系统性能得到很大的改善。

  (3)系统运行的有效控制和优化匹配

  与一般的制冷设备不同,太阳能半导体制冷系统受太阳辐射和环境条件影响,系统工况

  一天内往往有很大的变化。因此在太阳能半导体制冷系统中,除了太阳能电池和半导体制冷

  装置外,还需配备蓄电池和数控匹配器。蓄电池是保证太阳能制冷系统连续运行的重要条件。湖北太阳能批发

  数控匹配器使太阳能电池阵列输出阻抗与等效负载阻抗匹配,使功率输出处于最佳状态,同时对储能设备的过充、过放进行控制。要实现整个能量传递环节在最优工况下进行,保证系统的可靠性、稳定性和高效率,就必须对整个系统的运行进行有效的控制。因此,选择合适的储能设备、研制有效的控制器对整个太阳能制冷系统来说是非常重要的。

  另外,提高太阳能电池转换效率问题,同样是实现太阳能制冷系统大规模应用的重要问题。

  3 太阳能半导体制冷技术的现状和应用前景

  虽然,目前太阳能半导体制冷综合系统的实际应用还不多见,但是已有很多学者展开了相关研究和分析,并取得了不少成果。

  A De Vos 使用内可逆热力学方法对太阳能电池的光电转换效率成功进行了解释和探讨。

  C B Vinning 用热力学类比方法研究了热电制冷过程。,T Hara等对太阳能半导体制冷帽进行了系统研究。湖北太阳能批发V C Mei等对一种太阳能辅助半导体汽车空调进行了系统的分析。沙特的sofrata着重讨论过用于沙漠地区的太阳能半导体制冷装置的散热方式有效性问题。邹今平对一种用于保存疫苗的太阳能电源冰箱系统电力匹配特性进行了分析。代彦军等对太阳能光伏系统驱动的半导体冰箱进行了系统试验研究和理论分析,并获得了专利。这些工作在一定程度上都推动了太阳能半导体制冷系统的发展,为进一步扩大应用奠定了基础。

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