太陽能冰箱

由於太陽能光伏冰箱的內部結構與傳統冰箱相同，只是供電裝置改為太陽能電池，因此實現起來相對簡單。國外文獻報道顯示，很多實驗結果表明，把傳統交流冰箱改製成適用於光伏太陽能系統的直流冰箱后，各部件可以正常運行，冰箱可以正常工作。而在國內，針對太陽能光電製冷冰箱的研究也不少，並有一定進展。《太陽能學報》2007年報道了劉群生等對一種光伏直流冰箱系統運行性能的研究結果，該系統的唯一動力源為太陽能，採用直流壓縮機，系統中配有蓄電池。實驗結果表明：該冰箱冷凍室的最低溫度可達-16℃，冷藏室可達0~10℃，在25℃的環境溫度下工作時，運轉率為48%。早在1997年，黃福林就將新型全數字式SPWM調製方式應用在太陽光電製冷冰箱的變頻電路，並實現了冰箱溫度的自動控制。

在太陽能半導體冰箱的研究方面，甘肅自然能源研究所鄒今平及羅斌等，都曾撰文介紹太陽能電池驅動的半導體製冷冰箱系統的基本結構，建立了太陽能電池驅動的半導體冰箱的理論模型，並對系統性能進行了數值模擬，分析了太陽輻射強度和環境風速變化對太陽能半導體製冷系統性能的影響。

21世紀90年代，中國已經開始對太陽能吸附製冷冰箱的研究，但是大多數還局限在實驗室，尚未達到預期的實用化程度，主要原因是受到製取溫度高及太陽能的時間局限性的影響。同時，太陽能吸附製冷冰箱室外吸附床和室內製冷器之間需要管路連接，也是影響太陽能吸附製冷冰箱進入批量生產階段的主要障礙。

為了解決以上各種缺陷，國內研究人員從系統循環機理、吸附製冷工質對的選擇、太陽能冰箱的性能、內外特性分析及優化設計等諸多方面對太陽能固體吸附式製冷技術進行了詳細分析研究。上海交通大學製冷所熱環境研究室孫長江經過數年潛心研究，按照批量生產所要求的工藝和流程，製造了兩台太陽能吸附式冰箱。實驗結果表明該冰箱性能較為穩定，證明這種太陽能冰箱在技術上已經具備了成熟的生產製造條件。

在太陽能吸附冰箱中，吸附工質對的選擇非常重要。國內研究人員嘗試研究不同的吸附工質對的吸附特性，其中包括CoF2-NH3、SrCl2-NH3、活性炭-甲醇、活性炭-乙醇等。實驗結果表明，CoF2-NH3工質對的單位吸附量大，達到最大吸附量時的溫度要求低，吸附周期短，並且多次重複吸附后既不結塊、也不膨脹，為化學吸附式製冷系統的小型化和實用化提供了新的可能性；SrCl2-NH3工質對的吸附製冷量大，適宜太陽能或低品位餘熱驅動，是性能優良的工質對；活性炭-甲醇工質對較之活性炭-乙醇工質對更適用於太陽能固體吸附式製冰機中。

高效太陽能集熱器是太陽能冰箱的關鍵部件，有非聚焦型太陽能集熱器和聚焦型太陽能集熱器兩類。其中，非聚焦型太陽能集熱器分為平板型、真空管和CPC型三種，這三種集熱器集熱溫度均不高，在250℃以下，屬於低溫或者中溫太陽能集熱器；聚焦型太陽能集熱器分為槽式、碟式和塔式三種，通常情況下，這三種聚焦型集熱器集熱溫度均可達300℃以上，屬於中高溫集熱器。對於太陽能冰箱而言，非聚焦型太陽能集熱器主要應用於太陽能吸附製冷冰箱系統，而聚焦型太陽能集熱器可應用於太陽能光電製冷冰箱系統。國內外對太陽能集熱器的研究和利用多限於中低溫範圍。

國內外對太陽能冰箱研究最多也較接近實用化的是太陽能光電製冷冰箱，而對太陽能吸附製冷冰箱的研究，還停留在對太陽能製冷的基礎理論和試驗樣機的研製上。

太陽能光電製冷冰箱一般採用常規的冰箱外接太陽能發電裝置，研究重點在太陽能電池的充放電特性，由於對冰箱壓縮機光伏特性考慮較少，對太陽能光電製冷冰箱各部件匹配性的研究也不夠完善，並且太陽能吸熱裝置的效率非常低，因而整個系統的效率尚不能與傳統冰箱相比，成本也比傳統冰箱高的多。在太陽能吸附式製冷冰箱方面，當前研究較多的是吸附劑—製冷劑工質對的性能，需要解決吸附床傳熱性能如何進一步強化，吸附床、集熱器白天集熱和夜間散熱之間的關係如何有效的解決，如何將夜間的製冷量有效地貯存到白天使用等問題。在太陽能冰箱應用開發中亟待進一步解決的關鍵技術如下：

1.高效太陽能集熱器技術

太陽能集熱器是太陽能轉化為熱能的裝置，在太陽能冰箱系統中佔有重要地位，其效率和價格會直接影響到整個太陽能冰箱的效率和經濟性。為了提高太陽能集熱器的效率，當前的研究大多局限於吸收器和聚光裝置結構的改進，而對集熱器吸熱本質的研究投入較少，而吸熱的本質體現在材料的光學特性，即對某個波段的光的吸收能力。因此，筆者認為，吸收器及其表面吸收塗層材料的研製將是提高太陽能冰箱集熱器效率的關鍵所在，在技術上還有很多值得改進和發展的地方，如在吸熱器表面塗上對太陽輻射具有很高光譜吸比的塗層，以保持最大限度採集太陽輻射能；或者根據材料的輻射特性合理選用吸熱面材料以使其在0.3~3μm的波長範圍內的光譜吸收比接近於1。

2.高效太陽能蓄能技術

為了克服太陽能的時間性所導致冰箱白天和夜裡工作狀況不能一致的缺陷，在系統設計時，應設計一個合理的蓄能裝置，以便把白天產生的能量部分蓄存起來，供晚上或陰雨天使用，真正實現全天候製冷，以達到與常規冰箱一樣的效果。當前，太陽能光電蓄能主要有如下幾種，即電容器蓄能、鉛蓄電池蓄能、鎳氫電池蓄電和鉀離子電池蓄電。以上各種蓄能電池的應用技術已經較為成熟，只是蓄能容量偏小，如何提高該類型電池的容量是今後的研究方向。

太陽能吸附製冷冰箱已採用和正在研究的蓄能技術，主要是利用工作介質狀態變化過程所具有的顯熱、潛熱效應或化學反應過程的反應熱來進行能量儲存。由於潛熱蓄冷技術是利用物質相變時需要吸收或放出熱量的特性來儲存或釋放能量，同吸附式製冷原理相同，因此潛熱蓄能技術的研究對太陽能吸附製冷冰箱的蓄能來說具有實際意義。另外，對於太陽能吸附製冷冰箱的蓄能技術，要從對工質對本身特性的研究發展到放在整個系統中進行，並對吸附製冷裝置的結構做進一步改進。

傳統冰箱的使用需要消耗大量常規能源，間接對環境造成的污染越來越嚴重。從中國現階段的能源供應情況和環境保護需求來看，開發使用清潔能源的冰箱將是大勢所趨。另外，中國有許多偏遠地區和游牧民族至今尚未被納入供電網路，還沒有條件使用電冰箱保存食品，這些也為太陽能冰箱的開發提供了潛在市場。

但是，現階段也存在種種因素限制著太陽能冰箱製冷技術的廣泛應用。一方面，由於太陽能的利用效率低、價格高，並且受時效影響，對於居住相對集中的樓房，集熱器的安裝將受到很大的限制；另一方面，太陽能製冷有多種形式，但就的研究現狀來看，各種不同形式的製冷系統均存在不足。如何進一步提高系統的運行效率以及各種製冷循環的聯合運行都是將來研究的重點領域。隨著太陽能冰箱系統設計所需的新材料、新技術的發展，在政府節能環保和家電下鄉政策的支持下，太陽能在冰箱製冷中的研究應用一定會取得很大的發展。

當前以消費大量電力驅動傳統冰箱的技術已日趨完善，單純從高效、節能、省電方面對冰箱進行技術革新已很難有大的突破，但太陽能冰箱還有較大的發展空間，將是未來冰箱業的一個發展方向。太陽能冰箱的開發是冰箱行業的一次重大革新，對於帶動整個冰箱產業技術鏈的升級換代具有巨大的推動作用，並將為環保、節能減排等做出巨大貢獻。

據英國媒體《每日郵報》報道，英國學生艾米麗發明了以太陽能為動力的冰箱，這種冰箱既環保有便於攜帶，這是一項簡單而又超群的發明，它會使得商業巨頭們垂涎三尺。

這種冰箱不僅使用太陽能供電，而且它的製作材料來自普通家庭，是發展中國家最理想的家電用品。

肯明斯小姐四歲時收到的一份禮物，是一把鐵鎚，從那時起她開始花費大量的業餘時間用普通材料製作東西。

她曾經因為關節炎患者製作擠牙膏器獲獎，也為製作輸水裝置而獲獎，這次為發展中國家所使用的太陽能冰箱再次獲獎。

實際上，艾米麗和她78歲的祖父彼得-哈里斯是在盆栽鵬里發明了這種冰箱。21歲的艾米麗-肯明斯在她祖父的盆栽鵬從事學校的一個研究項目時突然想到了一個好主意。這種冰箱正在改善非洲數千貧困民眾的生活。

她的“耐用”冰箱的工作原理是通過蒸發作用，可使易腐爛的食物保鮮數天，如牛奶和肉。冰箱溫度在不用電的情況下可保持在攝氏六度左右。

冰箱由兩個圓柱形容器組成——一個裡面套著一個，不接任何電源。外層容器可以用任何隨手就能拿到的東西製成，包括木頭和塑料，外層容器上有洞，是從裡面鑽的。內層容器由金屬製成，上面沒有洞，為的是使裡面的食物保持乾燥。內外容器之間的空隙由沙子、羊毛或泥土之類的材料填充，這些材料可以吸水。在炎熱的氣候里，太陽的照射使這種潮濕的材料升溫，水蒸氣蒸發掉。當這種材料接觸到內層容器壁時，通過蒸發過程使內層容器溫度降低，保持在攝氏六度。再次濕透的材料將使得“冰箱”繼續工作。

來自西約克郡凱利鎮的肯明斯小姐說，“要生活，人人都離不開冰箱。我想做一個簡易冰箱，所以幾年前我就開始研究如何使東西冷卻。從生物學來講，我們能看到的最簡單的冷卻方法是可以通過發汗或蒸發。這個想法使我成功地設計並製作出太陽能冰箱。”