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《新潮电子》

2018年03期

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迎接阳光

太阳能家电巡礼

文/ 周丁 图/ 周丁
前言 “神说,要有光,于是便有了光”——阳光不仅仅让世界有了昼夜之分,更是生命不可或缺的元素,而随着人们对阳光应用的深入挖掘,太阳能以廉价清洁能源的身份走进人们生活,尤其是对于看着每月电费单头疼的人们,能够创造财富的屋顶太阳能分布式发电、能够节省开支的太阳能家电绝对拥有成为互联网新风口的潜力。

太阳能家电成市场新热点

提及太阳能家电产品,很多人第一反应便是太阳能热水器,实际上,美的、格力等巨头早早便尝试推出了太阳能空调,新飞更为市场带来了太阳能冰箱,加上近年来太阳能家用应急灯、太阳能电子秤等太阳能小家电的井喷,整个太阳能家电行业出现加速普及的趋势。

 

太阳能家电的崛起,本身也符合家电新能源趋势,与物联网、空气能、生物质能、地源能等众多新能源技术相比,2010年底以来太阳能技术在与家电的融合中抢得头筹,受到了企业的热捧,市场上先后出现了太阳能空调、太阳能冰箱、太阳能电视等新能源家电,成为企业新的利润增长点。

 

一方面,以美的、格力、海尔为代表的传统家电企业积极进入太阳能家电领域;另一方面,皇明、四季沐歌等太阳能企业也积极向家电领域渗透,加上积极在太阳能小家电领域打拼的初创企业,推动着整个市场快速成长。

 

持续政策利好推动行业发展

作为清洁能源的重要分支,太阳能光伏行业得到国家政策长期的鼓励和扶持,新能源家电早已被中国家电协会列入产业“十二五”发展规划中,而《太阳能发展‘十三五’规划》、《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》等等诸多行业政策都积极推动了整个太阳能光伏行业的发展,太阳能家电的崛起可以说是厚积薄发的结果。

 

除大环境有利于行业发展外,涉足太阳能家电行业的企业也积极同掌握先进技术或专利的国际企业合作,日出东方牵手加拿大康索沃致力于“太阳墙”采暖技术在国内的推广、万和新电气携手博世热力技术事业部致力于热泵热水器、电热水器、太阳能以及水箱的研发和生产、海尔并购奥地利GREENoneTEC平板太阳能制造商等等动作让国内太阳能光伏行业企业发得到快速发展的机会,各式创新技术和产品层出不穷。

 

同时,太阳能光伏本身是一个发展和沉淀时间较长的行业,各种行业标准规范以及企业行业自律的出现,都让行业有望驶上加速发展的快车道。

 

两大阵营催生多样化

自地球上生命诞生以来,就主要以太阳提供的热辐射能生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为制作食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,并不断得到发展。

 

太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式,而这两种方式也催生了太阳能家电的两大阵营,人们熟悉的太阳能热水器便是光热应用的典范,而屋顶分布式光伏发电便是光电转换的代表,两大阵营众多产品在这些年里不断渗透进入人们生活,让太阳能成为人们生活不可或缺的新能源。

 

此外,光化利用、燃油利用也是太阳能光伏的重要发展方向,不过其应用目前大多服务于工业企业,同大众在生活上的交集并不太多。

 

 

不仅追求效率的光伏发电

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,主要部件由电子元器件构成。

 

光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中某个电子全部吸收,电子吸收的能量足够大,能克服金属内部引力做功,离开金属表面逃逸出来,成为光电子。光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。

 

光伏太阳能电池板的光电转换率见证了光伏发电技术的发展,从薄膜到多晶硅再到单晶硅的发展过程中,不仅仅是光电转换效率提升的过程,也是产业技术不断升级更迭的过程。无论是单晶硅电池板还是多晶硅电池板,根据生产工艺的不同产生废水也不尽相同,总体可归纳为少量浓碱废液,少量含氢氟酸(浓度较高)酸废液,大量一般酸碱废水,大量含氢氟酸(浓度较低)酸废水。废水加上生产过程中的尾气,处理不当都可能造成环境的污染,这也是光伏发电备受争议的地方。

 

把温度装起来的光热转换

光热转换是指通过反射、吸收或其他方式把太阳辐射能集中起来,转换成足够高温度的过程,以有效地满足不同负载的要求。太阳能光热转换分为吸收和转换两个过程,蓄热材料、导热材料不仅需要有较好的太阳能吸收效率,其传导过程中更要避免热能的丢失。

 

太阳能热水器是相对具象化的产品,目前太阳能热水器的类型很多 , 其构造主要有集热器和蓄热器两大部分组成 , 其中集热器是技术关键 , 直接关系到太阳能热水器的使用性能和能够正常运行的环境温度条件。

 

 

太阳能热水器工作过程中,阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上,将太阳光能的热量吸收,由于两层玻璃之间是真空隔热的,传热将大大减小(辐射传热仍然存在,但没有了热传导和热对流),绝大部分热量只能传给玻璃管里面的水,使玻璃管内的水加热,加热的水便轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶,桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充,如此不断循环,使保温储水桶内的水不断加热,从而达到热水的目的。

 

非常关键的储能设备

无论是光伏发电还是光热转换,储能技术和设备都是太阳能光伏应用中不可或缺的一环。随着分布式能源的发展,分布式储能系统可以完全与之融合。一栋房屋,屋顶可以是太阳能发电,屋内的墙体和地板就可以嵌入储能设备,同时,储能技术在具体的产品应用中也相当重要。

 

“光伏+储能”一直被视为太阳能利用的未来,储能技术能够在很大程度上解决新能源发电的随机性、波动性问题,可以将风电、光伏发电可靠地并入常规电网。除了上升到电网上以需求太阳能更多价值的发挥外,家庭使用太阳能储能设备,本身就能为各太阳能家电设备甚至传统家电设备提供动力。

 

“自给自足,余电上网”有力推动了大众对光伏+储电应用组合的认识,而且随着技术的进步,不仅仅是储能取暖器这样的太阳能小家电产品能够成为储能应用的刚需,即使是电动汽车充电也可使用太阳能家庭储能系统。

 

 

屋顶也能发电赚钱

分布式光伏发电特指在用户场地附近建设,运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网,且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施,较高的资源利用率和对能源的创造性,让分布式光伏发电成为近年来太阳能光伏利用的趋势。

 

分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。

 

 

分布式光伏发电系统通常被安置在房顶,不过不同地区天气环境以及分布式光伏发电系统服务商能力高低不同,其投资回报率也有所不同。依据目前市场价格,光伏投资的回报率在18%30%之间,已经算是相当不错的投资项目了,其本身产生的电能也能供给用户家庭日常使用。

 

久经考验的太阳能热水器

很多人认识并接触太阳能利用都是从太阳能热水器开始的,而经历了狂飙猛进、大范围洗牌等一系列动作后,太阳能热水器领域日趋成熟和规范起来。

 

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的加热装置,将水从低温加热到高温,以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器,主要以真空管式太阳能热水器为主,占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成,把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管,真空集热管利用热水上浮冷水下沉的原理,使水产生微循环而得到所需热水。

 

 

2000年以后,住宅商品化的发展以及家庭对热水需求的大幅度增长,为太阳能热水器的发展提供了巨大的市场空间,我国太阳能热水器行业持续保持了健康发展。不过随着家电下乡政策的推出和太阳能热水器产能过剩,整体产业已经到了变革的新阶段,类似“集分式”太阳能热水系统以“集中集热-分户供热”的概念渗透进入高层、小高层建筑市场,有望打开新的市场空间。

 

太阳能为空调注入绿色动力

继变频技术后,太阳能光伏技术在空调上的成功应用,有望推动国内空调产业的绿色低碳化转型,同时也为传统产业的发展注入了绿色动力。

 

目前,全球范围内关于太阳能技术在空调上的应用主要集中在三个方面:一是利用太阳能集热器制热后,与传统空调的冷媒介质进行热交换,典型的冷媒介质为溴化锂+水或氨水。二是利用太阳能光伏发电,通过蓄电池在无市电环境下的太阳能电池供电。三是利用太阳能光伏发电后,通过与市电无缝切换,随用随取不需要储能。

 

通过太阳能光热与空调冷媒介质的热交换,这种只适合于大型中央空调,存在设备造价高、投入大,需要专门的空调备用系统,很难在市场上推广应用。而太阳能光伏蓄电储能驱动空调运行,不仅需要对空调现有的压缩机、电机等系统进行专业技术改造,还面临着蓄电池寿命短、形成二次污染等问题,并且其价格昂贵,仅适合可以奢侈消费的极少部分用户。

 

而直流准并网方式成功实现了“太阳能发电优先使用、不足功率由市电补充”的动态技术解决方案,在阳光充分时使用太阳能供电,当太阳能发电变弱时,市电无缝、平滑切入补充。

 

从马路到屋内的太阳能照明

在公路上,人们对太阳能路灯早已习惯,太阳能照明以太阳能为能源,通过太阳能电池实现光电转换,白天用蓄电池积蓄、贮存电能,晚上通过控制器对电光源供电,实现所需要的功能性照明。

 

通常人们在公路上见到的太阳能路灯分为独立使用的太阳能光伏照明和太阳能与市电互补照明两种,根据不同的环境情况会选择不同类型的太阳能路灯,同时,航海、航空和陆上交通信号灯、草坪灯、景观灯等等照明系统当前也大力引进了太阳能系统,以满足环保节能的需要。

 

 

太阳能照明被公共事业建设大量使用的同时,也渐渐被家庭用户所接受。从照明灯、应急灯到走廊灯、脚灯,都能看到太阳能应用的身影,其技术难度或许不如热水器、空调、电视等大家电,但相对较低的价格让其更容易被大众接受。

 

有光就有电的太阳能充电宝

太阳能在3C数码领域的应用同样尝试了多年,不过相对成熟的还是充电宝。

 

太阳能充电宝上市之初曾被各种抱怨,标称20000毫安的太阳能移动充电宝理论上需要近百天才能充满,而容量虚标也是很大的问题,不过经过这么长时间的发展,太阳能充电宝同样进步非常明显。

 

 

传统太阳能充电宝即使好点也就使用单晶硅电池片,20%以上的转换效率看起来高,可极小的面积同样会限制充电效率,而在不断尝试中人们更倾向选用搭载太阳能发电纸的充电宝产皮,其展开后受光面积足够,充电效率会更高一些。当然,无论哪种太阳能充电宝,其在使用过程中更多是作为临时补充使用,不能放太多的希望在上面。

 

 

四季沐歌O+智龙星太阳能热水器

 

四季沐歌O+智龙星采用第五代精钻航天管材,提升吸热效率之外,还采用航天绝热舱和速热舱设计,持久强劲锁定热量,让热水更持久。

 

175L(20管)大水箱可以满足用户日常洗漱甚至浴缸的沐浴需求,摒弃了传统太阳能热水器的复杂操作,“全自动”模式设置后,可自动上水、加热、防溢流,使用更简便,可以成为出色的智能热水管家。

 

省电效果明显的格力光伏空调

 

格力光伏空调的正式名称应该是“格力光伏直驱变频离心机”,该设备由光伏发电系统、中央空调变频离心机组、发用电一体化管理系统等三大子系统组成,光伏发电系统是光伏直驱变频离心机系统中的发电单元,其提供的电能不仅可以给中央空调机组提供动力,也能在中央空调机组不工作或发电有盈余时,向市政电网送电;中央空调变频离心机组是光伏直驱变频离心机系统中的做功单元,需要消耗电能;发用电一体化管理系统是光伏直驱变频离心机系统中的能源控制中枢,对发电单元产生的电能进行分配和调拨。

 

格力光伏直驱变频多联机通过光伏发电、光伏直驱变频多联机、智能化管理系统三方面完美结合,全方位、多角度相互配合,能够实现全年发用电量持平,综合用电为零。

 

针对户外使用的太阳能冰箱

名为Anywhere Fridge的太阳能冰箱拥有80升的大容量以及折叠式设计,折叠后厚度仅为 13cm,可轻松放入包包中携带,支持温度为-20℃〜10℃,可根据需要冷冻或冷藏。备有USB接口,可为各种智能设备充电。备有充电电池,白天晒过太阳之后,晚上还可以持续使用12小时。

 

能为数码设备充电的太阳能窗帘

一款名为RolarBlinds的太阳能窗帘由设计师NathanWebb设计,利用印刷光伏技术的独特美学特性,在外观上让人们看起来,就像是一幅幅涂鸦作品一样摆放在家居之中,不一样的画面感。

 

RolarBlinds太阳能窗帘,其所使用的材质为半透明的印刷PV材料,不仅透光性能不错,在白天能够削减太阳的眩光,而且还具备较好的柔性。在其拉杆中,便隐藏了一块圆柱形的储能电池,所配备的USB接口可为我们的手机等设备充电。而且,这块小巧的电池还可以取出,在外出时,更方便用户携带使用。

 

电视也能用太阳能

太阳能电视机早先出现在中央给藏民的捐赠物质中,以长虹太阳能便携式直播卫星数字电视为例,实现电视机、卫星接收天线、电源及箱体包装一体化便携式设计,为牧民提供从电源供给到电视节目获取、接收,再到节目观看的“一站式”电视收视体验。

 

该系统产品主要由“直播卫星数字电视机”和“太阳能电源”两大部分组成,可收看40多套电视节目,适应高温高寒地区极端自然环境使用,具有不错的创新性。

 

为户外爱好者准备的太阳能应急灯

太阳能灯泡在家庭渗透的速度非常快,简单、实用还节能的小设备很受家庭用户欢迎,除了庭院灯、走廊灯、夜间照明灯外,太阳能应急灯受到不少年轻用户的欢迎。

 

兼顾太阳能和直充两种模式的应急灯应用十分灵活,而且这类设备通常会搭载USB接口为手机等数码设备充电,进一步扩大了产品应用范围。

 

满足临时需求的太阳能充电宝

传统太阳能充电宝电池板面积太小以至于充电效率低下,而新一代设备都在尽力提升电池板面积。便携式折叠设计能够有效提升充面积,分频技术可结合各终端需求,智能匹配输出电流,隐藏式USB设计让充电变得简单,能够成为用户骑行登山、野外露营、长途旅行的好搭档。

 

 

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