在墨西哥太平洋海岸、赤道以北 18 度的马鲁阿塔村庄的渔民没有电力。但在过去的 16 年里,他们一直能够用冰储存鱼:七台制冰机,仅靠炙热的阳光驱动,每天生产半吨冰。
全球都在争先恐后地减少二氧化碳排放:仅在美国,为冰箱供电的电力每年就排放 1.02 亿吨二氧化碳。太阳能制冷也可以很便宜,并且可以大大缓解电网的压力。夏季炎热时,电力需求达到高峰——美国夏季的电力需求比冬季多 150 吉瓦(1 吉瓦等于 10 亿瓦)。这几乎是密西西比河以西所有燃煤电厂发电量的 1.5 倍。此外,太阳能资源丰富。根据美国国家可再生能源实验室和能源信息署(均隶属于美国能源部)的数据,每年照射到 54 平方英尺(5 平方米)土地上的太阳能相当于一个美国家庭使用的所有电力。
用热制冷比人们想象的要容易。去年,圣何塞州立大学的一群学生用价值 100 美元的管道和一个四乘八英尺(1.2 米乘 2.4 米)的反光钢板建造了一台太阳能制冰机。没有移动部件,无需电力,但只要有几个小时的阳光照射,它就可以制造一大袋冰。
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关键在于液体变成蒸汽,反之亦然时能量的交换——这是您出汗时感到凉爽的过程。迄今为止最常见的方法,即您家中冰箱使用的方法,是使用电动机压缩制冷剂(例如,氟利昂),将其变成液体。当压缩机产生的压力释放时,液体蒸发,吸收热量并降低温度。
像太阳能冰箱这样的吸收式制冷机使用热源而不是压缩机来将制冷剂从蒸汽变成液体。最常见的两种组合是水与溴化锂或氨混合。在每种情况下,制冷气体都会被吸收,直到施加热量,从而提高温度和压力。在较高的压力下,制冷剂凝结成液体。关闭热源会降低压力,导致液体蒸发回气体,从而产生冷却效果。
与大多数技术一样,这种吸收式制冷的效率取决于所应用的工程(和成本)程度。单效设备的性能系数为 0.6 到 0.7——也就是说,每 100 Btu 的输入热量,它们产生 60 到 70 Btu(英国热量单位)的冷却量。这种低效率水平可以通过一些简陋的材料来实现,例如一些管道、一桶水、一些氯化钙(作为吸收剂)、氨(作为制冷剂)和一张闪亮的金属片(太阳能集热器)。
如果您想要做的是加热或冷却,那么以这种方式使用太阳能可能比先将其转换为电力更有效率——而且肯定更便宜。“这种方法应该可以与光伏发电相媲美,甚至更好一点,”新墨西哥州阿尔伯克基市桑迪亚国家实验室太阳能项目经理汤姆·曼奇尼说。
仅仅为了提供一台小型(每小时 6,000 Btu 或半吨)窗式空调的制冷量,就需要一个相当大的集热器——86 平方英尺(8 平方米),假设面板效率为 40%。而中央空调机组通常为 30,000 Btu 或更高;很少有房主能腾出空间来安装。
但对集热器面积的担忧取决于地理位置。在发展中国家,太阳能制冰机使当地人无需电力即可储存村庄的食物或药品。例如,今年 5 月,慈善组织国际海弗项目在肯尼亚的偏远地区安装了三台太阳能制冰机。每台制冰机将能够冷藏 26.5 加仑(100 升)牛奶。预计两个乳品合作社的 500 多名成员将直接受益。
在西方国家,对这种太阳能制冷的大部分兴趣来自商业领域,而不是住宅领域。成本是一个原因——吸收式制冷系统通常每吨制冷量成本为 7,000 美元到 10,000 美元;大型零售商的一吨窗式空调起价约为 250 美元——但公司可以节省电费,并享有更良好的环保形象。
建筑物入住模式是另一个原因;大多数美国人在白天都不在家。“住宅建筑的白天入住率不如商业建筑高,”德克萨斯州普莱诺市矢崎能源系统公司的销售经理帕特·黑尔说。其他问题包括改造房屋以在阁楼中增加管道的费用。与聚光太阳能集热器相关的高温也引发了责任问题。
但一些企业家认为,住宅市场仍在兴起。沃尔特·罗斯是奥斯汀太阳能空调公司(Austin Solar AC)的首席执行官,这是一家初创公司,正在测试 36,000 和 60,000 Btu 的太阳能制冷机。这些装置仅通过直接利用太阳的热量,在夏季提供制冷,在冬季提供供暖。“我们从一直使用丙烷供暖的人那里获得了很大的兴趣,”他说。“我们遇到的最大问题是选址:大多数邻里协会不允许在您的屋顶上安装这些东西。”