一种基于太阳能的宿餐一体化系统

崔大召　柳兰琪　龚振　孙如军

（ 德州学院机电工程学院，山东　德州　253023 ）

一种基于太阳能的宿餐一体化系统

崔大召柳兰琪龚振孙如军

（ 德州学院机电工程学院，山东德州253023 ）

本系统设计为一种基于太阳能的宿餐一体化系统，它由太阳能热水部分、太阳能发电部分、热水循环部分、电能转换部分、控制部分、厨房除烟部分.厨房废热利用部分.废水循环利用部分等组成。

宿餐；太阳能；转化；循环；回收

1　设计背景

分析国内外各种太阳能的利用工程案例，无非就是简单的利用太阳能的光热和光伏，而且在他们各种工程利用的时候还存在着各种各样的能量损失，其损失量甚至高于其利用量，使得传统的利用效率非常低。基于此我们研制了一个高效利用太阳能，能量损失极小的系统，本系统的研制将太阳能利用推向了一个新的高度，并能为国家大力发展太阳能提供了物质和技术的需要。

2　设计方案

2.1热水循环部分

太阳能热水器部分采用真空管和热水保温桶设计，真空管采用三层设计，最外层为高透玻璃，中间层为附有吸热材料的吸收层，最内层为一个直径为0.8㎝密闭的铜管和导热油组成的导热层，铜管的上部为一个直径3cm的球体；最外层的高透玻璃和中间的吸收层之间为真空，有很好的保温功能；中间的吸收层起着吸收太阳光的能量的功能，并将热量传递给导热层，导热层内有一半70℃就能气化的导热油，导热油气化将热量传递给热水桶内的冷水，如此，可实现太阳能的热量传递。由于导热层内的的导热油受重力的作用，在导热层下部的只能是液态的导热油，而上部则为气化的导热油，如此则可实现单向导热，并且在寒冷的冬天也能正常使用。在室内的地板下有一条盘旋着的铝管，由于重力的作用下热水桶的热水流进地面的铝管内，再经水泵输送到热水桶中，如此，可实现热水在室内的循环，并将热水桶内热水的热量释放在室内。

2.2发电及转化部分

发电部分采用太阳能电池板和国家电网并网，以保证连续阴雨天的用电需求。太阳能电池板采用全天追光设计以保证太阳能利用的最大效率。太阳能电池板发的电一部分存入蓄电池中，另一部分经逆变器变为交流电之后直接为整个系统提供提供电能。存入蓄电池中的电储存起来，待用的时候经逆变器转化为交流电为用电装置提供电能。转化部分采用两个大功率逆变器和两个稳压器组成，再次保证转化的电能为220v交流电，为用电装置提供一个好的“环境”。

2.3控制部分

控制部分由一片单片机、一个触摸显示屏、若干个继电器组成。单片机作为整个控制部分的核心，来控制触摸显示屏显示各个部分的工作状态，并且用户能通过触摸显示屏调节各个部分的工作模式和工作时间来实现人机的互动。单片机通过中断和定时器控制继电器的开路与短路，实现对各用电器电能的通断。

2.4厨房除烟部分

此部分采用传统的油烟机、大分子过滤网、组成。厨房作饭直接利用太阳能热水器中并经消毒装置消过毒的热水，只需在需要一部分燃气能就可以实现饭菜的制作，可以节省大部分燃气。

2.5厨房废热利用部分

厨房废热主要包括燃气废热和烹饪废热；烹饪废热中炒菜时的废热含有大量的有害物质和油污分子所以不加入循环，而蒸馒头煮面条烧汤时的废热含有大量的高能水蒸气，经抽风机抽取后直接进入用餐区的地板管网进行供暖；燃气废热是由做饭时燃烧天然气产生含有大量的热能，排烟管内部装有四层直径为0.5cm小密度盘旋的铝管，铝管内有冷水流过，这样就能利用38.5%的热量，极大地增加了节能效果。

2.6废水循环利用部分

厨房废水主要是烹饪废水洗菜废水和洗碗废水；烹饪废水是做饭时洗锅的水含有大量的油污，有着极大的污染性所以用专门的管道排入污水处理厂；洗菜废水是比较清澈的水只含有极少量的沙尘，可以用管道流入一级洗碗池用于洗刷带有大量油污的餐具；洗碗废水是洗碗时的废水经过一级洗碗池后油污几乎除尽只需进入二级洗碗池用清水漂洗，一级洗碗池的水含有大量的油污可以和烹饪废水一起排入污水处理厂；由于二级洗碗池中的水比较干净可以用于涮拖布和抹布，而后可以用于冲洗卫生间。

3　工作原理与性能分析

采用追光太阳能电池板作为电能的主要来源，其追光的工作原理为：自动追光系统的小光电板组的各片小光电板嵌在架体板体上或其垂直侧板上的圆弧轨面上且各小光电板板面与弧面切线平行，其所分布的小光电板至少有一片小光电板s［-2］位于圆弧前端约0度位置及一片小光电板s［+2］位于圆弧后端约180度位置；另，二片小光电板s［+2］、s［-2］之间（约在60度、120 度角等位置 ）各设有相等间隔的小光电板s［-1］、s［+1］，该四片小光电板s［-2］、 s［-1］、s［+2］、s［+1］同时将接受光源产生的电流数据输入判断逻辑单元后，其判断步骤至少为：a、初始化启动；b、读取每片小光电板电流数据；c、若电流大小为s［-1］=s［+1］，停止步进马达动作并跳至步骤b继续进行流程；d、若电流大小s［-1］＜s［-2］，或s［+1］＜s［-1］，则令步进马达开始反转使架体反向修正即转向s［-2］方向，反回步骤b继续进行流程；e、若电流大小s［-1］＜s［+1］，或 s［+1］＜s［+2］，则令步进马达正转使架体正向修正即转向s［+2］方向，并反回步骤b，继续进行流程，以形成回圈，从而达到自动追光的目的。

4　创新点及应用价值

把太阳能热水器和宿餐结合利用起来，使得太阳能的利用效率大幅度的提高；将厨房的产生的废热收集利用起来，使得热量损失减少30%；将各个部分的废水分级利用起来，可减少30%水的浪费。

本设计主要利用太阳能工作和其他费热、废水的收集有力的结合起来，极其符合现在的能源形式以及可持续发展策略。

［1］ 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛，袁立强.太阳能光伏发电及其应用.科学出版社，2005，9-26

［2］ 崔克强，赵春江，吴达成.并网型太阳能光伏发电系统.化学工业出版社，2008，26-43

TQ320.5-18

A

1003-5168（2015）11-019-01

崔大召（1993.04-），男，大学本科，研究方向:清洁能源工程。

备注:本文系2015年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号201510448040）的资助。