太陽能製冷空調

太陽能製冷空調的技術發展歷程，是從低温熱利用（如熱水、乾燥、温室等）方面開始，逐步向較高温度和技術較複雜的各領域（如製冷、發電）展開的，它以不需電能、節約能源、沒有污染、工作壽命長等優點引起世界學者的重視。2000年以來，太陽能製冷的利用取得了很大發展，特別是在提供生活熱水、採暖和發電方面，但這些應用在需求上與大自然的賜予並不完全一致：當天氣越冷、人們越需要温暖的時候，太陽能量的提供往往不足

2009年8月，據美國媒體報道，美國南加州煤氣公司根據太陽能光熱轉換的原理，最近研發出一種太陽能製冷空調，目前（截止2009年8月24日）正處於試用階段。太陽能製冷空調的應用則正好與太陽能的供給大體上保持一致性：當天氣越熱、太陽輻射越強的時候，空調的使用率越高，而這時正是利用太陽能空調最有利的時機。

20世紀70年代後期，世界各國對太陽能利用的研究蓬勃開展。太陽能固體吸附式製冷是利用固體吸附劑（例如沸石分子篩、硅膠、活性炭、氯化鈣等）對製冷劑（水、甲醇、氨等）的吸附（或化學吸收）和解吸作用實現製冷循環的。吸附劑的再生温度可在80—150℃之間，也適合於太陽能的利用。太陽能吸附式製冷系統結構簡單、沒有運動部件，能製作成小型裝置。太陽能吸附式製冷循環為間歇性運行，多用於製冰工況。國外對太陽能吸附式製冷進行了大量的研究和應用開發工作。

利用太陽能製冷目前（截止2009年8月） ^[1]  主要有兩種方法：一是先實現光電轉換，再以電力推動常規的壓縮式製冷機製冷；二是進行光熱轉換，以熱能製冷。由於前者的造價昂貴，所以研究人員主要通過第二種方法研發太陽能製冷空調。

這種系統的工作原理是：首先用數面鏡子將太陽光集中在管道上，使管道中流動的水變熱，然後用這些熱水產生的能量去啓動裝有冷水的冷卻器，這時冷卻器便會向空調機提供製造冷氣所需要的冷水。在沒有太陽光時,可以使用天然氣作為能源。

與光一熱轉換直接利用不同，太陽能製冷空調是一個光一熱/電一冷的轉換過程，實際上是太陽能的間接利用。它不象熱水、乾燥等低温直接利用那樣容易實現，在技術上比較複雜。除了對太陽能要求較高的温度作為動力之外，還需要經過一個製冷循環的能量轉換過程才能實現。因此這方面的發展需要更長的時間、投入更多的資金、更多的科研力量和完成更多的技術準備工作。

太陽能用於空調製冷，其最大優點就是具有很好的季節匹配性，即天氣越熱，太陽輻射越好，系統製冷量越大。這一特點使得太陽能製冷技術受到重視和發展。實現太陽能製冷有“光-熱-冷”、“光-電-冷”、“光-熱-電-冷”等途徑。

被動式降温是對通過太陽能輻射和熱 ^[2]  輻射進行有選擇的、合理的利用，達到建築物自身降温或減少冷負荷的目的。輻射致冷也是建築物被動式降温的一種新方法。大氣外層空間是一個接近絕對零度的天然巨大冷庫。根據輻射換熱的原理，兩個有温度差的物體之間，會以輻射的形式交換能量。這樣就有可能把地面上的熱能以輻射的形式釋放出去，達到自身冷卻降温的目的。但並不是所有輻射都能自由地穿過大氣層，只有某些波長段的輻射穿透大氣層的能力比較強，氣象學上稱為“大氣窗口”。

太陽能驅動的半導體制冷系統，結構緊湊，攜帶方便，可以根據用户需要做成小型化的專用製冷裝置。它具有使用維護簡單，安全性能好，可分散供電，儲能比較方便，無環境污染等特點。另外，利用帕爾貼效應的半導體制冷系統與一般的機械製冷相比，它不需要泵、壓縮機等運動部件， ^[3]  因此不存在磨損和噪聲。它不需要製冷劑，省去了複雜的傳輸管路。它只需切換電流方向就可以使系統由製冷狀態變為制熱狀態。

ADeVos使用內可逆熱力學方法對太陽能電池的光電轉換效率成功進行了解釋和探討；沙特的sofrata着重討論過用於沙漠地區的太陽能半導體制冷裝置的散熱方式有效性問題，等等。這些工作在一定程度上都推動了太陽能半導體制冷系統的發展，為進一步擴大應用奠定了基礎。

太陽能製冷空調的系統一定要兼顧供熱和空調兩方面的應用例如綜合辦公樓、招待所、學校、醫院、游泳館等都是比較理想的應用對象。這些用户冬季或全年需要供熱：如生活用熱水、供暖、游泳池水補熱調温等，而夏季一般都需要空調，利用太陽能全年提供大樓每天所需的大量的生活用熱水。除此之外，還在夏天以太陽能熱水製冷供其中一層空調。

太陽能空調熱水系統以平板集熱器收集太 ^[4]  陽能產生熱水，分別儲存在製冷及生活熱水水箱中。運行中優先把太陽能輸入製冷用熱水箱其温度比生活熱水要高。而採取中央空調供冷方式製取的9℃左右的冷凍水送到用户的風機盤管然後返回冷凍水箱。如果遇到當天氣不好、水温不足時用一台燃油熱水爐輔助加熱保證系統能全天候運行。生活熱水則直接輸送到用户，系統全自動採集數據和控制運行。

目前（截止2009年5月），中國的建築能耗佔社會總能耗25%以上，而在建築能耗中，空調能耗佔到50%以上，並且建築物空調的需求量呈逐年上升趨勢，給能源、電力和環境帶來很大的壓力，在這種情況下，推廣和發展太陽能製冷空調系統可以節約大量的一次能源並減少能源轉換污染物的排放，符合可持續發展戰略的要求。

隨着太陽能製冷技術的不斷髮展和常規能源價格的持續上漲，太陽能製冷空調系統的投資將越來越低，系統性能將越來越好，運行經濟性和環保效益將更加突出，將會有更多的建築在空調製冷系統中推廣利用的太陽能這一取之不盡的免費清潔能源。

隨着中國經濟的發展和整體技術水平的提高，發展太陽能製冷空調的條件和時機已趨成熟，同時要緊緊依託太陽能熱水器這個已經成熟了的大市場，以熱水應用為基礎，配合空調綜合利用，就一定會有廣闊的應用前景。