太阳能制冷系统分类

从理论上讲，太阳能制冷可由太阳能光电转换制冷和太阳能光热转换制冷两种途径来实现。

太阳能光电转换制冷是通过太阳能电池将太阳能转换成电能，再用电能驱动常规的压缩式制冷机。在目前太阳能电池成本较高的情况下，对于相同的制冷功率，太阳能光电转换制冷系统的成本要比太阳能光热转换制冷系统的成本高出许多，目前尚难推广使用。

太阳能光热转换制冷是将太阳能转换成热能，再利用热能驱动制冷机制冷，主要有太阳能吸收式制冷系统、太阳能吸附式制冷系统和太阳能喷射式制冷系统。其中，技术最成熟、应用最多的是太阳能吸收式制冷。

我国土地辽阔，幅员广大。我国的国土面积，从南到北，自西至东，距离都在5000km以上，总面积达960万平方公里，为世界陆地总面积的7%，居世界第3位。在我国广阔的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。

随着地球的逐渐变暖、地球表面温度的逐步上升，我国的年平均气温也正在逐年升高。人们对夏季空调的要求越来越强烈，使用空调的用户也越来越多。在我国的建筑能耗中，住宅和公共建筑的空调耗能在全部建筑耗能中占有很大的比重。在太阳能热利用领域中，不仅有太阳能热水和采暖，还有太阳能制冷空调，即用太阳能转换的热能替代或部分替代常规能源驱动空调系统。

利用太阳能实现制冷的可能技术途径，主要包括太阳能转换为热能，利用热能制冷，以及将太阳能转换为电能，利用电能驱动相关设备供热制冷两大类型。根据需求，太阳能制冷过程也可以实现从空调到冷冻温区的不同要求。根据不同的能量转换方式，太阳能驱动制冷主要有以下两种方式，一是先实现光─电转换，再以电力制冷；二是进行光─热转换，再以热能制冷。

太阳能制冷电转换

它是利用光伏转换装置将太阳能转化成电能后，再用于驱动半导体制冷系统或常规压缩式制冷系统实现制冷的方法，即光电半导体制冷和光电压缩式制冷。这种制冷方式的前提是将太阳能转换为电能，其关键是光电转换技术，必须采用光电转换接受器，即光电池，它的工作原理是光伏效应。

太阳能半导体制冷。太阳能半导体制冷是利用太阳能电池产生的电能来供给半导体制冷装置，实现热能传递的特殊制冷方式。半导体制冷的理论基础是固体的热电效应，即当直流电通过两种不同导电材料构成的回路时，结点上将产生吸热或放热现象。如何改进材料的性能，寻找更为理想的材料，成为了太阳能半导体制冷的重要问题。太阳能半导体制冷在国防、科研、医疗卫生等领域广泛地用作电子器件、仪表的冷却器，或用在低温测仪、器械中，或制作小型恒温器等。目前太阳能半导体制冷装置的效率还比较低，COP 一般约0.2～0.3，远低于压缩式制冷。

光电压缩式制冷。光电压缩式制冷过程首先利用光伏转换装置将太阳能转化成电能，制冷的过程是常规压缩式制冷。光电压缩式制冷的优点是可采用技术成熟且效率高的压缩式制冷技术便可以方便地获取冷量。光电压缩式制冷系统在日照好又缺少电力设施的一些国家和地区已得到应用，如非洲国家用于生活和药品冷藏。但其成本比常规制冷循环高约3～4 倍。随着光伏转换装置效率的提高和成本的降低，光电式太阳能制冷产品将有广阔的发展前景。

太阳能制冷热转换

太阳能光热转换制冷，首先是将太阳能转换成热能，再利用热能作为外界补偿来实现制冷目的。光─热转换实现制冷主要从以下几个方向进行，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷、太阳能除湿制冷、太阳能蒸汽压缩式制冷和太阳能蒸汽喷射式制冷。其中太阳能吸收式制冷已经进入了应用阶段，而太阳能吸附式制冷还处在试验研究阶段。

太阳能吸收式制冷的研究。太阳能吸收式制冷的研究最接近于实用化，其最常规的配置是：采用集热器来收集太阳能，用来驱动单效、双效或双级吸收式制冷机，工质对主要采用溴化锂- 水，当太阳能不足时可采用燃油或燃煤锅炉来进行辅助加热。系统主要构成与普通的吸收式制冷系统基本相同，唯一的区别就是在发生器处的热源是太阳能而不是通常的锅炉加热产生的高温蒸汽、热水或高温废气等热源。

太阳能吸附式制冷。太阳能吸附式制冷系统的制冷原理是利用吸附床中的固体吸附剂对制冷剂的周期性吸附、解吸附过程实现制冷循环。太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能吸附集热器、冷凝器、储液器、蒸发器、阀门等组成。常用的吸附剂对制冷剂工质对 有活性炭- 甲醇、活性炭- 氨、氯化钙- 氨、硅胶- 水、金属氢化物- 氢等。太阳能吸附式制冷具有系统结构简单、无运动部件、噪声小、无须考虑腐蚀等优点，而且它的造价和运行费用都比较低。

太阳能空调的最大优点在于季节适应性好:一方面，夏季天气炎热、太阳辐射强度大，人们对空调的需求大;另一方面，由于夏季太阳辐射强度大，使依靠太阳能来驱动的空调系统可以产生更多的冷量。也就是说，太阳能空调系统的制冷能力是随着太阳辐射能量的增加而增大的，这正好与夏季人们对空调的迫切需求相匹配。而太阳能热水器等太阳能热利用技术的季节适应性并不是很好:冬季寒冷需要太阳能时太阳能辐射强度往往不够高:而夏季天气炎热时太阳能辐射强度则很高，此时对热水的需求却很少。因此，太阳能空调制冷显然是夏季太阳能有效利用的最佳方案。

除了季节适应好这个最大优点以外，太阳能空调还具有以下几个主要优点:

1. 采用非氟氯烃化合物为工质，对大气层无破坏作用，有利于环境保护;

2. 系统无运动部件，运转安静，噪声很低;

3. 可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水三种功能结合起来，做到一机多用，四季常用，从而可以显著地提高太阳能系统的利用率和经济性。

20 世纪70 年代以来，受石油危机的影响，许多国家加强了对于可再生能源的支持。太阳能科技突飞猛进，研究领域不断扩大，取得了一批较为重要的成果，如复合抛物面镜聚光集热器、真空管集热器、非晶硅太阳能电池、太阳能热发电、光解水制氢等。1992 年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》、《21 世纪议程》等一系列重要文件。1992 年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合并注重科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，扩大太阳能利用领域和规模。1996年以来世界光伏发电高速发展，太阳能电池年产量以30%～40%的年增长率高速发展，应用范围越来越广，2000 年世界光伏电池总产量达287.65MW，约有一半左右用于“太阳屋顶”和并网系统。

高温温制冷装备

太阳能制冷成套装备是由太阳能中高温集热器结合制冷设备通过综合集成和再创新而形成的装置。经理论和实践证明，太阳能中高温系统是最适合太阳能制冷装备驱动源的必备系统之一，不但制冷转换效果要比低温集热器好；而且制冷范围大，蒸发温度范围能控制在10度至-60度，可以在一台机组上实现多个蒸发温度，既经济，又环保。

在现有国内外环境影响下，太阳能行业对高端技术的支撑要求日益加大，校企产、学、研合作也必将成为联接科研与发展的重要模式。在此方面，以2013年3月31日由青岛云鼎集团、泰山集团、青岛科技大学、哈尔滨工程大学共同组建的“首家太阳能制冷成套装备项目联合开发中心”为例，在中高温热能制冷应用、检测技术、太阳能与建筑一体化和制冷空调等多领域将树立校企联合技术攻关的专家、专业形象，将加快推进国内大型企业转型，提高新能源企业抗风险能力和盈利能力，并形成我国企业在太阳能制冷领域尤其是制冰领域的国内国际竞争优势，从而确立在制冷领域的核心主导地位，掌握国际话语权，最终助力我国新能源产业实现跨越式发展。

经调查，“首家制冷装备联合开发中心”的组成单位在各自的领域都具有领先地位。其中，青岛云鼎集团是一家集工程建筑施工、新能源开发和制造、房地产开发等产业为一体的综合性集团公司，旗下的山东华援新能源有限公司多年来专注于新能源技术的研发与应用，尤其在太阳能中高温与菲涅尔线焦透镜工业应用技术等方面拥有丰富的研发资源，其太阳能槽式集热技术已荣获多项国家专利，目前已在亚洲首座槽式太阳热发电站（CSP）成功应用。泰山集团旗下的泰安华能制冷有限公司则专注于中高温热源（太阳能）驱动的氨水吸收制冷设备的研发与生产，是业界公认的制冷专家。而青岛科技大学机电学院和哈尔滨工程大学动力与能源工程学院又分别是国内领先的新能源技术研发院校。

太阳能制冷成套装备的研制成功，及未来的产业化推广应用，将有效缓解我国夏季因空调制冷而造成的用电紧张的问题；同时，依托专业研究机构利用最前沿创新的国际科技水准，拉动太阳能制冷产业链，有望撬动国内万亿元太阳能制冷市场，将在我国能源可持续发展体系建设中发挥基础性、前瞻性、战略性的科技支撑和引领示范作用，具有极其深远的意义。

吸收式空调

在我国，太阳能制冷及空调的研究始于20世纪70 年代后期，其中多数是小型的氨- 水吸收式制冷试验样机。例如：天津大学1975 年研制的连续式氨- 水吸收式太阳能制冰机，日产冰量可达5.4kg；北京师范学院1977 年研制成功1.5m2 干板型间歇式太阳能制冰机，每天可制冰6.8～8kg；华中工学院研制了采光面积为1.5m2，冰箱容积为70L，以氨- 水为工质对的小型太阳能制冷装置。1987 年，中国科学院广州能源研究所与香港理工学院合作在深圳建成了一套科研与实用相结合的示范性太阳能空调与热水综合系统。

集热面积120m2，制冷能力14kW，空调面积为80m2。采用了3 种中温集热器和两台日本生产的单级溴化锂吸收式制冷机。“九五”计划期间，国家科委把“太阳能空调”列为重点科技攻关项目。1998 年在广东省江门市建成的一套大型太阳能热水示范系统建造在一栋24 层的综合大楼上，采用平板型集热器和一台100kW的两级吸收式制冷机。1999 年在山东省乳山市科普公园的太阳能馆又建成了一套大型太阳能空调及供热综合示范系统，系统采用热管式太阳能集热器和100kW的单级溴化锂制冷机。国家科技攻关项目北京天普太阳能集团的新能源示范大楼2003 年正式建成，总建筑面积8000m2，系统采用热管式真空管集热器和U型管式真空管集热器，空调制冷采用一台200kW的单级溴化锂制冷机，并采用一台地源热泵机组作为辅助。2006 年7月份，由长沙远大空调公司自主开发研制的太阳能空调已经落户天津华苑软件园。此太阳能系统由两台制冷量5815kW 太阳能直燃机、166 个集热模块、阳光跟踪系统及相关控制系统构成，为建筑面积12 万m2 大厦提供制冷、采暖。

国内近期关于此项工作的研究方面，大连理工大学的徐士鸣教授等研究了以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷系统特性并取得了多项研究成果；中国科学院广州能源研究所在太阳能空调系统的整合设计方面进行了开拓性的工作；华中理工大学的舒水明教授主要进行了太阳能吸收式制冷系统蓄能技术方面问题的研究；上海交通大学的王如竹、刘艳玲提出了一种太阳能燃气联合驱动的双效溴化锂吸收式空调。

在国外，1983 年世界上最早的大型太阳能吸收式制冷系统在阿拉伯半岛国家科威特安装完成，该系统为建筑面积530m2 科威特国防部办公楼提供制冷。1995 年约旦大学的M.HAMMAD等人研制了改进了的第二代太阳能驱动溴化锂制冷机。1998 年5 月由北京桑达公司为德国斯图加特Meissner & Wurst 公司建造的太阳能吸收式空调系统建成。国外各种研究同样集中于寻求新的工质对、太阳能集热器的结构与循环性能的关系、系统能量平衡研究、制冷与制热联合工作研究等方面。

吸附式空调

相对于太阳能吸收式空调，太阳能吸附式空调的发展相对比较薄弱，起步也比较晚。欧洲在这方面依靠欧盟研究基金，在二十一世纪初，联合欧洲几个国家的研究所，做了一些这方面的研究工作。

在德国的弗莱堡，有一套示范运行项目，目前已经运行良久。由此项目衍生出来新的太阳能制冷公司，于2007年推出相应的产品，经过几年的发展，产品逐步成熟，现在已经在商业化的阶段。

目前太阳能吸附式空调的技术中有两大主流： 以硅胶/水为工作介质对，以及以沸石/水为工作介质对。

相对于太阳能吸附式空调，吸附式空调在技术上有一些优势。主要体现在工作介质无腐蚀，维护工作量小，工作温度区域广等方面。 2100433B

目前（截止2009年5月），中国的建筑能耗占社会总能耗25%以上，而在建筑能耗中，空调能耗占到50%以上，并且建筑物空调的需求量呈逐年上升趋势，给能源、电力和环境带来很大的压力，在这种情况下，推广和发展太阳能制冷空调系统可以节约大量的一次能源并减少能源转换污染物的排放，符合可持续发展战略的要求。

随着太阳能制冷技术的不断发展和常规能源价格的持续上涨，太阳能制冷空调系统的投资将越来越低，系统性能将越来越好，运行经济性和环保效益将更加突出，将会有更多的建筑在空调制冷系统中推广利用的太阳能这一取之不尽的免费清洁能源。

随着中国经济的发展和整体技术水平的提高，发展太阳能制冷空调的条件和时机已趋成熟，同时要紧紧依托太阳能热水器这个已经成熟了的大市场，以热水应用为基础，配合空调综合利用，就一定会有广阔的应用前景。