723 太阳能制冷空调-五种方案及其对比分析
背景
空调能耗占建筑能耗的比例较大，以家庭为例，空调电耗约占家庭总电耗的一半，采用太阳能实现制冷空调是降低建筑能耗的重要途径。
太阳制冷空调可有多种方案，较典型的可有五种，其中三种为太阳能集热制冷空调，两种为太阳能光伏发电制冷空调。
太阳能集热制冷空调有太阳能吸收式制冷空调、太阳能吸附式制冷空调、太阳能喷射式制冷空调。
太阳能光伏发电制冷空调有太阳能光伏发电半导体制冷空调、太阳能光伏发电压缩式制冷空调。
本篇对五种太阳能制冷空调方案作简要介绍并进行对比分析。
太阳能集热吸收式制冷空调
太阳能集热吸收式制冷空调的基本原理如下图所示。
图中由太阳能加热器把太阳能转化为热能，加热发生器中的吸收溶液，常用的吸收溶液有溴化锂水溶液（其中的水为制冷剂）和水氨溶液（其中的氨为制冷剂）等；吸收溶液的基本特点是对其中的制冷剂有强烈的吸收特性。
发生器中的吸收溶液被太阳能加热后，其中的制冷剂汽化排出，进入冷凝器放热后变为高温高压液态，液态制冷剂经膨胀阀后产生低温低压制冷剂液体进入蒸发器，在蒸发器中吸热汽化制冷后变为低压制冷剂蒸气被吸收器中的吸收溶液吸收。
吸收器中的吸收溶液吸收制冷剂低压低温蒸气后，浓度降低；发生中的吸收溶液中的制冷剂被加热汽化后，浓度会升高；为维持发生器和吸收器中溶液浓度的稳定，通过溶液阀使部分浓溶液进入吸收器，通过溶液泵使部分稀溶液进入发生器而形成溶液循环。
太阳能集热吸附式制冷空调
太阳能集热吸附式制冷空调的基本原理如下图所示。
图中上面的两个集成单元内布置有太阳能集热器、冷却器和吸附剂。
吸附剂是对制冷剂（水、氨、甲醇等）有强烈吸附作用的固体材料（硅胶、活性炭、分子筛等）。
上面右侧的集成单元不吸收太阳能而冷却器运行，上面左侧的集成单元中接收太阳能，加热其中吸满了制冷剂的吸附剂，所吸附的制冷剂汽化后经四通阀进入下面左侧的换热器放热变为高温高压液态，经膨胀阀后产生低压低温制冷剂进入下面右侧的换热器汽化吸热制冷，变为低压低温制冷剂气体经四通阀被上面右侧集成单元中的吸附剂吸附。
当上面左侧的集成单元中的制冷剂排出后，停止吸收太阳能且冷却器开始工作，同时四通阀切换，上面右侧吸满了制冷剂的集成单元停止冷却器而开始接收太阳能，太阳能产生的热能使其中的制冷剂汽化并经四通阀后进入下面右侧的换热器中冷凝放热，再经膨胀阀后产生低温低压液态制冷剂在下面左侧换热器中吸热制冷，制冷剂变为低压低温蒸气经四通阀后被上面左侧的集成单元中的吸附剂吸收。
通过上述两种模式的交替运行，制冷剂交替在下面两个换热器中吸热制冷。
太阳能集热喷射式制冷空调
太阳能集热喷射式制冷空调的基本原理如下图所示。
图中太阳能加热器吸收太阳能把其中的制冷剂（R134a等）变为高压高温蒸气，进入喷射器产生高速气流（流速可达每秒数百米），高速气流在喷射器内形成的抽吸作用把蒸发器排出的低压低温制冷剂蒸气吸入喷射器，进入喷射器的两股气流混合后出喷射器时变为中压制冷剂蒸气，进入冷凝器放热变为中压中温液态后分为丙股，一股经膨胀阀后产生低压低温制冷剂液体进入蒸发器吸热制冷后变为低压低温蒸气返回喷射器，另一股经工质泵升压后进入太阳能加热器被加热为高压高温蒸气返回喷射器。
太阳能光伏发电半导体制冷空调
太阳能光伏发电半导体制冷空调的基本原理如下图所示。
半导体制冷也称热电制冷、温差电制冷等。
太阳能照射到光伏板上的产生的直流电流经半导体制冷组件时（由多个P型半导体和N型半导体组对构成），PN组的一端放热，另一端吸热制冷。
太阳能光伏发电压缩式制冷空调
太阳能光伏发电压缩式制冷空调的基本原理如下图所示。
太阳照射光伏板发出的电能驱动压缩机，压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器放热变为高压高温液态，经膨胀阀后产生低温低压液态制冷剂进入蒸发器吸热制冷后，再返回压缩机。
五种方案对比分析
设集热器或光伏板1m2，太阳光照强度600W/m2，集热器效率65%，光伏板效率18%，环境温度35℃，空调温度25℃，压缩式制冷系数4.0，半导体制冷系数1.0，吸收式制冷系数0.5，吸附式制冷系数0.4，喷射式制冷系数0.35，则五种方案的制冷量约为：
吸收式太阳能空调：195W
吸附式太阳能空调：156W
喷射式太阳能空调：137W
半导体太阳能空调：108W
压缩式太阳能空调：432W
此外，基于太阳能集热的制冷空调方案中，吸收式制冷空调由于吸收器和发生器中蓄存较多溶液，不宜用于移动场合（如汽车、船等）；吸附式制冷空调可用于移动场合，但制冷过程有脉动，且吸附剂导热性较弱而热惯性较大；喷射式制冷对工质泵有较高要求，且喷射器工作噪声可能较大。
基于太阳能光伏发电的制冷空调方案中，半导体制冷的装置简单，但制冷系数过小，适于较小制冷量的场合；压缩机式制冷的技术、部件、材料等均较成熟，直流压缩机可选类型也很丰富，具有较全面的综合优势。