49095033 太阳能空调系统研究 - 图文

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淮安信息职业技术学院

毕业论文

题 目 学生姓名 学 号 系 部 专 业 班 级 指导教师 顾问教师

太阳能空调系统研究 胡磊 49095033 电气工程系 机电一体化 490950 张守峰 胡之佩

二〇一二年 六月

摘 要

摘 要

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活环境的要求越来越高，采暖和空调已经是建筑物的必要设施。另一方面由于常规能源不断千采和使用，其储藏量将不断地减小，环境污染的问题也越来越严峻。因此，利用太阳能供冷和供热，不仅可以节省电力和常规能源，对环境保护尤其有重要意义。本文主要讲述太阳能空调的部分知识，尤其是在节能方面的知识。本文主要讲述了太阳能空调的市场基础，以及太阳能空调的现状以及发展状况，太阳能的系统，顺便提了一下太阳能电池的某些知识，最后，展望了太阳能的前景，在节能方面是非常重要的。

关键词 太阳能 空调 节能

I

目 录

目 录

第一章 概述 ................................................................................................................... 1 1.1太阳能利用的合理性 ........................................................................................... 1 1.2太阳能空调的发展 ............................................................................................... 3 第二章 太阳能空调市场分析 ..................................................................................... 4 2.1在制冷机方面 ....................................................................................................... 4

2.1.1溴化锂-水吸收式制冷机................................................................................ 4 2.1.2太阳能固体吸附式制冷 ................................................................................. 5 2.1.3太阳能（吸收式制冷）空调系统 ................................................................. 5 2.1.4太阳能除湿空调 ............................................................................................. 5 2.1.5被动式降温 ..................................................................................................... 6 2.1.6太阳能半导体制冷 ......................................................................................... 6 2.2太阳能集热器 ....................................................................................................... 8 2.3太阳能的系统方面 ............................................................................................... 9 第三章 我国太阳能空调发展现状 ........................................................................... 11 3.1我国太阳能制冷及空调的研究历史悠久 ......................................................... 11 3.2我国太阳能遇到的挫折以及取得的成就 ......................................................... 11 3.3太阳能空调项目的第二个春天 ......................................................................... 11 第四章 100KW太阳能空调系统 ............................................................................. 13 4.1系统简介 ............................................................................................................. 13 4.2主要结构 ............................................................................................................. 14 4.2.1太阳能集热器 ............................................................................................... 14 4.2.2制冷机 ........................................................................................................... 14 4.2.3自控系统 ....................................................................................................... 14 4.3主要特点 ............................................................................................................. 14 第五章 太阳能空调与太阳能电池板 ....................................................................... 16 5.1太阳能的发展历程 ............................................................................................. 16

5.1.1工作原理 ....................................................................................................... 16 5.1.2材料 ............................................................................................................... 17 5.1.3分类 ............................................................................................................... 18 5.1.4以开发出高效智能太阳能空调和电池板 ................................................... 19 5.2太阳能的利用前景 ............................................................................................. 20 第六章 总结与展望 ................................................................................................... 21 6.1总结 ..................................................................................................................... 21 6.2展望 ..................................................................................................................... 21 致 谢 ........................................................................................................................... 22 参考文献 ....................................................................................................................... 23

I

第一章 概述

第一章 概述

1.1太阳能利用的合理性

近年来随着节能意识的不断提高，太阳能开发与利用受到社会各界的高度重视，逐步被企业和城乡居民所接受。一般的太阳能热利用项目，如采暖、热水等，在需求上其实与太阳能的提供并不完全一致：当天气越冷、人们越需要温暖的时候，太阳能量的提供往往不足。从这个角度来看，太阳能空调的应用是最合理的：当太阳辐射越强。天气越热的时候，我们需要空调的负荷也越大。这是太阳能空调应用最有利的客观因素。

近年来对绿色能源利用十分重视，通过各种渠道进行重点推广和宣传。连续多年在全国节能周宣传活动期间，举办风力能、太阳能、地热能、空气能的知识讲座。有针对性的举办重点用能行业技术推广会，目的旨在提高社会各界对绿色能源利用的认知程度，近两年政府用于绿色能源奖励额的比例在不断提高，从一个侧面反映了全社会对利用绿色能源积极性在不断加强。

近年不断推出一批太阳能示范项目，树立了不少示范典型，供企业、宾馆、学校、社区借鉴和参考。同时政府在政策引导上注重实效，对节能项目奖励将由过去按投资额奖励转为按节能量奖励，目的是鼓励社会各界多上优质节能项目。

由于目前在太阳能利用上还有一些难以解决的问题。我们本着先简后难、有序推进原则做好利用工作，一是合理利用，从经济合理性上帮助行业寻找应用途径，从企业角度出发，帮助企业做事，计划小规模试点，成熟后推开。二是有机结合。用风力能、太阳能、地热能、空气能有机结合，取长补短，为企业各社会提供各种可行方案。

太阳能制热相对经济，而且目前太阳能热水装置保暖技术比较成熟，保温时间可达48小时以上，这里众多单位和百姓对此青睐的地方。但另一方面由于南方阴雨天气较多，难以提供足够的光照，保证稳定供热。对要正常供应热水的企业和单位，还须配套辅助的加热设备，势必要增加投资，这也是目前推广太阳能过程中的一个难题。

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图1-1 太阳能空调1

图1-2 太阳能空调2

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第二章 太阳能空调市场分析

1.2太阳能空调的发展

太阳能空调就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水进行制冷。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数（亦称COP）越高，这样空调系统的制冷效率也越高，制冷量越大。

太阳能空调是以太阳能作为制冷空调的能源。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。 在全球气候变暖的环境下，太阳能作为杰出的新能源代表，备受世界各国的青睐。低碳节能潮流之下，以光热技术为主的太阳能已经应用到各行业，在不断改善能源结构。随着国家对太阳能产业的政策扶持，各种利用太阳能技术的制造和应用领域正涌现出蓬勃的商机，一系列太阳能产品正逐渐步入人们的生活。在2010年第四届世界太阳能空调产业发展论坛上，太阳能空调被隆重推出，使得太阳能空调这个被普遍认为是具有广阔前景却又在短期内难以市场化的新型空调机组，再一次受到行业的关注。

在炎炎夏日里，空调的耗电量几乎占整个电力系统耗电量的三分之一，这是夏季电力系统不堪重负的原因之一。因此太阳能空调从一开始就具有很大的诱惑力。利用太阳能制冷与一般电力制冷原理相同，只是所用能源不同，因此带来一些结构上的变化。目前太阳能制冷的方法有多种，如压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷等。

一般的太阳能热利用项目，如采暖、热水等，在需求上其实与太阳能的提供并不完全一致：当天气越冷、人们越需要温暖的时候，太阳能量的提供往往不足。从这个角度来看，太阳能空调的应用是最合理的：当太阳辐射越强，天气越热的时候，我们需要空调的负荷也越大。这是太阳能空调应用最有利的客观因素。 当前的太阳能空调技术多种多样，主要是吸收式制冷和光电转化电能驱动制冷。比较成熟的技术是溴化锂——水工质对吸收制冷，目前已经在一些示范工程中有所应用，效果理想。由于太阳能空调的技术种类繁多，成熟度也各有不同，因而其产业化进程缓慢。但是不可否认的是，随着能源政策对清洁能源的倾斜，太阳能空调的推广普及前景无限美好。投资太阳能空调项目，占领前期市场将是产业扩大的战略性决策。

中投顾问发布的《2012-2016年中国太阳能空调产业投资分析及前景预测报告》共七章。首先介绍了太阳能的利用情况和太阳能空调的定义、技术原理、发展阶段等，接着分析了太阳能空调产业的现状。随后，报告对太阳能空调与建筑结合、太阳能空调技术、太阳能空调应用方案进行了细致的分析，最后对太阳能空调产业的发展前景进行了科学的预测。您若想对太阳能空调产业有个系统的了解或者想投资太阳能空调研发制造，本报告是您不可或缺的重要工具。

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第二章 太阳能空调市场分析

2.1在制冷机方面

太阳能制冷空调的特点与光一热转换直接利用不同，太阳能制冷空调是一个光一热/电一冷的转换过程，实际上是太阳能的间接利用。它不像热水、干燥等低温直接利用那样容易实现，在技术上比较复杂。除了对太阳能要求较高的温度作为动力之外，还需要经过一个制冷循环的能量转换过程才能实现。因此这方面的发展需要更长的时间、投入更多的资金、更多的科研力量和完成更多的技术准备工作。

太阳能用于空调制冷，其最大优点就是具有很好的季节匹配性，即天气越热，太阳辐射越好，系统制冷量越大。这一特点使得太阳能制冷技术受到重视和发展。实现太阳能制冷有“光-热-冷”、“光-电-冷”、“光-热-电-冷”等途径。溴化锂吸收式制冷机在九十年代大量地进入了市场。中国科学院广州能源研究所研制的低温热水型两级吸收式淡化侄制冷机，热源温度只需60℃以上，特别适合于太阳能的利用。

70年代后期，世界各国对太阳能利用的研究蓬勃开展，我国太阳能制冷空调的研究也在此期间起步，其中对太阳能驱动的氨。水吸收式制冷系统的研究最为活跃，先后有20多个单位开展过工作，积累了宝贵的经验。

2.1.1溴化锂-水吸收式制冷机

进入90年代，溴化锂吸收式制冷机在国内已成为成熟的产品，形成了一个颇具规模的产业。目前全国百家生产溴化锂制冷机的工厂，热水型的溴化锂吸收式制冷机产品全都是一种单级吸收式制冷机。该产品也可以应用于太阳能系统，实现太阳能空调。迄今为止，国外的太阳能空调系统通常都采用这种热水型单级吸收式澳化银制冷机。为了适应低温余热和太阳能的利用，中国科学院广州能源研究所从1982年开始进行了新型热水型两级吸收式溴化锂制冷机的研制工作。1989研究成功一台制冷能力为6kW的两级吸收式溴化锂制冷机试验装置。

图2.1溴化锂水吸附式系统图

1-发生器；2-冷凝器；3-蒸发器；4-吸收器；5-热交换器； 6-U形管；7-蒸发器

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第二章 太阳能空调市场分析

泵；8-发生器泵；9-吸收器泵

2.1.2太阳能固体吸附式制冷

太阳能固体吸附式制冷是利用固体吸附剂（例如沸石分子筛、硅胶、活性炭、氯化钙等）对制冷剂（水、甲醇、氨等）的吸附（或化学吸收）和解吸作用实现制冷循环的。吸附剂的再生温度可在80—150℃之间，也适合干太阳能的利用。太阳能吸附式制冷系统结构简单、没有运动部件，能制作成小型装置。太阳能吸附式制冷循环为问歇性运行，多用于制冰工况。国外对太阳能吸附式制冷进行了大量的研究和应用开发工作。国内开展研究的单位也很多，从理论研究到实际应用都作过全面的探索。中国科学院广州能源研究所于 1990年研制成功一种以活性渗甲醇为工质对的太阳能吸附式制冰机。制冰机集热面积1m2（透光面积0．92m2）。集热器与吸附器合为一体，采用带透光隔热结构的平板型太阳能中温集热器。冷凝器为气冷式，利用环境空气来冷却冷凝器。按昼夜变换周期实现间歇式制冰。

图2.2太阳能固体吸附式系统图

2.1.3太阳能（吸收式制冷）空调系统

在太阳能空调方面，从70年代开始就有不少单位作过不同程度的研究和试验。由于太阳能空调技术要求较高，各方面的技术尚未成熟，而且需要投入的资金量很大，因此许多研究一直停留在试验阶段。直到国家科委把“太阳能空调示范系统”列入“九五”重点科技攻关项目计划，才在我国南方和北方各建一座大型实用性的太阳能空调系统。

2.1.4太阳能除湿空调

除湿式空调系统是利用吸湿剂（例如氯化锂、硅胶等）对空气进行减湿，然后蒸发降温，对房间进行温度和湿度的调节，用过的吸附剂被加热进行再生。再

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生过程可以利用较低品位热能，因此也很适合于太阳能利用。该方法有利于保护大气环境，还有利于改善室内空气品质。西北工业大学、清华大学等对除湿式空调的研究，已经做了不少工作。为了对除湿空调系统和其中的关键部件进行研究，促进这一技术领域的发展，清华大学还兴建了一座利用太阳能再生的干燥剂除湿复合空调系统试验装置。

2.1.5被动式降温

被动式降温是对通过太阳能辐射和热辐射进行有选择的、合理的利用，达到建筑物自身降温或减少冷负荷的目的。辐射致冷也是建筑物被动式降温的一种新方法。大气外层空间是一个接近绝对零度的天然巨大冷库。根据辐射换热的原理，两个有温度差的物体之间，会以辐射的形式交换能量。这样就有可能把地面上的热能以辐射的形式释放出去，达到自身冷却降温的目的。但并不是所有辐射都能自由地穿过大气层，只有某些波长段的辐射穿透大气层的能力比较强，气象学上称为“大气窗口”。因此，要求辐射体要有严格的光谱选择特性，在对应“大气窗口”，的波长段上有很强的辐射率，同时在这以外有极高的反射率，热能传到辐射体上，以特定的波长向天空辐射出去，辐射体由于释放了能量而得到降温。近二十年来辐射致冷研究在国外取得不少进展。在国内，中国科技大学长期以来进行过大量的理论和实验研究，特别是理论计算模型方面有独特的创新性。中国科学院广州能源研究所等单位在试验和应用方面也做了不少工作。中国科学院广州能源研究所在辐射制冷研究中，通过对光谱选择性辐射致冷材料进行筛选，以及对致冷辐射体制备工艺进行反复试验，得出了既简单、效果也好，又容易实现的辐射致冷新方法。

2.1.6太阳能半导体制冷

太阳能光电转换器输出直流电，一部分直接供给半导体制冷装置，另一部分进入储能设备储存，以供阴天或晚上使用，以便系统可以全天候正常运行。太阳能驱动的半导体制冷系统，结构紧凑，携带方便，可以根据用户需要做成小型化的专用制冷装置。它具有使用维护简单，安全性能好，可分散供电，储能比较方便，无环境污染等特点。

太阳能半导体制冷的工作原理和基本结构

半导体制冷是利用热电制冷效应的一种制冷 方式，因此又称为热电制冷或温差电制冷。半导体制冷器的基本元件是热电偶对，即把一个p 型半导体元件和一只 n型半导体元件连成的热电偶，如图2.3所示

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第二章 太阳能空调市场分析

冷端 吸热 P型 N型 热端 放热

图2.3

当直流电源接通，上面接头的电流方向是n-p，温度降低，并且吸热，形成冷端；下面接头的电流方向是p-n，温度上升，并且放热，形成热端。把若干对热电偶连接起来就构成了常用的热电堆，借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热，产生低温，这就是半导体制冷的工作原理。太阳能半导体制冷系统就是利用半导体的热电制冷效应，由太阳能电池直接供给所需的直流电，达到制冷制热的效果。

半导体制冷材料的性能

太阳能半导体制冷系统的核心在于半导体制冷材料，半导体制冷系统效率较低的主要原因在于半导体制冷材料热电转换效率不高。

最终决定热电材料性能优劣的是优值系数 Z

其中：α—半导体制冷元件的塞贝克系数； R—制冷元件的电阻； Kt—制冷元件的热导率。

优值系数Z和温度T的乘积ZT,是评价材料 性能的常用参数。就半导体制冷而言，如果其制冷性能要达到能和机械制冷相媲美，无量纲参数ZT, 要达到3以上。目前各国普遍使用的半导体材料远达不到这种水平。室温下最常用的热电材料（Bi-S-Te-Se系列固溶体）的ZT值大约为1。因此，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。

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2.2太阳能集热器

太阳能集热器是指用来吸收太阳辐射使之转换为热能并传递给热介质的装置。常见的有平板型、真空管型和聚光型太阳能集热器。

在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉等。

效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。阳光由不同波长的可见光和不可见光组成，不同物质和不同颜色对不同波长的光的吸收和反射能力是不一样的。黑颜色吸收阳光的能力最强，因此棉衣一般用深色或黑色布。白色反射阳光的能力最强，因而夏季的衬衫多是淡色或白色的。因此利用黑颜色可以聚热。让平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上，也可以达到集热的目的。纸在阳光照射下，不管阳光多么强，哪怕是在炎热的夏天，也不会被阳光点燃。但是，若利用集光器，把阳光聚集在纸上，就能将纸点燃。集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型

平板集热器一般用于太阳能热水器等。聚光集热器可使阳光聚焦获得高温，焦点可以是点状或线状，用于房屋的采暖（暖气）和空调（冷气）、太阳炉等。

平面反射镜用与发电，有跟踪设备，一般和抛物面镜联合使用。平面镜把阳光集中反射在抛物面镜上，抛物面镜使其聚焦。

全玻璃真空管集热器基本结构组成：

全玻璃真空管型太阳能集热器结构一般可由以下组件： 1.全玻璃真空管； 2.联箱（铝合金结构）； 3. 漫反射板（CPC反光板）；

4.尾架（玻璃管托架，可采用PET材料）； 5.尾座（与联箱组成集热器的支撑框架）； 6.保温层（岩棉、聚氨酯泡沫等）； 7.配管接口（铜调节器接头） 8.翅片（导热片）

9.铜调节器或热管（导热介质载体） 玻璃管材料应采用硼硅玻璃

其理化性能应符合ISO3585:1998《硼硅玻璃3.3性能》与QB/T2436《全玻璃真空太阳集热管用玻璃管》的要求，以及玻璃管太阳透射比r≥0.89(大气质量1.5，即AM1.5，按ISO9806-1:1994计算)。

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第二章 太阳能空调市场分析

玻璃管上不大于1mm的结石不得密集，即10mmX10mm范围内不得多于一个，整支管子上不得多于五个，结石周围不得有裂纹，大于1mm的结石不允许存在。

玻璃管上不大于1.5mm的节瘤不得密集，即10mmX10mm范围内不得多于两个;整支管子上，不大于2.5mm的节瘤不得多于五个，大于2.5mm的节瘤不允许存在。

太阳选择性吸收涂层的太阳吸收比α≥O.86(AM1.5)。 太阳选择性吸收涂层的半球发射比εh≤0.080(80℃士5℃)。 吸气剂应符合GB/T9505《蒸散型钡吸气剂》的规定。

图2.4 太阳能集热器实物图

2.3太阳能的系统方面

前人已经积累了丰富的经验。因此，太阳能空调应用在技术上是可行的。国内外在太阳能制冷空调方面进行了长期大量的研究,实施了各种太阳能制冷空调示范工程。适合于建筑太阳能空调系统应用的制冷机主要有氨一水吸收式和溴化锂吸收式两种类型,前者制冷功率一般比较小,适用于小型的制冷系统,后者制冷功率相对较大,适用于较大面积建筑的中央空调系统。目前,常规能源驱动的热水型溴化锂吸收式制冷机产品规格众多,广泛应用于各种建筑的空调系统中,太阳能吸收式空调系统的研究示范项目也大部分采用热水型溴化锂吸收式制机。

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图2.3 太阳能吸附式制冷系统原理图

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第三章 我国太阳能空调发展现状

第三章 我国太阳能空调发展现状

3.1我国太阳能制冷及空调的研究历史悠久

在我国，太阳能制冷及空调的研究可以追溯到1975年在妄阳召开全国太阳能会议以后的七十年代后期。1974年中东石油危机发生以后，不少科研机构、高等院校和企业纷纷投入人力和物力研制太阳能制冷（空调〕机，其中多数是小型的务水吸收式制冷试验样机。例如：天津大学1975年研制的连续式氨一水吸收式太阳能制冰机，日产冰量可达5.4kg.为北京师范学院（现首都师范学大等）1977年研制成功1.5m2平板型间歇式太阳能制冰机，每天可制冰6.8-8kg；1979年义研制出8m2平板型自动跟踪连续式太阳能冷藏柜。华中工学院（现华中理工大学）研制了采光面积为1.5m2，冰箱容积为70升，以氨一水为工质对的小型太阳能制冷装置，可维持冰箱0℃10小时左右。这期间先后有20多个单位开展过工作，积累了宝贵的经验。

3.2我国太阳能遇到的挫折以及取得的成就

过去，由于还有许多技术难题没有来得及解决，太阳能空调项目因一时难以看到成效而得不到支持，研究的队伍和规模大大缩小，仅存少数单位仍坚持基础性研究和样机试验，经历了一段非常困难的时期。在这期间，中科院广州能源所得到了香港裘槎基金会的资助，坚持进行了太阳能空调系统以及太阳能制冷机的研究，并且取得了重要的进展。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，集热面积共120m2，制冷能力14kw，空调面积为80m2采用了三种中温集热器，包括直通式真主管集热器、热管型真空管集热器和V形隔热膜平板型集热器。采用两合日本矢崎公司生产的2冷吨单级淡化侄吸收式制冷机。为了适应太阳能的利用，中国科学院广州能源所从1982年开始进行了新型热水型两级吸收式决化铰制冷机的研制并取得了成功，这种新型的制冷机有两个显著的特点，一是所要求的热源温度低，在65℃以上的范国内能稳定地运行；二是热源的利用温差大，为12-24℃（随热源温度而变）。

3.3太阳能空调项目的第二个春天

正文部分直到“九五”计划期间，太阳能空调的的各方面条件已经成熟，国家科委（现科技部）把“太阳能空调”列为重，氨科技攻关项目，计划建成示范性系统，以促进太阳能空调的推广应用。大阳能空调项目迎来了它的第二个春天，太阳能空调的技术水平也上升到一个新的高度。中科院广州能源所和北京太阳能研究所承担了该项任务，计划在南方和北方各建一座大型实用性太阳能空调系统。据了解，目前我国的建筑能耗占社会总能耗25%以上，而在建筑能耗中，空

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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。

随着太阳能技术的不断发展和常规能源价格的持续上涨，太阳能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。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，制冷和空调的需求会越来越大，特别是建筑物降温的能耗巨大，给能源、电力、环境等方面带来越来越大的压力。利用太阳能来解决这个问题值得重视。广州市经贸委副主任叶佑新表示，在全国，太阳能利用主要是生产热水，制冷的尚未铺开，这种太阳能制冷系统如果能够推行，将改变夏天太阳能热水系统利用率不高的问题，同时节约大量电耗，带来巨大的社会效益。随着国家“十一五”计划的提出，节能降耗是社会各界关注关注的焦点，而企业又是解决的重点，如果采用太阳能制冷系统，将是企业实现节能环保的一条有效途径。

但是，推广太阳能制冷空调技术还有待时日。6月23日，中国农村能源行业协会太阳能专业委员会秘书长霍志臣接受记者采访时说，目前太阳能空调还仅仅处于示范研究阶段，由于其成本是普通空调的10倍，甚至50倍，目前国际国内都无法实现商品化。他还曾提醒，太阳能虽然可以说是取之不尽的能源，但它有不稳定性的特点。通俗地说，下雨天时，集热器无法吸收太阳能。李戬洪介绍说，目前太阳能空调在国外也仅在阳光充足、经济富裕的中东地区打开了市场，他们的供应商多来自日本。据了解，“九五”期间，太阳能空调被列入国家科技攻关计划，1999年有关科研机构分别在广东省江门市和山东省乳山市建成两套100千瓦的示范性太阳能空调系统，在国家“十五”攻关奥运科技专项课题“新能源综合利用建筑研究与示范”项目中，中科院广州能源所的相关课题也在2005年通过验收。太阳能空调系统已经在技术上做好了充分的准备。专家认为，太阳能空调未来的市场发展方向可能应该定位于我国的北方地区，因为北方地区夏热冬冷，具备供热制冷系统的生存环境。

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第四章 100KV太阳能空调系统

第四章 100KW太阳能空调系统

4.1系统简介

太阳能空调系统应兼顾供热和供冷两个方面的应用，例如综合办公搂、招待所、学校、医院、游泳池、水产养殖等，都是比较理想的应用对象。这些用户冬季（或全年）需要供热，如生活热水、采暖、游泳池水补热调温等，而夏季一般都需要空调。“九五”攻关项目100kW太阳能空调系统选定在广东省江门市一座新建的24层大楼上实施。该大樱是一座多功能的综合性大楼，有办公樱、营业厅、招待所、培训中心等，利用太阳能提供大搂每天所需的生活热水，除此之外，在夏天以太阳能热水制冷，供其中一层空调。

太阳能空调热水系统。以平板集热器收集太阳能产生热水，分别储存在制冷及生活热水水箱中。采用一台100kW的两级吸收式制冷机，用太阳能热水输入制冷机制冷。采取中央空调供冷方式，制取的9℃左右的冷冻水送到用户的风机盘管，然后返回冷冻水箱。当天气不好、水温不足时，用一台燃油热水炉辅助升温，保证系统能全天候运行。生活热水则直接输送到用户。系统金自动采集数据和控制运行。 图4-1 100KW太阳能制冷空调系统图

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4.2主要结构

4.2.1太阳能集热器

为了保证平板集热器能满足制冷空调的要求，又不失其简单价廉的特点，通过研究、试验，采取了一些简单而有效的技术改进措施。其中最主要的是增加了一决能耐较高温度的透明隔热板，通过抑制空气自然对流从而减少表面的热损失。试验及使用的结果证明，透明隔热板起了关键性作用。该集热器在太阳辐射较强的时候，能持续提供制冷用热水；在太阳辐射较弱时，也可以产生足够的生活用热水。经过改进的高效平板集热器由低铁白板玻璃盖板、V 型透明隔热膜、铜铝复合板芯、铝合金边框、泡沫板、铝泊玻璃棉保温层和镀锌板等组成。

4.2.2制冷机

制冷机是采用一种两级吸收式淡化枢制冷机，它的一个重要的特点，氨是驱动热源温度只需要65-75℃，在60℃的情况下，仍能以较高的制冷能力稳定地运行；另一个特点是热水的利用温差大，达12-24℃（随热源温度而变）。市场上单级吸收式淡化钮制冷机热源温度一般要求88℃以上，热水利用温差只有6-8℃。

太阳能制冷系统主要有太阳能集热器阵列、辅助锅炉、制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、空调末端风机盘管和控制.根据以上分析结果,太阳能空调制冷系统在目前可供选择的热水型一级溴化锂吸收式制冷机与热水型两级溴化锂吸收式制冷机中,应根据太阳能集热器的性能来选择配套的制冷机型。

在我国太阳能平板集热器已被大量使用,而且其成本价格已被用户所接受,因此,在太阳能集热器提供热水的基础上,选择热水型两级溴化锂吸收式制冷机与太阳能平板集热器相配套,是一种比较合适的方法。

4.2.3自控系统

自动控制系统采用先进的可编程控制器（PLC）及工业控制微机控制和管理。性能系数（C0P）达到设计指标。

4.3主要特点

100kW太阳能空调系统是我国首座大型实用性太阳能空调系统，它的建成标志着我国太阳能热利用技术上了一个新的台阶。系统有以下特点：

太阳能空调系统成功地全部采用高效乎板集热器，使常用的太阳能热水系统能够与太阳能空调系统“接轨”，同时也开拓了太阳能热水器更广阔的应用市场。

100kW两级吸收式决化俚刹冷机各项指标均达到设计要求。其驱动热源温度

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第四章 100KV太阳能空调系统

之低（65-75℃）特别适合大阳能利用。

系统兼顾了生活热水与制冷空调的能量需求，合理分配利用太阳能，提高了太阳能日利用效率。

太阳能空调系统全天候自动运行。

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第五章 太阳能空调与太阳能电池板

5.1太阳能的发展历程

5.1.1工作原理

A.太阳能空调：

太阳能空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成。太阳能吸收式空调吸收式制冷是利用两种物质所组成的二元溶液作为工质来进行的。这两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组分称为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。常用的吸收剂—制冷剂组合有两种：一种是溴化锂—水，通常适用于大型中央空调；另一种是水—氨，通常适用于小型空调。

吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。本文以溴化锂吸收式制冷机为例。在制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断升高，进入吸收器；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送所谓太阳能吸收式制冷，就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数（亦称COP）越高，这样空调系统的制冷效率也越高。例如，若热媒水温度60℃左右，则制冷机COP约0?40；若热媒水温度90℃左右，则制冷机COP约0?70；若热媒水温度120℃左右，则制冷机COP可达1?10以上。

常规的吸收式空调系统主要包括吸收式制冷机、空调箱（或风机盘管）、锅炉等几部分，而太阳能吸收式空调系统是在此基础上再增加太阳集热器、储水箱和自动控制系统。

在夏季，被集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱向制冷机提供热媒水；从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水；制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时，可由辅助锅炉补充热量。在冬季，同样先将集热器加热的热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱直接向空调箱提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时，也可由辅助锅炉补充热量。在非空调采暖季节，只要将集热器加热的热水直接通向生活用储水箱中的热交换器，就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。

B.太阳能电池:

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

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第五章 太阳能空调与太阳能电池板

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换方式：通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸汽，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

光—电直接转换方式：该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。 显 示 模 块 键 盘 模 块 控制 模块 电源模块 输出模块 图5.1太阳能电池系统原理图 5.1.2材料

A.太阳能空调：

新型太阳能复合超导冷暖空调，制热时以太阳能和可再生的生物质燃料为主要能源，是真正绿色的取暖方式。制冷时借助少量的电能利用地源低温，采用超导能量输送系统直接制冷，达到最合理的节能的制冷效果。

传统的空气冷却器无法杜绝讨厌的副作用——长期消耗大量的能源、能源利

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用效率低、加速全球气候变暖。如果人们可以成功利用太阳光来冷却家庭房间或办公室那该多好——不会消耗大量难以再生的能源，而且在制冷过程中不会释放太多二氧化碳。

B太阳能电池：

在当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。其中，用于电子级多晶

硅占55％左右，太阳能级多晶硅占45％，随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池

对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展。 1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。

5.1.3分类

A.太阳能空调分类：

太阳能制冷：指利用太阳能提供动力来驱动制冷机制取冷量，并最终实现建筑物内的空气调节。

太阳能采暖：利用太阳能集取热量直接或间接为建筑提供热量。 B.太阳能电池分类

现在的太阳能电池板主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅和多元化合物等。 (1)单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。

(2)多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

(3)非晶硅太阳能电池

非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶

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第五章 太阳能空调与太阳能电池板

硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减[3]。

(4)多元化合物太阳电池

多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：a) 硫化镉太阳能电池b) 砷化镓太阳能电池c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池) 。Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料，具有梯度能带间隙（导带与价带之间的能级差）多元的半导体材料，可以扩大太阳能吸收光谱范围，进而提高光电转化效率。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为18％，而且，此类薄膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰退效应（SWE），其光电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%，在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。

5.1.4以开发出高效智能太阳能空调和电池板 A太阳能空调：

1、阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致；

2、缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而制冷机以无毒、无害的水或溴化锂为介质，它对保护环境十分有利；

3、能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显着地提高了太阳能系统的利用率和经济性。

B.太阳能电池：

以色列前沿太阳能公司开发出一种智能太阳能电池板,不仅可比传统太阳能电池板多提供25%的能量,还可有效解决现有太阳能系统面临的监控与安全方面的困扰。

在目前使用的太阳能光伏系统中,所有太阳能电池板通常先要连接到一个变换器箱,再通过它连接到电网。这种组装方式使人们更关注的是整个太阳能发电装置,而不是单个太阳能电池板,因此,当某个或某些电池板出现故障时则很难监测。特别是那些由野外数十万个电池板组成的较大发电厂,要发现哪些电池板不能正常工作则更加困难,只有问题严重后到现场逐个检测,才会找到症结所在。

针对这一问题,该公司研发了一种智能芯片,上面集成了变换器箱的所有技术并具有监测控制功能,每个光伏电池板装上这种芯片后,即变成了一个电子设备,管理者只需通过远程监测,即可实时了解每个电池板的运行状态。

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现有太阳能发电系统的另一个缺陷是无法有效关闭产生的高压直流电,这给系统的安装、检修带来潜在风险。该公司利用智能芯片技术,就可将太阳能电池板逐个关闭,从而增强了系统的安全性。此外,使用这种智能太阳能电池板还有助于防盗。据称,现在每个太阳能电池板价值600美元至800美元,一旦丢失损失很大,使用该技术后,遇有偷盗,系统马上就会报警。

该公司首席执行官赛拉表示,太阳能发电是一个有广阔发展前景的产业,预计全球市场规模约为300亿美元至400亿美元。现在许多国家都推出了大规模发展太阳能的计划,在这种形势下,他们研发的技术会有良好的应用前景。

5.2太阳能的利用前景

太阳能热水器在国内市场迅猛发展，全国太阳能热水器的使用量已超过1000万平方米.近年来每年增长超过200万平方米，由此可见，太阳能热水器的使用量和需求量都非常大，市场前景非常好。另一方面，空调的需求也是一个巨大的市场。如果把供热与空调结合起耘将是一个更加理想的方案。这是太阳能空调实现推广应用的市场基础。

相比太阳能热水器而言，尽管太阳能空调在我国是个新生事物，但业内专家对太阳能空调的前景表示乐观。国际制冷学会制冷设备专业委员会副主席王如竹说，“太阳能空调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”，因而太阳能空调的发展会得到重视;而中国制冷协会副秘书长胡兆奎也表示，与常规空调相比，太阳能空调具有明显的优点，显著提高了太阳能系统的利用率和经济性。

在中山大学太阳能系统研究所所长沈辉看来，太阳能空调市场规模相当可观：“当前我国在太阳能光伏发电的产业应用上还处在推广阶段，市场还没有形成大量应用，但消费层面对于新能源技术的需求非常巨大，对于国内家电企业而言，未来可以扩张和发展的商业空间难以想象。有数据显示，我国已经成为继美国、日本之后的世界第三大空调市场，占全世界空调市场利用率的12%。初步估计，太阳能空调其市场容量在2015年将高达千亿元，这正是吸引海尔、格力、美的等众多企业纷纷进入的原因。

正因为拥有这些传统空调所不具有的优势，国外企业早在10多年前便已经开始了太阳能空调的技术研发。据了解，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。

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第六章 总结与展望

第六章 总结与展望

6.1总结

我国经济的发展和人民生活水平的提高，采暖和空调已经是必然的需求。而且由于常规能源不断千采和使用，其储藏量将不断地减小。因此，有效合理的利用太阳能，可以节省电力和常规能源，并对环境保护有重要意义。

6.2展望

A.产业化：

太阳能空调实用性示范系统的建成，证明了太阳能空调技术上是可行的，经济上也显示出一定的效益，潜在的市场很大，应当向产业化方向发展。但要实现产业化目标，还有许多工作可做，例如：太阳能空调系统的计算机设计软件；制冷机商品化、产业化；统一的配套设备和零部件；制定产品（系统）的技术标准；大力开拓市场。

B.研究和开发新的枝术：

太阳能空调系统目前普遍采用成熟的淡化短吸收式制冷技术，由于造价以及工艺方面的原因，采用这种技术的太阳能空调系统适用于中央空调和集中供热方式，系统需要有一定的规模。而市场对小型的、家用的太阳能空调器却有更大的需求，事实和经验告诉我们，只有满足千家万户人民群众需要的产品，才能形成规模化产业。因此，需要研究和开发小型太阳能空调的新方法、新技术。

C.建筑物的热-电-冷联供系统：

建筑物用能是一个耗能大户，其中用于照明、供热和空调就占了一半以上，太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源，更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明，最终实现所谓绿色能源源的房子，是世界上许多发达国家的热门研究课题，也将是21世纪一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题。这是太阳能利用的一个引人注目的发展趋势。

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致 谢

致 谢

在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的张守峰老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！

在论文工作中，遇到了许多困难，但是一直得到张老师的亲切关怀和悉心指导，使我顺利的完成了毕业设计。张老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘。再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际，谨向张守峰老师致以最崇高的谢意!

在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!

在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！ 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!

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参考文献

参考文献

1 发展太阳能空调应用的基础和意义 周百军 2.太阳能空调的研究发展方向 周百军 3.太阳能空调的研究发展方向 周百军 4.太阳能空调系统性能分析 马伟斌 梅建滨 5. 太阳能空调技术的现状与发展趋势 吕斌 2010 6.热水型两级吸收式制冷系统的研制 夏文慧 7.太阳能空调热水系统的现状与新构想 谢应明 8.燃气太阳能空调系统采暖的模拟与分析 梁雷欣

9太阳能热管吸收式空调制冷系统的构造与分析 梁爱宁2001 10.太阳能空调制冷技术及其应用 钱文明

11太阳能相变蓄热系统在空调制冷中的应用于研究 李小玲2003年9月

12.陈渝光 汽车太阳能空调的系统研究2002年9月

13.张钟澍 太阳能在空调制冷系统中的研究现状与应用前景2000年

14.阎石主编.太阳能制冷技术的市场前景

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gki6.html