正通太阳能

所谓太阳能制冷，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110以上。
实践证明，采用热管式真空管集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能空调技术方案是成功的，它为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。

一:基本工作原理

太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成。
1吸收式制冷工作原理

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，由溶液泵送回发生器，完成整个循环。
2太阳能吸收式空调工作原理
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。

二:空调及供热综合示范系统

为了将太阳能吸收式空调技术付诸实际应用，根据“九五”国家科技攻关计划任务，北京市太阳能研究所于1999年9月建成一套我国目前最大的太阳能吸收式空调及供热综合示范系统(见压题照片)。
1安装地点概况
太阳能空调示范系统建在山东省乳山市。乳山市位于山东半岛的东南端，北接烟台，西临青岛，南濒黄海。该地区有较好的太阳能资源，年平均日太阳辐照量为173MJ／m2。当地夏季最高气温331℃，冬季最低气温－78℃，夏季和冬季分别有制冷和采暖的要求，因此是安装太阳能空调系统的合适地点。
乳山市银滩旅游度假区利用本地区自然条件，大力发展旅游事业，正在筹建“中国新能源科普公园”。科普公园计划建造包括风能馆、太阳能馆等在内的8个馆、厅。太阳能空调系统就建在科普公园内的太阳能馆。
在这里人们不仅可以参观太阳能科普展品，增长太阳能科普知识，了解最新的太阳能技术，并且在参观和娱乐的同时可亲身感受到太阳能空调和采暖所营造的舒适环境。
2主要技术性能
新建的太阳能空调系统由热管式真空管集热器、溴化锂吸收式制冷机、储热水箱、储冷水箱、生活用储热水箱、循环泵、冷却塔、空调箱、辅助燃油锅炉和自动控制系统等部分组成。系统安装完成后，经过冬、春、夏三季运行和测试，达到表1的主要技术性能。
3系统设计特点
(1)太阳能与建筑有机结合
整个太阳能馆的总体设计既使建筑物造型美观、新颖别致，又能满足集热器安装的要求。依据这个原则，建筑物的南立面采用大斜屋顶结构，一则斜面的面积比平面大得多，可以布置更多的集热器；二则在斜面上布置集热器时无需考虑前后遮挡问题，而且造型也非常美观。斜屋顶倾角取35°，与当地纬度接近，有利于集热器充分发挥作用。
(2)热管式真空管集热器提高了制冷和采暖效率
热管式真空管集热器是北京市太阳能研究所的一项重大科技成果，具有效率高、耐冰冻、启动快、保温好、承压高、耐热冲击、运行可*等诸多优点，是组成高性能太阳能空调系统的重要部件。热管式真空管集热器可为高效溴化锂制冷机提供88℃的热媒水，从而提高整个系统的制冷效率；这种集热器还可在北方寒冷的冬季有效地工作，为建筑物供暖。

　为节省用于调节建筑温度的能源，位于瑞典首都斯德哥尔摩以南海格斯滕的太阳能空调公司推出了一种新装置——太阳能空调。

　　制冷或制热系统一般使用石油或天然气，但这种太阳能空调可通过有效控制被太阳能加热的水来减少能源使用，并可储存太阳能供阴雨天时使用。

　　这种空调依靠水与盐在真空中进行热化学交换。水从一个罐里蒸发，被与之相连的罐里的盐吸收，盐于是变成盐浆；水在蒸发过程中吸收能量，能量在盐罐里释放，由此产生能量交换：水变冷，盐变热。

　　这种空调技术相当昂贵，在西班牙安装太阳能空调公司的系统约需2.5万美元，比标准系统多1万美元。不过，太阳能空调公司首席执行官佩尔·奥洛夫松说，使用太阳能空调，每月可为一套标准住房节省130美元的能源开支。另外，由于不依靠传统燃料，使用太阳能空调的普通家庭年均可减排11.8吨的二氧化碳。

　　以太阳光为能源，LED发光二极管为发光源，色光稳定，无闪烁，防震，环保，无需外接电源，充电及开/关灯过程由微电脑智能控制；天黑自动开灯，天亮自动关灯，无需人工操作，工作稳定可靠，使用寿命长安全节能无污染。最适合于具有现代绿色环保意识要求的城市市民广场、城市公园、建筑物周围的照明、装饰。特别在电力紧张的城市，其节能和无需电网的优点倍受青睐。

　　太阳能草坪灯主要利用太阳能电池的能源来进行工作，当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED（发光二极管）提供电源。太阳能草坪灯升压IC,能自动对充电和放电行为进行切换,当白天太阳能充电板感应到阳光时,自动切换到关闭灯光进入充电状态,当夜晚来临太阳能充电板感应不到阳光时,自动切换到进入电池放电状态开启灯光。

铜铟硒太阳能电池（CIS）是从20世纪80年代初发展起来的多晶薄膜电池。CIS电池以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的空间抗辐射性而成为本世纪最具有前途的太阳能电池之一，是目前国内外众多科研机构及行业专家的研究热点。

德国太阳能技术研究所（简称IST）历经10年开发成功一种新型薄膜太阳能电池技术，该项技术采用连续电沉积工艺，制备出在铜箔上形成CuInSe2薄膜太阳能电池的带卷（简称CISCuT），然后通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。目前，CISCuT电池的实验室效率已达到9.2%，理论效率高达30%，并且由于材料消耗少、工艺简单，预期最终成本将低于0.6欧元/Wp[2]。

德国CIS SOLARTECHNIK GMBH（DE10247402）发明的薄型CIS太阳能电池底基主要由柔软的金属承载层、阻隔层和电接触层组成，阻隔层位于金属层和电接触层之间并不完全覆盖金属层，空留区域用作电接触层制作。

德国HAHN MEITNER INST BERLIN GMBH和TRIBUTSCH HELMUT（WO2005007932，DE10332570）发明的光电系统利用太阳光能制造氢，其中在产生氢的水房（WKK）中所使用的主动光电结构就是以CIS太阳能电池方式实现的。

日本NAT INST OF ADV IND & TECHNOL（JP2004022897）发明了一种低成本，安全耐用的复合物半导体薄膜作为吸收层，用于CIS电池基，通过一般难以加以利用的太阳光谱频宽实现高能转换效率（大约为1.5eV），替代原来的稀有金属实现方法；窗口层中使用ZnO还能获得更高效率。

日本松下电器产业株式会社（CN1577899，JP2005019742，JP2004327849）发明了一种具有高转换效率的CIS基太阳能电池，其通过省略窗口层降低成本。该太阳能电池包括：具有半透明性和导电性的第一层，靠近第一层设置的p型半导体层，通过第一层和p型半导体层形成结，其中p型半导体层包括具有含Ib族元素、IIIb族元素和VIb族元素的黄铜矿结构的半导体，所包含的不锈基板起码有一个表面具有氧化膜涂覆。

华南理工大学（CN1547260）发明的薄膜太阳能电池依次由衬底、电极、p型铜铟硒层、n型硫化镉层、p型多晶硅层、n型多晶硅层和电极叠层构成。制备方法依下列步骤进行：(1)采用磁控溅射加真空硒化退火方法在衬底上制备p型铜铟硒膜；(2)用真空蒸发方法在p型CIS膜上生长n型硫化镉 (CdS)层形成CIS/CdS复合结构；(3)在CIS/CdS复合结构上采用PCVD工艺和金属诱导固相晶化方法制备p型多晶硅层、n型多晶硅层；(4)成形。 　

自90 年代初起，以Simens Solar为代表的许多公司一直在努力实现CIS薄膜电池的商业化生产，该电池目前仍处在1MW以下的中试生产阶段。

由天津南开大学孙云教授主持的《铜铟硒薄膜太阳能电池试验平台与中试线》项目，日前被科技部列为国家863计划新立项课题，并获得1557万元的滚动经费支持。该项目实现了电池光电转换效率高于12%，一举跻身于世界该研究领域前四名。该项目计划于2006年底完成后，将使我国化合物薄膜太阳能电池这一高新技术居于国际先进水平。

美国加州一家公司表示，已经开发出一种依靠CIS薄膜太阳能电池集中发电装置，这种装置比目前在世界各地通用的硅电池效率高13%左右。光电集中装置可以制造成较大尺寸，其功率从20kW到35kW不等，而且它们可以在一天中追踪太阳方位的变化，更适合于大规模安装。通常传统的扁平太阳能电池其阳光接收表面被硅电池覆盖，而且被安装在一个固定角度，而CIS新型太阳能电池所使用的是塑料镜头，经过聚焦后的太阳光强度大概是原来的250倍。这种装置完全可以同目前主流的发电系统进行竞争。随着多节太阳能电池的出现，在未来几年将出现生产成本低至3元/W的新型太阳能发电装置。

早在10年前，科学家就发明了一种比头发还要细的太阳能电池，由于其所使用的半导体原料远较一般太阳能电池为少，因此可解决太阳能电池价格高昂的问题。后来，研究人员使用称为CIS 的复合半导体的技术，将2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太阳能电池。它比传统以矽制成的太阳能电池薄100倍，实际上比头发还要薄，它亦较轻和使用较少半导体物料，售价因此较便宜并可大量生产。

传统的矽电池需大量半导体物料，价格昂贵，因此无法普及，而且由于较笨重，其应用范围受限制。薄膜电池却只需要将廉价物料放在诸如塑胶等有弹性的表面上便可，价钱便宜而且轻便。

有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。研究人员表示，通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。专家相信,不久的将来，薄膜材料的太阳能电池将出现在人们的日常生活中。

目前，世界上至少有40个国家正在开展对下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池实用化的研究开发。去年10月，日本昭和壳牌石油公司创下了铜铟硒薄膜太阳能电池光电转换效率的最高世界纪录。面积为864平方厘米的转换效率为14.3%，面积为3560平方厘米的转换效率为13.4%。由于该公司已经使用该太阳能电池制成日本第一个10千瓦太阳能发电系统，使该太阳能电池的实用化向前迈进了一大步。

铜铟硒薄膜太阳能电池可实现低成本高效率，由于其具有低于目前主流的结晶系Si太阳能电池成本的竞争优势，有望作为下一代太阳能电池。此外铜铟硒薄膜太阳能电池对宇宙射线的耐受性比其他电池高，是一种成本低、质量轻的宇宙用太阳能电池，可作为人造卫星的电源等。

降低生产成本是推广太阳能电池的关键。德国太阳能技术研究所历经10年努力，开发成功一种新型薄膜太阳能电池技术，该项技术采用连续电沉积工艺，制备出在铜箔上形成薄膜太阳能电池的带卷，然后通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。目前，这种电池的实验室效率已达到9.2%，理论效率高达30%，并且由于材料消耗少、工艺简单，预期最终成本将低于每瓦0.6欧元。