关于太阳能在制冷和制热方面的调研报告
【摘要】新能源的大规模开发利用已成为时代不可阻挡的潮流，而太阳能作为新能源研究的焦点之一，太阳能的开发利用 越来越成为人们关注的热点。本文就关于太阳能的优 点，太阳能在制冷和制热方面的一些应用及具体实例，以及太阳能的发展趋势作简要论述。以加深对太阳能在制冷和制热方面的认识。
关键字：太阳能
优缺点
制冷与制热
应用实例
发展 现状与 趋势
目前，世界能源结构中，人类主要利用的是化石能源，其中石油、天然气、煤炭的消费构成分别为 41% ， 23%和 和 27% ，而根据目前所探明的储量和 消费量计算，这些能源资料仅可供全世界大约消费 0 170 年，具体来说，石油将在 0 40 年内耗尽，天然气将在0 60 年内用光，煤炭也只够使用 0 220 年。我国一次能源状况也和世界相仿，据国家 9 1999 年政府白皮书估计目前我国石油剩余可采储量为 6 32.736 亿吨，可供采用 0 20 年；天然气剩余可采储量为4 11704 亿立方米，可供采用 0 60 年；煤炭剩余可采储量为 5 1145 亿吨，可供开采不足百年。【1 1 】
由此可见，常规能源的利用已经逐渐地受到了限制，发展新能源已经迫在眉睫。同时，化石燃料的燃烧发出了大量二氧化碳等污染气体，致使全球变暖。而太 阳能却是十分环保的能源，利用太阳能，完全可以做到二氧化碳的零排放。
在全球经济社会可持续发展的要求下，发展太阳能 是不可阻挡的趋势。
一、
太阳能优点
1 1 、普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。
2 2 、无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。
3 3 、巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 0 130 万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。
太阳每秒钟放射的能量大约 1. 6*10 2 23 3 kw ，相当于 9 6*109 吨标准煤，按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤约 共约 1.892*1016吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。【2 2 】
4 4 、长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。
太阳能如此广泛，自然太阳能利用形式也多种多样。分别有光热利用、光电利用、光化学利用、光生物利用。
而太阳能热利用又可以分为太阳能制热和太阳能制冷。根据工作温度的不同，太阳能光热利用可划定为低温、中温、高 温三类。低温（ 40- - 80摄氏度）热利用，主要为生活用热；中温（ 80- -0 250 摄氏度）热利用，应用领域为工业用热；高温（ 300- -0 800 摄氏度）热利用，可用于太阳能热发电【3 3 】
二、
太阳能制热
1 1 、 太阳能集热器
， 若要研究太阳能的热利用， 那么太阳能集热器是必不可少的。太阳能集热器是把太阳能辐射能转换为热能的设备，是太阳能热利用系统的核心部件。所以，研究太阳能集热器是研究太阳能其他热利用的一个基础，是必不可少的部分。根据太阳能集热器是否聚光可将太阳能集热器分为非聚光和聚光两大类。
平板集热器是非聚光类太阳能集 热器中最简单且应用最广的集热器。他吸收太阳辐射能的面积与采集采样能辐射的面积相等，不需要太阳跟踪装置，结构简单，方便维护和管理，太阳能热水器就是应用平板集热器。
聚光类集热器是通过把光线聚集在一起，以提高光的能量密度，以获得较高的集热温度。
主要有三部分组成：聚光器、接收器、和跟踪系统。工作原理是：自然阳光经聚焦器聚焦到接收器上，并加热接收器内流动的集热介质，跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面与入射太阳辐射总是互相垂直。
主要分为点聚焦和线聚焦两种。点聚焦可以获得高品质的热 能，温度可达几千摄氏度，而线聚焦可获得的温度较低 ，可利用于太阳能空调及制冷系统中。
2 2 、太阳能热水器
太阳能热利用中历史最悠久、应用最广泛的就是太阳能热水器。自 1 1891 年美国马里兰州的肯普发明第一台太阳能热水器以来，已有 0 100 多年的历史。太阳能热水器于 0 20 世纪 0 20 年代流行于美国的西南部地区。随着石油和电力价格的上升，更多的太阳
能热水器和太阳能热暖气也随之产生，0 20 世纪 0 70 年代在澳大利亚、日本、以色列和前苏联就已普遍的使用。在美国北部，每平方公尺的太阳能热接收器，每六个月可节省 l 30. 5l 的热水用的汽油 ，或是 h 215kw.h 的电力。目前日本已有 0 1000 万幢以上的住宅安装了太阳能热水器。【4 4 】
太阳能热水器是一种利用太阳辐射能，通过温室效应把水加热的装置，它由集热器、储热水箱、循环水泵、管道、支架、控制系统及相关附件组成。集热器是热水器的核心部件，主要担负两种功能，一是吸收太阳辐射能，二是将热量传递给工质，集热器上太阳能吸收材料可分为了两类：非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层，选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长 不同有显著变化的的吸收涂层。
太阳辐射可近似的认为是温度 k 600k 的黑体辐射，约 90% 的太阳辐射能集中在 0.3- -2 2 微米波长范围内，而太阳集热器的吸热体一般为 400- - 1000k ，其辐射能主要集中在 2 2- -0 30 微米波长范围内，因此既有高的太阳吸收比又有低的发射率的涂层材料，就可以保证尽可能多地吸收太阳辐射的同时，又减少热量的损失。集热器主要的吸收涂层材料有氧化铁、氧化铜、黑铬、黑镍、铝、碳等。
【5 5 】
太阳能热水系统工作原理是利用太阳集热器吸收太阳辐射，将吸热体中的冷水加热，并利用冷热水的密度差和储热水箱与集热器之间的水压差，通过自然循环或 强制循环，将热水储存在具有保温结构的储热水箱中，以便向用户提供热水。
太阳能热水系统的运行方式，按系统中流体的流动方式，划分为循环式、直流式、闷晒式三类。
循环式太阳能热水系统 ，按照流体循环的动力，分为自然循环式和强迫循环式两种；按有无换热器，又可分为直接系统和间接系统。自然循环式太阳能热水系统的原理是：热水器系统依靠集热器和蓄水箱中水温的不同而产生压力差来推动热水系统。水箱中较冷的水经过集热器被加热后密度减小，再回路压差的推动下流入蓄热水箱。蓄热水箱中的热水被补给水箱中的自来水压头顶出，供热水 用户使用。该系统要求蓄水箱必须置于集热器的上方，一般只用作家庭小型热水器。
该系统的优点是结构简单，运行可靠，不消耗其他资源。不足之处是水流动力为热虹吸压头，为了产生足够的虹吸压头，循环水箱需要高架于集热器之上，因此只适用于小型热水器，对于过大的热水器会造成构架负重太大。另外，自然循环式太阳能热水系统受日照的限制，当日照减少至集热量为零时，循环就会完全停止。强迫式热水器的水循环是依靠泵来实现的，当集热器顶部的水温
超过控制器设定点的热水温度时，控制其启动水泵，将热水打入蓄水箱中。强制循环
热水器中蓄水箱的位置比 较灵活，不会受太多的限制 ，因此适用于较大型的集热器。
直流式热水系统中，水的运动直接依靠自来水的进水压力，故适用于自来水压力较高的地区。系统中蓄水箱可以了灵活布置，便于和荐椎符合。缺点是冷水直接进入集热器，热水时间比较短。
闷晒式热水系统是最简单的热水系统。直接由透明盖板、集热水箱、保温层和外壳构成。闷晒式太阳能热水系统成本低，占地少，易于安装。
缺点是保温效果差，热量损失比较大，所获得的热水只能在当天晚上上半夜以前使用。
3 3 、太阳灶
太阳灶是一种是一种进行炊事活动的装置，它能有效地利用太阳辐射能。近三十年来，在中央地方政府鼎力支持下，太阳灶推广工作取得了长足的进展。初步统计，截至 5 2005 年，全国已有 有 0 60 万台各式太阳灶，甘肃约占 0 30 万台，西藏 0 20 万台。步入1 21 世纪，在可再生能源及新能源的研究和利用事业广泛开展下，出于农村能源紧缺和环保事业的急切需要，在太阳能技术方面，太阳灶的应用及推广工作为此提出了更为严格的要求。【6 6 】
太阳灶基本上可分为箱式太阳灶 、聚光太阳灶。
箱式太阳灶根据黑色物体吸收太阳辐射较好的原理研制而成。它是一只典型的箱子， 朝阳面是一层或二层平板玻璃盖板，安装在一个托盖条上，其目的是为了让太阳辐射尽可能多地进入
箱内，并尽量减少向箱外环境的辐射和对流散热。里面放了一个挂条来挂放锅及食物。箱内表面喷刷黑色涂料，以提高吸收太阳辐射的能力。箱的四周和底部采用隔热保温层。箱的外表面可用金属或非金属，主要是为了抗老化和形状美观。整个箱子包括盖板与灶体之间用橡胶或密封胶堵严缝隙。使用时，盖板朝阳，温度可以达到 100 °C C 以上，能够满足蒸、煮食物的要求。这种太阳灶结构极为简单，可以手工制作，且不需要跟踪装置，能够吸收太阳的直射和散射能量，故信产 品价格十分低。但由于箱内温度较低，不能满足所有的炊事要求，推广应用受到很大限制。
聚光式太阳灶 是将较大面积的阳光聚焦到锅底，使温度升到较高的程度，以满足炊事要求。这种太阳灶的 关键部件 是聚光镜，不仅有镜面材料的选择，还有几何形状的设计。最普通的 反光镜为镀银或镀铝玻璃镜，也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。聚光式太阳灶的镜面设计，大都采用旋转 抛物面 的聚光原理。在数学上若 抛物线 绕主轴旋转一周，所得的面，即称为“旋转抛物面”。若有一束 平行光 沿主轴射向这个抛物面，遇到抛物面的反光，则光线都会集中反射到
定点的位置，于是形成聚光，或叫“聚焦”作用。作为太阳灶使用，要求在锅底形成一个焦面，才能达到加热的目的。换言之，它并不要求严格地将阳光聚集到一个点上，而是要求一定的焦面。
4 4 、太阳房
巨大的太阳能清洁、便宜、极易获得，具有相当高的开
发价值，地球上每年接受的太阳能辐射约有 0 60 亿 亿 kw ，研究和利用太阳能特别是对住宅采暖、供给热水等方面是非常必要的。
【7 7】
】
太阳能建筑是 建筑发展和建筑科学技术进步的新方向。
太阳能建筑简称太阳房，是能够利用太阳能采暖和制冷的房屋建筑，主要有集热件、蓄热部件、散热部件和辅助冷源构成。在我国大部分地区，传统的农房几乎都是最原始、最感性的太阳房。根据太阳房在供热过程中是否采用动力，可将太阳房分为主动式和被动式两类。【8 8 】
主动式太阳房的一次性投资大、设备利用率低，维修管理工作量大，而且仍然要耗费一定量的常规能源。因此，对于居住建筑和中小型公用建筑来说，主要采用的是被动式太阳房。被动式太阳房是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内 部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，在冬季集取、保持、贮存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。
太阳房采暖主要利用南坡屋面的铁板吸收太阳能，加热从屋外引进的冷空气，当通过屋项最高处的玻璃板时，空气温度被大幅度抬升，将通气层内的热空气吸过来聚集到热气通道里，然后通过控制箱送到地板下面贮存起来，并从靠墙的地板风口流出来，太阳下山后， 风扇 会自动停止转动，控制箱内的风门会自动关闭，避免室外的冷空气流入室内，贮存在地板下的热量也慢慢释放出来，使室温下降速度减慢，使房屋尽可能多地吸收
并保存太阳能，从而达到取暖的效果。
三、
太阳能制冷
太阳能制冷与空调的突出优点在于它具有良好的季节适用性。在夏季空调负荷高峰时，正是太阳辐射最强的时期，因此，可利用太阳能制冷与空调缓解夏季电力供应的季节性问题。【9 9】
】
目前，太阳能驱动的空调制冷途径主要有三类：光热转换、。
光电转换和光化学转换。
太阳能光电转换制冷系统的成本要比光热转换的成本高出许多，目前难以大规模 推广使用。太阳能光热转换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，太阳能吸收式制冷是技术最成熟、。
应用最多的制冷。
吸收式制冷技术目前主要有溴化锂吸收式制冷和氨水吸收式制冷两种。
四、
太阳能利用发展现状及前景
我国政府一直非常关注新能源和可再生能源的发展问题。【 10 】。我国《 2000- -5 2015 年新能源和可再生能源产业发展规划》提出了新能源和可再生能源中期发展目标，“到 5 2015 年，新能源和可再生能源于 形成相当于 0 4300 万吨标准煤的商品能源供应能力。”【 11 】这些都为我国新能源产 业的发展提供了良好的政治环境。
同时，我国太阳能行业技术水平不断提高，产业规模不断扩大。据不完全统计【 12 】，全行业实现总产值近 0 100 亿元，从事业 太阳能热水器研发、生产、经营、销售和安装服务的企业 1000
多家。
太阳能行业正是一个朝阳行业，太阳能的发展绝对不会停止，必将会越来越繁荣。在以后的发展中，太阳能光电转换还有太阳能的热利用都将会是发展与研究的热点。太阳能必定会带动整个经济的发展，也是实现可持续发展的重要战略准备。
参考文献
【1 1 】《发展太阳能光伏发电的意义及前景》宁铎，高继春
【2 2 】赵媛、越慧， 我国太阳能资源及其开发利用，经济地理，1998
【3 3 】R Williams,J.R 著。赵玉文等译。太阳能采暖和热水系统的设计与安装【M M 】
北京：新时代出版社
【4 4】
】
《能源与动力工程概论》
中国电力出版社
【5 5 】《太阳能技术利用概况》
陈德明
【6 6 】《入户聚光式太阳灶的可行性研究》胡文飞
武汉理工大学硕士学位论文
【7 7 】马玉梅。太阳能在建筑中的应用探讨【M M】
】
。节能与环保，2004
【8 8 】《西安新农村被动式太阳房热工设计》谢安生
【9 9 】《太阳能制冷技术的应用与发展》张朝昌
历彦中
陈曦
王强
【 10 】刘文强，我国太阳能热水器产业发展现状与展望，可再生
能源
【 11 】《 2000- -5 2015 年新能源和可再生能源产业发展规划》
【 12 】陆维德。我国太阳能热水器产业的发展。太阳能