太阳能制冷的应用现状

Renato LAZZARIN

（帕多瓦大学，意大利帕多瓦 35122）

0 引言

空间采暖和制冷在全球能源需求中的占比较大。虽然目前空间采暖的能源需求要大于空间制冷的能源需求，但有以下几个原因可以预期采暖需求将减少，而空间制冷需求将增加：1）发展中国家的经济增长催生了更高的舒适度标准和增长的空间冷却需求；2）建筑物与外界寒冷的环境隔离更容易，而限制入射的太阳辐射则更加困难，特别是对于主要由玻璃构成的建筑物；3）家庭和办公室中越来越多的电器和其他插电负载增加了室内温度；4）必须考虑到全球变暖。

国际能源署（International Energy Agency，IEA）预测未来30年全球空间制冷消耗的能源将增长3倍，到2050年，新增的电能需求相当于目前美国、欧盟和日本的电能总和[1]。实际上，满足空间制冷所需的全球电能预计将从2016年的850 GW增加到2050年的3,350 GW。

由于制冷需求强弱取决于太阳辐射强度，因此自1973年第一次能源危机以来，出现了许多针对太阳能制冷的研究。一些试点工厂迅速建成并测试，随之开发出多种太阳能技术。太阳能制冷系统包括收集太阳辐射并将其转化为热能或电能的设备，以及使用热能或电能产生制冷的设备。太阳能制冷系统的发展与提高能效和降低成本紧密相关。太阳能集热器的快速发展最初是倾向于热能驱动的制冷设备，而随着光伏电池效率的提升和成本的显著降低，现在倾向于电能驱动的制冷设备。

为了更好了解当前太阳能制冷的应用情况和前景，本文介绍了从收集太阳能到制冷的主要替代路线，但不包括被动式太阳能制冷技术，例如蒸发冷却、自然通风等。但是在设计或翻新建筑物时，应始终考虑被动式太阳能制冷技术。

1 太阳能组件

太阳能组件通常被称为太阳能阵列，由各种太阳能板组成，太阳能板由光伏（Photovoltaic，PV）电池板或太阳能集热器组成。

1.1 光伏（PV）电池板

目前，光伏模块主要是基于单晶或多晶硅电池。在较为小众市场中出现了所谓的“第二代”和“第三代”电池板，使用了先进的薄膜（主要是非晶硅）技术，如CIS（硒化铜铟）或CdTe（碲化镉），这些电池板在不久的将来具有广泛应用的潜力。

光伏模块是由各种光伏电池串联而成。它的效率定义为同一时间内产生的电能与接收的太阳辐射能量的比值，从而可以计算瞬时、日、月甚至长期的效率。在标准条件下（太阳辐射强度为1,000 W/m2，电池温度为25 ℃），光伏模块的效率在13%～17%之间。必须限定电池温度，因为较高的温度会对效率产生负面影响，尤其是硅电池，其在炎热晴天时效率会下降。

在过去的10年里，商用硅片模块的平均效率从12%提升到17%左右，效率最高的模块甚至能达到21%，单晶硅模块的实验室效率已经达到24%以上，这个数值是未来几年商用光伏的目标，与此同时，单晶硅模块的制造成本大幅下降。成本通常用欧元或美元每W/p表示，其中W/p代表峰值功率（在标准条件下，峰值辐射强度为1,000 W/m2）。近年来光伏造价不断降低，已从2005年的5欧元W/p降到2010年的3欧元W/p，再降到2015年的1.5欧元W/p和2020年的1欧元W/p。光伏系统除太阳能电池板以外还需要其它部件，最重要的是平衡系统（Balance of System，BOS），该系统包括一个逆变器，其主要任务是将电池板的可变直流电（Direct Current，DC）转变为交流电（Alternate Current，AC）。平衡系统（Balance of System，BOS）的成本可达到光伏模块成本的10%～20%，对于较小的光伏模块而言，这个占比更高。

1.2 太阳能集热器

太阳能集热器是将太阳辐射能转化为热能的装置。本文只讨论液体太阳能集热器，即加热水的集热器，集热器中的水通常与防冻液混合。

太阳能集热器既可以固定不动（最常见的形式），也可以采用追踪式，即为了优化太阳光线角度而追踪太阳的集热器，通常将太阳光线聚焦在一个点或一条线上。

最广泛使用的固定集热器是平板式集热器（Flat Plate Collector，FPC），太阳辐射能被有凹槽的金属板吸收（图1），在超过80～90 ℃的温度下会产生热能。

图1 板式集热器

集热器与周围环境的温差会导致热量损失，该热损失可以通过一些技术方法降低：1）通过一个或多个通常由玻璃制成的透明屏蔽层隔热；2）在集热器背面和侧面设置合理的绝缘厚度（7～10 cm）；3）在绝缘层上使用选择性涂层，其中选择性是指对低波长具有高吸收性（即可以吸收大多数太阳辐射），在红外线（即大部分热损失辐射的波长）中具有高反射率和低发射率。真空管式集热器（Evacuated Tubular Collector，ETC）应用在更高的工作温度，通过镀层（选择性涂层）与玻璃（可以承受大气压的特定管型）之间的真空消除了对流损失（图2）。

图2 真空管式集热器

太阳能集热器均以固定的倾斜角度安装，夏季使用时性能得到优化，最佳倾斜角度等于纬度Φ减去10°。太阳能集热器的性能取决于集热器内流体的平均温度tm（℃）、外界空气温度ta（℃）和太阳辐射强度Iβ（W/m2）。

集热器的热效率定义为收集到的有用热能功率Qu和同一时期辐射到集热器的太阳辐射能的比值（Ac为集热器的面积）：

尽管也有其他类型的固定太阳能集热器，如蜂窝或复合抛物面集热器（Compound Parabolic Concentrators，CPC），但只有选择性平板式集热器（Flat Plate Collector，FPC）和真空管式集热器（Evacuated Tubular Collector，ETC）是最常被使用的。也有各种追踪型集热器，但目前最常见的是抛物线型槽式集热器（Parabolic Trough Concentrator，PTC）。在PTC中，反射器将平行于集热器轴的太阳辐射直接聚焦到放置在聚焦线的接收器上（图3）。集热器装有单轴太阳能追踪系统，通常使用E-W追踪。

图3 抛物线型槽式集热器

一种基于菲涅尔反射光学的技术最近已上市。这些特殊的反射器技术将太阳光聚焦到一个共同点上，在这个点接收器将液体加热到200 ℃。

与PTC一样，该集热器主要利用太阳直接辐射能，集热器的效率和成本与PTC相似。该集热器的性能可用变量Tm*的函数表示[2]：

图4所示为FPC、ETC和PTC三种可能的效率曲线。图中假设漫射辐射占比为25%（不是直接来自太阳的辐射被称为漫射辐射，在晴朗的天气下，漫射辐射可能是太阳总辐射的15%，在极端的阴天天气下甚至达到100%）。太阳辐射的漫射透过率通常由清晰度指数Kh来评估，即每天照射在水平表面的太阳辐射强度和相应的大气辐射强度的比率。每日的清晰度指数范围为0.25（阴天）至0.75（晴天）。

图4 FPC、ETC和PTC三种类型太阳能集热器的效率

由图4可知，FPC受工作温度的影响更大，ETC和PTC的斜率更低。FPC即使不再能收集到有用能量，仍能保持可观的效率。横坐标的启动效率（例如工作温度等环境温度）表明ETC的透明度较低，PTC不能充分利用漫射辐射。

太阳能集热器的造价差别很大，不仅体现在技术方面，还在于建造规模或买家的议价能力，另一个影响参数是安装成本。FPC的实际造价大概为200欧元/m2，ETC为450欧元/m2，PTC为350欧元/m2，以上价格是标价的60%，并适用于发达国家已安装的集热器。在发展中国家，造价可以降低50%甚至更高。因此应使用购买力平价（Purchasing Power Parity，PPP）标准，即将成本与国家的人均收入进行比较。

就光伏系统而言，市场上最普遍的是参考效率为15%的单晶或多晶硅电池。瞬时效率主要取决于电池温度，因此必须在一天的不同时间评估电池温度。在评估一个典型夏日的发电量时，还必须考虑逆变器的效率。90%的逆变器效率值是一个保守的估算，近期的可靠预测效率值为95%以上。在德国，包含平衡系统（BOS）的屋顶系统的实际成本约为1,100欧元/kWp（范围为10～100 kWp）。

在一个水平面上的太阳辐射为7.6(kW·h)/m2的晴天，产生的电力可能超过每天0.9(kW·h)/m2，日效率为12%，低于15%的参考效率，低于参考效率的原因是在太阳辐射强度较高时，逆变器在最热的时间点时会有效率损失。

为了评估太阳能集热器收集的有用热量，必须指定运行温度，因为它对效率有很大的影响。对此选定了3种运行温度：70、90和160 ℃。表1所示为3种不同的集热器在上述环境下，在3种运行温度下收集的有用热量（括号内为日效率）。

表1 不同集热器在3种运行温度下收集的日有用热量

2 光伏驱动的制冷设备

目前有各种各样的太阳能制冷技术可供选择，最主要的是蒸气压缩技术，非常类似于传统制冷设备，最终由直流电机驱动进行压缩（详见图5）。众所周知，在蒸气压缩系统中，制冷剂在一定压力下蒸发，从而产生制冷效果，然后通过压缩机变为高温高压的蒸气，并在较高温度下冷凝，最后制冷剂通过节流阀回到蒸发器。

图5 驱动压缩式制冷机的光伏板

系统的性能通常由性能系数（Coefficient of Performance，COP）表示，计算方法如下：

式中，q0为可用的制冷量，kW；E为系统消耗的能量（电能），kW。

COP取决于多个变量，如设备的特性、产生的冷量温度和散热器的温度（蒸发器和冷凝器的温度）。目前，通过空气冷却的空调设备的COP为3，而通过冷却塔冷却的空调设备的COP为4。虽然可以通过新开发的设备提高制冷性能，但是其造价昂贵。这些高性能风冷设备的COP可以超过4，水冷设备的COP可以超过6。

3 太阳能热驱动设备

太阳能热驱动设备为制冷提供了更广泛的选择。太阳能热量可以为直接循环设备（斯特林或朗肯发动机）提供动力，反过来驱动蒸气压缩循环，许多不同的系统利用物质从蒸发器中提取制冷剂蒸气，就像传统的蒸气压缩循环一样产生制冷效果。事实证明，对于建筑物而言，选择直接循环系统既昂贵又低效，因为它需要高密度的太阳能集热器和高温（400 ℃或更高）才能达到可接受的效率。

大多数研究和实验都集中于吸附式制冷。吸附式制冷利用一对物质之间的物理或化学的吸附能力产生制冷效果。有吸附和吸收两种过程：吸附是气体或其他材料在固体表面产生积蓄；在吸收过程中，吸收剂和工作流体会形成液体溶液。

吸附过程可以在一个封闭的循环中进行，热驱动的冷水机组产生冷冻水用于冷却空间调节设备。在开式循环中，干燥剂对循环空气或外部空气进行除湿，并进行蒸发冷却，从而直接处理通风系统中的空气。

3.1 闭式循环吸附设备

在1973年能源危机之前，使用溴化锂水溶液和氨水溶液的热驱动制冷设备（直接燃烧或使用热水或蒸气）已在市场上出售。溴化锂水溶液中，水是制冷剂，溴化锂水溶液是吸附剂，而在氨水溶液中，氨是制冷剂，氨水溶液是吸附剂。它们的工作原理是将制冷剂从蒸发器吸收到吸收器中。低功率泵将制冷剂和吸附剂混合物送到高压容器中（发生器）。此过程中，热量使一些制冷剂气化并从混合物中分离出来，使得吸附剂混合物再生并返回到吸收器中，从而完成吸附剂的循环。来自发生器的制冷剂蒸气在有环境空气或冷却塔的热交换器中冷凝，变为液态后返回蒸发器，从而完成制冷剂循环（详见图6）。吸收器-泵-发生器的组合作为热驱动压缩机，使低压制冷剂蒸气最终在发生器的较高压力下被解吸。在该过程中，冷凝器必须像传统的制冷设备一样被冷却，还应该对吸收器进行冷却，因为吸收过程是放热的，并且产生的热量略高于吸收的制冷剂的汽化热。

图6 驱动吸收式制冷机的太阳能集热器原理

吸附过程也用于热驱动冷却设备中。吸附剂（沸石、硅胶、活性炭或氧化铝）可以吸收和保留来自蒸发器的制冷剂。当吸附剂饱和时，吸附过程终止，然后必须通过加热使其再生。蒸气也可以采用上述方法在较高压力下通过蒸发器冷凝解吸。与间歇设备相反，在连续运行时，至少需要两个吸附剂床。

所有热驱动设备的性能由COP表示，为制冷量和供给发生器热量的比值（泵的功耗通常忽略，因为它通常只占供给发生器的能量的一小部分）。

COP的值取决于设备、供给发生器热量的温度、吸收器和冷凝器的温度和冷凝水的温度。太阳能制冷设备通常产生7～10 ℃的冷冻水，适用于使用风机盘管的建筑物。也可以在较高温度（如12 ℃或15 ℃）下产生冷冻水，这不仅能提高COP，也提高了吸附式制冷机的制冷量，不过会使空气除湿变得困难。

对于空调设备，溴化锂水溶液和吸附设备应该用冷却塔冷却：空气冷却可能无法使设备在高于35 ℃的外部温度下运行。溴化锂水溶液制冷机需要85～90 ℃的发生器温度，COP约为0.8，吸附式冷水机即使在70 ℃也能运行，COP较低，为0.4。溴化锂冷水机在较高温度产生的冷凝热可用于进一步解吸混合溶液，COP可以达到1.2，但是供给高压发生器的热量必须在160 ℃左右。

氨水溶液设备的优点是可以使用风冷，并可以在0 ℃以下产生冷却效果。但是，即使是最高效的发生器吸收器热交换（Generator Absorber Heat Exchange，GAX）方式，COP只有0.6，并且需要提供140～160 ℃的热量。

随着制冷技术的不断发展进步，出现了许多商用吸收式制冷技术[3]。关于太阳能制冷，小容量吸收式制冷机最近已经商业化，其新颖之处在于使用溴化锂水溶液，冷水机也使用风冷处理，外部温度为35 ℃（冷冻水为13 ℃）时，制冷量为2.5 kW。但是目前还没有足够的运行和性能信息。

在制冷空调设备成本较低小型建筑物（10～50 kW）中，常规蒸气压缩式制冷机的成本为300欧元/kW，单效吸收式制冷机成本为400欧元/kW（溴化锂水溶液和氨水溶液），吸附式制冷剂成本为500欧元/kW，双效吸收式制冷机成本为550欧元/kW。

3.2 开式循环吸附设备

开式循环吸附制冷可与液相和固相干燥剂一起运行。最常用的运行模式是通风模式，在这种模式下，制冷设备仅处理新鲜空气，来自外部的气流通过干燥剂进行除湿：此时高温干燥的气流被来自调节空间的回流空气冷却。另一边，回流空气先被直接蒸发的水进行冷却处理，然后再冷却高温干燥的外部气流，进行冷却之后的回流空气变得温暖潮湿，进一步被太阳能加热后再生为干燥剂直接供应到空调空间或进行适当的蒸发冷却。开式循环吸附制冷有不同的方案，并且一些系统是可商购的。图7所示为一种使用固体干燥剂除湿轮、旋转式热交换器和蒸发冷却器的运行方案。干燥剂是由太阳能集热器供电的加热盘管进行循环再生。

图7 具有用于干燥剂轮再生的太阳能集热器的固体干燥剂冷却系统

开式循环吸附设备的性能很难与闭式循环吸附设备进行比较。开式循环吸附不产生冷冻水，而是直接处理通风空气，它需要全空气系统，通常不能用于现有建筑的改造，除非此建筑配备了全空气系统。因此，两者不能进行技术比较。

在对通风或除湿要求较高的新建筑中，可以考虑采用太阳能集热器提供动力的开式循环吸附制冷，其性能接近闭式循环吸附冷却，但具有直接处理空气的优点。

可以利用其他物理原理：如光伏发电（热电、热声或磁制冷）或太阳能热（喷射系统）进行太阳能制冷。这些技术都还在开发中，基本没有成型的商业化设备。图8所示为太阳能收集到冷却效果的替代路径，其中只缺少开式循环吸附。

图8 从太阳能到冷却效果的替代途径

4 整体效率

太阳能制冷系统的热力学评估可通过系统总效率（Overall System Efficiency，OSE）获得，定义为在某个时间段（一天、一个月或者整个空调季）内的制冷量与入射太阳辐射强度（Iβ）之间的比值。

对于太阳能热驱动制冷系统，该比值与吸附式制冷机的性能相关，COPth为制冷机的性能，即制冷量和输入驱动制冷机的热量之间的比值，即：

对于光伏驱动太阳能制冷系统：

式中，η为太阳能集热器或光伏板的效率。

可以通过每个系统在夏季的平均OSE来进行热力学有效评估，该OSE可以表示每月的性能。所选日的日照可以用晴朗指数Kh表征，该比率为地表水平面上的月平均日太阳辐射能量与大气层外界水平面上的月平均日太阳辐射能量之间的比值。已对晴朗指数Kh=0.65的情况进行了一些数值分析，该指数可以代表7月罗马的气候。所考虑的晴朗指数Kh不会高于0.75。图9所示为不同系统（热驱动或电驱动）的选择结果，也包括水冷和风冷冷水机组。就冷凝器/吸收器的空气冷却而言，太阳能热驱动仅涉及氨水GAX循环制冷机，原因在于，大多数溴化锂-水系统需要冷却塔。

图9 4种类型的太阳能集热器在不同温度下的日均效率

图9与传统光伏驱动的压缩式制冷机相比，70、90、160 ℃的3种温度（吸附、单效吸收、双效水冷）和160 ℃风冷（氨水GAX）系统，3种太阳能集热器的冷却系统的总日效率。

系统总效率最高的是由ETC驱动的双效系统，可以达到55%，之后是光伏驱动系统，如果使用的是水冷，则效率接近50%。根据评估得出，低温吸附系统的系统总效率比一般吸附系统要低得多，因为低温导致的太阳能集热器效率的提高并不能补偿较低的COP。ETC驱动的单效应（45%）和PTC驱动的双效应（40%）具有良好的性能。虽然热驱动系统的系统总效率可能比水冷光伏系统略高，但风冷热驱动系统由于太阳能集热器效率较低和冷水机组COP较低的综合作用，其系统总效率远远低于光伏系统。风冷热驱动系统总效率保持在28%以下，而光伏系统可以达到36%。

另一个比较需要评估在夏季获得1 kW·h制冷所需的集热面积，对比如图10所示。粗略估计，最好的热驱动系统每天单位集热面积约为0.24～0.33 m2/(kW·h)，而光伏系统约为0.27～0.36 m2/(kW·h)。

图10 各系统在晴朗天气下产生1 kW·h制冷量的集热面积

比较中不包括必须补充给太阳能热系统的辅助能量。粗略估计，所需的集热面积应该增加大约10%，以弥补光伏系统额外的辅助能量，损失能量根据一次能源进行评估。吸收式制冷机的水泵也应考虑在内，以便进行正确的比较。泵不仅需要将从吸收器再生的溶液循环到发生器，还需要循环热水来加热发生器，冷却水来冷却吸收塔和冷凝器。原则上，对于小容量机组（如20 kW以下），双效机组和氨冷水机组应考虑不低于300～900 W的电量。仔细设计循环回路是至关重要的，一些早期的实验记录显示，管道和配件（如阀门）的尺寸不合适可能会导致与只用驱动泵的传统冷水机有相同的电力需求。在设计中，对于一个最大功率为20 kW的小型制冷机，太阳能集热器电路在最大功率的基础上需要每天多消耗3～7 kW·h的电力。

5 经济性分析

高昂的初投资是许多可再生能源设备的共同特点，对太阳能制冷设备而言更是如此。全面比较成本（设备生命周期内的投资和运营成本）需要详细说明气候、建筑利用率和特征、设备管理等情况。本文仅对一座安装太阳能空调（10～50 kW冷负荷）的小型办公楼的投资成本进行简单的经济分析。

考虑典型晴朗夏日情况（如前所述，7月罗马晴朗指数Kh为0.65）。为了便于将结果推广至不同制冷量的制冷设备中，需要对投资成本进行具体评估：商业部门（商店或办公室）营业10 h的平均制冷量为1 kW，即提供10 kW·h的日制冷量。只需将此处提供的值乘以所需容量，即可扩展计算。

通过适当的电容存储，可以为制冷机提供10 h的额定发动机电量。换言之，集热量可以为制冷机提供10 kW·h的日制冷量。

图11所示为夏季日达到10 kW·h制冷量的3种不同的太阳能集热器使用的4种制冷技术（70 ℃吸附、90 ℃单效吸收、160 ℃双效吸收和160 ℃GAX氨吸收以及光伏太阳能制冷（前3个为水冷，最后1个为风冷）所需的集热面积和制冷系统的投资成本。

图11 不同技术在晴朗天气下为制冷系统提供10 kW·h制冷量的投资成本估算

为了详细说明计算过程，假设一台单效制冷机由ETC在90 ℃下驱动，特定成本约为450欧元/m2。制冷机电容的特定成本估计为400欧元/kW。为了获得10 kW·h的制冷量，所需集热面积为2.92 m2。实际上，假设一个典型晴朗天气，集热器的日辐射量为7.6(kW·h)/m2，此类集热器的日效率为56%，OSE的日效率为45%（估计COP=0.8），因此每日所需面积为0.292 m2/(kW·h)。因此，预估投资成本为2.92×450+400=1,714欧元/10(kW·h)/d。

光伏驱动的制冷系统分析相似，日效率约为12%。每kW·h电力产生4 kW·h的制冷量（COP=4）。每日电能估计为7.6×0.12=0.91(kW·h)/m2，每日制冷量要高出4倍（3.65(kW·h)/m2）。所需的PV面积为10/3.65=2.74 m2。估算冷水机的成本为300欧元/kW，总投资为（带逆变器的PV面板165欧元/m2，PV面积需要6～7 m2/kW）：2.7×165+300=746欧元/10(kW·h)/d。

与光伏太阳能制冷相比，由于太阳能热驱动制冷系统需要进行储存，所以比较复杂。太阳能热驱动制冷系统不仅必须提供热存储，而且当建筑制冷需求发生变化时，建议通过限制机器的开关来控制冷量存储。实际上，许多开关的周期甚至可以致使小容量吸收式制冷机的日COP减半。此外，对于COP低于1的吸收式制冷机，类似的降温幅度（通常在5 K范围内）的冷存储被证明比热存储所需空间要小，而且可能会产生更少的热损失（如果热量增加）。热存储的成本为20～100欧元/(kW·h)[4]。提供1 kW·h制冷量所需要的存储容量大小取决于冷水机的COP。单效吸收式制冷机容量可达1.25(kW·h)。由于发生器的有效降温量约为5 K，冷却水储水量约为200 L/(kW·h)。如果使用相变材料进行存储可以实现更小的体积和更高的性能，但成本也较高。

过去3年来，光伏板成本的大幅下降似乎消除了太阳能热驱动制冷和光伏发电制冷之间的竞争。光伏发电的最佳替代方案是具有ETC或PTC的双效制冷机，但是，其投资成本是光伏的两倍。热驱动的风冷式冷水机价格太高，而光伏驱动的风冷式冷水机在成本上额外增加20%。

此外，考虑到存储成本，需要增加大约500欧元的额外成本。仔细比较，还应考虑是否需要为光伏太阳能制冷系统配备合适的电池存储，其费用比热存储高很多，预估为120欧元/(kW·h)，但考虑到1 kW时的存储可以产生约3 kW时的制冷量，总成本将与相应的热量存储相同。另外需要重点考虑的是，光伏系统通常与电网连接，因此也需要存储电网电力。太阳能热驱动制冷由于需要各种泵的电力（有时超过1 kW）所以也需要并网。这些电力可以通过光伏提供，但分析得出其中原理非常复杂。

在配置太阳能制冷系统时应仔细考虑的一个基本参数值f。该参数常用于其他太阳能系统，如建筑物的太阳能供暖或生活用水供暖。字母f代表“免费”，即太阳能满足制冷需求的比例。在通常的设计中，太阳能系统不能满足整个需求，需要配有辅助系统，通常是传统的蒸气压缩式制冷机，或为热驱动系统的吸收式制冷机供电的锅炉，当太阳能的能量较低或无日照以及存储容量不足时，该系统运行。

正确选择f值需取决于许多参数，如气象（太阳辐射、制冷季节温度）、建筑物冷却需求量及趋势、传统能源成本（电网电力、天然气或其他燃料）以及太阳能部件和存储成本，也不能忽视折现率等经济参数。

6 太阳能制冷发展数据

截至2018年底，全球太阳能制冷系统安装量估计约为1,800套。其中大部分（约70%）位于欧洲[5]，主要分布在西班牙、德国、意大利和希腊。大多数已安装的太阳能热驱动制冷系统都配备了高性能板式或真空管集热器。目前世界上最常用的太阳能热制冷技术是远程吸附技术（72%），其次是一般吸附技术（17%）和固体除湿技术（10%）。液体除湿技术仅占总安装量的1%。令人惊讶的是，文献中很少报道光伏驱动的应用。光伏和空调的第一次结合可以追溯到1993年[6]，但随后几年进行的少量研究只涉及低容量的独立装置。在2018年的大量文献研究中，只有两项涉及光伏空调系统的实验进行了为期一年的测试[7]。最近光伏电池成本的下降表明，这些应用在未来几年将迅速增加。最近的研究评估了在有利气候条件下光伏驱动空调的投资回收期不到4年（炎热夏季和温暖冬季）[8]。这一结果与电价密切相关，一些作者将阈值设为0.15欧元/(kW·h)[7]。

7 环境因素

太阳能制冷可以减少化石燃料的使用，进而对环境产生积极的影响。环境效益可以通过减少的二氧化碳排放量进行评估，根据不同国家的不同电力组合，电网电力可达到0.5～1.0 kgCO2/(kW·h)。每kW·h的太阳能制冷量（COP=3）可减少160～330 g的CO2排放量。但是，热驱动的太阳能制冷系统需要附加能源（泵和风扇）的补充。附加能源占可再生能源供应的10%，因此单效吸收式制冷机的附加能源成本估计为50～100 g/(kW·h)。此外，对太阳能电池板和太阳能收集器的能源回收期（回收制造设备所需能量的时间）都应进行评估。在这些问题上存在很多争议，没有达成共识。然而，根据气候情况（太阳辐射越大，回收期越短）评估，硅电池的光伏电池板的能源回收期估计在1.5～3年，薄膜电池不到1年。太阳能集热器也可以参考类似值。对系统的整个寿命期内的效益进行评估，这可能需要20年左右。评估值取决于许多变量，如气候或设备的利用率。一块硅光伏板每年的发电量预计在100～200(kW·h)/m2。在整个生命周期，将以150～300(kW·h)的能源成本生产2,000～4,000(kW·h)/m2发电量，即净增益1,700～3,850(kW·h)，这意味着将减少850～3,850 kg/m2的二氧化碳排放量。

8 结论

本文讨论了几种市场可供选择的商用太阳能制冷技术，比较了太阳能热驱动和光伏驱动这两个主要系列。

太阳能热驱动制冷技术比较侧重于总体效率，在某些情况下，热驱动系统可能比光伏驱动系统更好。实际上，驱动双效吸收式制冷机的ETC允许OSE达到55%，而光伏系统达到48%。但是，当对投资成本进行比较时，热驱动系统不再具有竞争力，因为光伏驱动系统的投资成本约为最优太阳能热驱动替代方案的一半。近年来，光伏电池板巨大的规模经济效应，使两种系统的成本发生了转变[9]。迄今为止，热驱动太阳能电池板并没有从同样显著的成本降低中受益，尽管产量大大增加，但仍没有达到光伏电池板的规模。

2017年4月的最新简报显示，太阳能集热器的成本降低了20%～40%。同期，光伏发电成本降低了20%左右。对于日照条件好的国家，光伏太阳能制冷可以直接与传统制冷系统竞争，辅以蒸气压缩式制冷机的COP可能增加至高达5或6，热驱动太阳能制冷似乎无法与其竞争。然而，大规模生产ETC或PTC可以将成本降低到与FPC相差不远的水平，如果吸收装置也能实现类似的成本降低或性能改进，就可以与目前的光伏系统实现竞争。

文中没有对除湿冷却进行比较，如上所述，该技术适用于使用全空气系统的建筑。尤其是在炎热和干燥的气候条件下，当存在高通风率或高潜热负荷时，这种建筑使用除湿冷却可以在性能和成本方面达到更好的效果。

最后，在需要全年提供服务以及不需要冷却的情况下，应重视太阳能热驱动技术的使用。实际上，太阳能热驱动系统可以为建筑供暖和提供热水。同样，当与热泵结合用于冬季供暖时，光伏系统也应进行评估。随着PV/T集热器的开发和批量生产，光伏板所产生电和热，可能会实现全新的、出乎意料的结果[10]。

9 国际制冷学会建议

太阳能制冷可以通过减少化石燃料的使用，对环境产生非常积极的影响，认为其与常规制冷设备竞争逐步发展成熟。国际制冷学会（IIR）强调：

1）在全球范围内，开展推动太阳能制冷经济和环境效益的宣传活动，提升潜在用户、政策制定者和行业代表的意识；

2）对制冷专业人员进行太阳能制冷技术培训，包括专门的培训课程，为设计师和安装人员开发先进的建模和仿真工具；

3）通过资助来促进太阳能制冷技术的研究；

4）鼓励在国家和国际层面实施太阳能制冷技术鼓励政策，可以向有关用户特别是发展中国家的用户提供补贴；

5）建立激励机制促进太阳能制冷的使用，例如为使用太阳能辅助制冷系统的用户免税。