可再生能源——太阳热能技术

3 、太阳热能制冷技术

太阳能量之获得量往往与空调负载能源需求量间之相关性大，因此太阳能制冷系统的发展，预期能将目前国内太阳热能系统偏重于盥洗应用的市场，拓增至冷却空调应用市场领域，除可积极开发国内太阳热能的利用量外，更可用以减缓，甚至降低传统压缩式冷却空调系统耗电量需求的持续成长，对于能源效益的贡献度极高。由于太阳能制冷系统技术的开发潜力与发展空间非常大，因此纵使偏重暖气需求较高的高纬度的国家，如德国等亦积极投入开发，欧盟在 SUN IN ACTION II 亦将太阳能制冷技术的开发列入中长程的重点研究项目。

太阳热能用于制冷之技术主要分为吸收式、吸附式、喷射式等系统技术。其中，以吸附式之热源温度要求最低， 50~ 8 0 ℃ 间即可运转制冷。由于以太阳热能制冷系统应用时，其设置成本主要包含制冷主机及集热器供热系统两大部分。在降低成本以利于推广的考虑下，采用热源温度要求低的固体吸附式系统时，集热器则可采用一般平板式集热器，而且系统的太阳能利用率高，因此，可在以太阳集热器为主之热能供应部分的成本可获得较明显的改善。而吸附式主机的成本就成为另一重要的研发议题。吸附式主机的研发目标则朝向高效率、低成本、可量产、系统简易等技术指针发展，以实现太阳能制冷系统之推广利用，增进太阳能在冷却 / 空调系统应用之实质效益。

目前的固体吸附式冰水机的制造主要以 Nishiyodo( 西淀空调机株式?社 ) 及 Mayekawa( 前川制作所 ) 两家日本公司为主，日本亦拥有超过 200 篇以上相关的专利。自1980 年代中期至今，在日本已安装超过160 台的固体吸附式冰水机组，此外，如美国与德国等国家，亦引进了前述两家公司的产品，据估计总安装量已达200 台。但是目前为止，吸附式冰水机组的销售价格仍相当高，其原因主要为此机器乃新开发之产品，目前尚未达到量产规模，加上此市场还处于寡占市场的缘故。

2000 年工研院进行吸附式冰水机之研发，相继建造了2.3 及6.3kW 的试验用吸附式冰水主机，以研究其运转特性并加强组件设计能力。同时进行的业界合作案中，有25 kW 及35 kW 制冷力的冰水主机(如图 3)。该研发工作虽然对主机设计、制造及运转均有相当之成果，然而吸附式主机目前在研发上仍有极大改善的空间，主要的课题一是改善吸附剂的吸附量，以降低主机的尺寸，达到降低材料成本的目的。另一课题则是提升主机的COP，提高能源利用效率，以降低能源支出成本，提升运转效益。此外，再结合业界合作，利用示范系统设计、建造及运转，以及主机系统技术移转，达到技术产业化及应用市场的推广。在成本及能源稳定的考虑下，初期研发推广阶段中不排除采用与废热、生质热源、地热热源等结合应用的方式，降低热源供应的成本，藉此开拓此一市场基础。在主机价格因市场规模放大而下降至合理时，则可与集热器匹配，引用太阳热能制冷之应用。

图 3  固体吸附式制冷系统的主机及测试系统

4 、太阳能辅助热泵热水器 (黄秉钧、李璟柏、汪金华，2003 ;黄秉钧、李璟柏，2005;台大新能源中心，2005)为突破传统太阳能热水器只能装设于屋顶的限制，以及阴雨天需耗费大量辅助电能的缺失，新能源中心积极研发整体式太阳能辅助热泵热水器 (ISAHP) (图 4)，采双热源创新设计，利用热泵原理来操作，晴天时同时从大气与太阳取热，阴雨天与夜晚则全由大气取热，其运转不受天候变化影响，整体式的设计，使得太阳能的应用可以突破建筑的限制。

由于目前冷煤压缩机的制造技术已非常进步成熟，以之作为核心组件的热泵的制热性能系数(输出热量与输入热量之比值)可以达到 2.0 以上，与电热方式相比，具有节能之效果。利用热泵吸收大气与太阳辐射的热能，然后在冷凝热交换器处将热能排放至除热槽以供应用，这样子将太阳能与热泵功能结合，可以提升系统的功能。

ISAHP 是一种双热源热泵之创新设计，晴天时可以同时从大气与太阳取热，阴雨天与夜晚则全由大气取热，其运转不受天气阴晴及日夜变化影响，因此安装可以不限于屋顶阳台，一般公寓低楼层阳台也可以安装，使得再生能源的开发可以突破建筑的限制。 ISAHP 具有如下技术特征 :

• ISAHP 采双热源设计，晴天时可以同时从大气与太阳取热，阴雨天与夜晚则全由大气取热，其运转不受天气阴晴及日夜变化影响，因此可以不限安装于屋顶上，一般公寓低楼层阳台也可以安装使用。

• ISAHP 采整体式设计，热泵主机与储水槽制成一体，容易搬运与安装。

图 4  太阳能热泵热水器流程 (左)及 ISAHP-3 硬件架设图 (右)

能源中心提出四种不同构造的 ISAHP ，经由整年的测试证实，四种不同的创新设计皆可达到性能提升降低耗电量的目的，图 5 为 ISAHP 与传统太阳能热水器耗电量比较。欲评估 ISAHP 实用化的可行性，另外必须考虑经济效益与成本的问题进行分析，表 1 为 ISAHP 与传统太阳能热水器所消耗能源费用的比较，整年平均耗电量为 0.013-0.019 kWh/L 。

图 5   ISAHP 与 传统太阳能热水器耗电量比较

表 1  各型 ISAHP 评比