ソーラーエアコンとは、ソーラーパワーを使用する空調（冷却）システムを指します。
これは、パッシブソーラー、太陽熱エネルギー変換、および光電池変換（太陽光から電気）によって行うことができる。 2007年の米国エネルギー自立および安全保障法は、新しいソーラー空調の研究開発プログラムのための2008年から2012年の資金調達を作成しました。このプログラムは、複数の新技術革新と量産規模の経済を開発し実証するものです。 ソーラーエアコンは、ゼロエミッションとエネルギープラス建築設計においてますます重要な役割を果たします。
歴史
19世紀後半には、吸収冷却のための最も一般的な流体はアンモニアと水の溶液でした。 今日、臭化リチウムと水との組み合わせもまた一般的に使用されている。 膨張/凝縮管システムの一端は加熱され、他端は氷を作るのに十分なほど冷たくなる。 もともと、天然ガスは19世紀後半に熱源として使われました。 今日、プロパンは、レクリエーション用車両吸収冷凍機冷蔵庫に使用されている。 温水ソーラー熱エネルギーコレクターは、現代の「自由エネルギー」熱源としても使用できます。 1976年に米国航空宇宙局（NASA）が空調の太陽エネルギーシステム応用を調査した報告書を後援した。 技術は、関連する文献の広範な参考文献とともに、太陽光発電（吸収サイクルと熱機関/ランキンサイクル）と太陽熱関連（ヒートポンプ）の両方を含む。
太陽光発電（PV）太陽光冷却
最も一般的な実装は圧縮機であるが、光電池は、従来の圧縮機ベースまたは吸着/吸収ベースの任意のタイプの電動冷却のための電力を提供することができる。 小規模住宅用および小規模商業用冷却（5 MWh / a未満）の場合、PV冷却は、最も頻繁に実施される太陽熱冷却技術でした。 その理由は議論されていますが、一般的に示唆される理由としては、インセンティブストラクチャリング、他のソーラー冷却技術の住宅サイズの設備の欠如、より効率的な電気クーラーの出現、または他のソーラー冷却技術冷却）。
PV冷却のコスト効果は冷却装置に大きく依存するため、最近まで電気冷却方法の効率が悪いことから、補助金なしではコスト効率が良くなかった。 より効率的な電気冷却方法を使用し、より長い回収スケジュールを可能にすることは、そのシナリオを変えることです。
例えば、季節性の高いエネルギー効率比（SEER）が14である100,000 BTUの米国エネルギースター[注1]エアコンは、暑い日にフル冷却出力のために約7kWの電力を必要とする。 これには、貯蔵を伴う20kWの太陽光発電システムが必要となる。
ソーラートラッキング7キロワットの太陽光発電システムは、おそらく2万ドル以上の設置価格を有するであろう（現在、PV機器の価格は現在、年間約17％低下している）。 インフラストラクチャ、配線、実装、およびNECコードのコストが追加されることがあります。 例えば、3120ワットのソーラーパネルグリッドタイシステムは、パネルコストがピークで0.99ドル/ワットであるが、依然として〜2.2ドル/ワット時ピークである。 異なる容量の他のシステムでは、さらに多くのコストを要するバッテリーバックアップシステムだけでなく、さらに多くのコストがかかります。
より効率的な空調システムは、より小さく、より安価な光起電力システムを必要とする。 高品質の地熱ヒートポンプの設置はSEERが20（±）の範囲にあることができます。 100,000 BTU SEER 20エアコンは、動作中に5kW未満を必要とする。
リバースインバータDCヒートポンプを含む最新の低電力技術は、最大26のSEER定格を達成することができます。
新しい非コンプレッサーベースの電気空調システムがあり、20を超えるSEERが市販されています。 相変化型間接蒸発型クーラーの新しいバージョンでは、余分な室内湿度（McCarran Airport Las Vegas Nevadaなど）を追加せずに建物を冷やすためのファンと給水だけを使用しています。 相対湿度が45％（米国本土の約40％）以下の乾燥した乾燥気候では、間接蒸発冷却器はSEERを20以上、SEER 40まで達成することができます。100,000 BTUの間接蒸発冷却器は循環に十分な太陽光発電のみを必要としますファン（さらに給水）。
より安価な部分電力太陽光発電システムは、空調（および他の用途）のために電力グリッドから購入される毎月の電力量を削減することができる（ただし、排除することはできない）。 米国の州政府補助金は、太陽光発電あたり2.50ドルから5.00USドルで、PV発電電力の償却後の費用は、1kWhあたり0.15ドル以下になる可能性があります。 これは現在、電力会社の電力が0.15ドル以上の地域では、現在コスト効率が良いです。 空調が不要なときに生成される余剰のPV電力は、多くの場所で電力網に売却することができ、年間電力購入の純需要を削減（または排除）できます。 （ゼロ・エネルギー・ビルディングを参照）
優れたエネルギー効率は、新規建設（または既存の建物に改装）することができます。 米国エネルギー省は1977年に創設されて以来、Weatherization Assistance Programは低所得家庭550万人の暖房・冷房負荷を平均31％削減しました。 1億人のアメリカの建物はまだ改善された耐候性を必要としている。 不注意な従来の建設慣行は、最初に占有されたときには、それを必要とする非効率的な新しい建物を作り出している。
新しい建設のための暖房と冷房の要件を半減させることはかなり簡単です。 これは、より小さな空調システムおよび他の利点のためにコスト節約があるので、しばしば付加的な純費用なしで行うことができる。
地熱冷却
アース・シェルターやアース・クーリング・チューブは、地球の周囲温度を利用して、従来の空調要件を削減または排除することができます。 人間の大多数が住む多くの気候では、望ましくない夏の熱の蓄積を大幅に減らすことができ、建物の内部から熱を除去するのにも役立ちます。 それらは建設コストを増加させるが、従来の空調装置のコストを低減または排除する。
地球の温度が人間の快適ゾーンに近づく高温多湿の熱帯環境では、地球冷却管は費用効果がありません。 ソーラーチムニーまたは太陽光発電ファンを使用して、望ましくない熱を排出し、周囲の地表温度の表面を通過した低温の除湿空気を引き込むことができます。 湿度と結露の制御は重要な設計課題です。
地熱ヒートポンプは、熱と冷却のためにSEERを改善するために周囲の地球温度を使用します。 深い井戸は周囲の地球の温度を抽出するために水を再循環させる（典型的には2トン/分/水）。 これらの「開ループ」システムは、初期のシステムでは最も一般的でしたが、水質はヒートポンプ内のコイルに損傷を与え、装置の寿命を短くする可能性があります。 もう1つの方法は、閉ループシステムであり、そこでは、配管のループが、井戸または井戸の下、または芝生の溝の中を流れて、中間流体を冷却する。 井戸が使用されるとき、それらはベントナイトまたは他のグラウト材料で埋め戻され、地球への良好な熱伝導率を保証する。
過去には、選択された液体はプロピレングリコールの50/50混合物であった。なぜなら、それはエチレングリコール（カーラジエータで使用される）とは違って非毒性であるからである。 プロピレングリコールは粘性があり、最終的にはループの一部をガム状にしてしまいます。 現在、最も一般的な移動剤は水とエチルアルコール（エタノール）の混合物です。
周囲の土壌の温度はピーク夏の気温よりはるかに低く、極端な冬の気温の最低値よりはるかに高い。 水は空気より25倍熱伝導性が高いため、外気ヒートポンプよりもはるかに効率的です（冬季の外気温が下がると有効性が低下します）。
同じタイプの地熱井は、ヒートポンプなしで使用することができますが、結果は大幅に減少します。 周囲の温度の水は、シュラウド付きのラジエーター（自動車のラジエーターのようなもの）を通してポンプで送られます。 空気はラジエータを横断して吹き飛ばされ、圧縮機ベースのエアコンなしで冷却される。 太陽光発電の太陽電池パネルは、水ポンプとファンに電力を供給し、従来の空調ユーティリティの請求書を排除します。 このコンセプトは、人間の温熱快適ゾーン（熱帯地帯ではない）より下の周囲の地球の温度を有する限り、費用効果が高い。
デシカントを使用したソーラー開ループ空調
効率的な機械的または蒸発冷却サイクルを可能にするために、空気から湿気を引き出すために、空気を一般的な固体の乾燥剤（シリカゲルまたはゼオライトなど）または液体乾燥剤（臭化リチウム/塩化物など）に通すことができます。 乾燥剤は、太陽熱エネルギーを使用して除湿され、費用効果が高く、エネルギー消費が少なく、連続的に繰り返されるサイクルで再生される。 太陽光発電システムは、低エネルギーの空気循環ファンと、乾燥剤で満たされた大きなディスクをゆっくりと回転させるモータに電力を供給することができる。
エネルギー回収換気システムは、エネルギー損失を最小限に抑えながら家の換気を制御する方法を提供します。 暖かい室内の空気から新鮮な（ただし寒い）空気に熱を伝達することにより、冬の換気空気の加熱コストを削減するために、空気は「エンタルピホイール」（シリカゲルを使用することが多い）を通過します。 夏には、内部の空気が暖かい着信供給空気を冷却し、換気冷却コストを削減します。 この低エネルギーのファンとモーターの換気システムは太陽光発電によってコスト効率の高い電力供給が可能で、自然対流が太陽煙突まで排気され、下向きに流入する空気の流れは強制的に対流（移流）になります。
塩化カルシウムのような乾燥剤は、水と混合して魅力的な再循環滝を作り、液体を再生するために太陽熱エネルギーを用いて室内を除湿し、PV動力の低速ウォーターポンプにすることができる。
太陽熱収集器が乾燥剤冷却システムに入力エネルギーを提供するアクティブソーラー冷却。 除湿および再生サイクルの両方のために乾燥剤含浸媒体を通して空気を吹き出すいくつかの市販のシステムがある。 太陽熱は、再生サイクルに電力が供給される1つの方法です。 理論的には、充填された塔は、空気および液体乾燥剤の向流を形成するために使用することができるが、市販の機械では通常使用されない。 空気の予熱は、乾燥剤の再生を大幅に強化することが示されている。 充填されたカラムは、除湿器/再生器として良好な結果をもたらし、適切な充填物の使用により圧力降下を減少させることができる。
パッシブソーラー冷却
このタイプの冷却では、太陽熱エネルギーは直接的に冷たい環境を作り出したり直接的な冷却プロセスを駆動するためには使用されません。 代わりに、太陽の建物の設計は、夏の建物への熱伝達率を遅くし、望ましくない熱の除去を改善することを目指しています。 これは、熱伝達のメカニズム、すなわち熱伝導、対流熱伝達、および熱放射（主に太陽からの熱放射）の良好な理解を含む。
例えば、劣悪な熱設計の兆候は、夏に外気温度のピークよりも暑くなる屋根裏屋です。 これは、涼しい屋根や緑の屋根によって大幅に削減または排除することができ、夏期に屋根の表面温度を70°F（40°C）下げることができます。 放射障壁と屋根の下の空隙は、太陽によって加熱された屋根被覆からの下向き放射の約97％を遮断する。
受動的な太陽光冷却は、既存の建物を適応させることよりも新築では達成する方がずっと簡単です。 パッシブソーラー冷却には多くの設計仕様が含まれています。 これは、暑い気候の中でゼロエネルギーの建物を設計するための主要な要素です。
ソーラー閉ループ吸収冷却
以下は、太陽熱閉ループ空調に使用される一般的な技術です。
吸収： NH 3 span> span> / H 2 sub> span> O span>またはアンモニア/水
吸収：水/臭化リチウム
吸収：水/塩化リチウム
吸着：水/シリカゲルまたは水/ゼオライト
吸着：メタノール/活性炭
能動的な太陽熱冷却は、熱駆動式冷却装置（通常吸着冷却装置）に太陽エネルギーを供給するために太陽熱収集装置を使用する。 太陽熱は、吸収式冷凍機の発電機に熱を提供し、コレクタに再循環される流体を加熱する。 発電機に供給される熱は、冷水を生成する冷却サイクルを駆動する。 生成された冷水は、商業用および産業用の大規模な冷却に使用されます。
太陽熱エネルギーは、夏には効率的に冷やすのに使用でき、冬には家庭の温水や建物を加熱することもできます。 単一、二重または三重反復吸収冷却サイクルは、異なる太陽熱冷却システム設計で使用される。 より多くのサイクルは、より効率的です。 吸収式冷凍機は、圧縮機をベースとする冷凍機に比べて騒音と振動が少なくて済むが、その資本コストは比較的高い。
効率的な吸収冷凍機は、少なくとも190°F（88℃）の水を必要とします。 一般的な安価な平板型太陽熱集熱器は、約160°F（71°C）の水しか生産しません。 必要とされるより高い温度の移送流体を製造するためには、高温平板、濃縮（CSP）または真空管コレクターが必要である。 大規模な設備では、例えば、1,579平方メートル（17,000平方フィート）のソーラーコレクターと545kWの冷却能力を持つリスボンのCaixa Geral deDepósitosの本社や、青島/中国のオリンピックセーリング村。 2011年にシンガポールの新しく建設されたユナイテッド・ワールド・カレッジで最も強力なプラントが委託される（1500kW）。
これらのプロジェクトは、93°C（200°F）以上の温度で特別に開発された平板ソーラーコレクター（二重グレージング、背面絶縁の強化など）が有効でコスト効率が良いことを示しています。 190°F（88°C）を十分に越えて水を加熱できる場所では、太陽が光っていないときに水を貯蔵して使用することができます。
ロサンゼルスのErnest E. Debs Regional ParkにあるAudubon Environmental Centerには、試運転後すぐに故障し、もはや維持されていないソーラーエアコンの設置例があります。 南カリフォルニアガス（ガス会社）もカリフォルニア州ダウニーにあるエネルギー資源センター（ERC）で太陽熱冷却システムの実用性をテストしています。 SopogyとCogenraのソーラーコレクターは、ERCの屋上に設置され、建物の空調システムの冷却を行っています。 アラブ首長国連邦のマスダール市では、Sopogy放物線トラフコレクター、Mirroxx Fresnelアレイ、TVPソーラー高真空ソーラーサーマルパネルを使用したダブルエフェクト吸収冷却プラントもテストしています。
150年間、氷を作るために（電気電球が発明される前に）吸収冷凍機が使われてきました。 この氷は、1995年にホテルニューオータニ東京で開催されたように、太陽が輝いていないときに冷却用の「氷蓄電池」として保管して使用することができます。 数学モデルは、氷に基づく熱エネルギー貯蔵性能計算のためのパブリックドメインで利用可能である。
ISAACソーラー製氷機は、間欠的な太陽アンモニア – 水吸収サイクルです。 ISAACは、放物線トラフソーラーコレクターと、燃料や電気入力がなく、可動部分がない氷を生産するコンパクトで効率的な設計を使用しています。
ソーラー冷却システムのプロバイダーには、商業施設用のChillSolar、SOLID、Sopogy、Cogenra、MirroxxおよびTVP Solar、主に住宅用のClimateWell、Fagor-Rotartica、SorTechおよびDaikinがあります。 Cogenraは、太陽光発電を使用して、冷却に使用できる熱エネルギーと電気エネルギーの両方を生成します。
集中コレクターを利用した太陽熱冷却システム
ソーラー冷却システムで集光コレクターを使用する主な理由は、ダブル/トリプル効果チラーとの結合による高効率の空調、 プロセスの熱と蒸気と組み合わせて、産業用エンドユーザーに役立つソーラー冷凍があります。
産業用途に関して、近年のいくつかの研究では、地球の様々な地域（例えば、地中海、中米）で冷凍（0℃以下の温度）の可能性が高いことが強調されています。 しかしながら、これは、発電機での高温の熱入力を必要とするアンモニア/水吸収チラー（120〜180℃）で達成することができ、これは集光ソーラーによってのみ満たすことができる。 さらに、いくつかの工業的用途は、プロセスに冷却および蒸気の両方を必要とし、集光器を集中させることは、その使用が最大化されるという意味で非常に有利であり得る
零エネルギー建物
ゼロエミッション建造物の目標には、年間のエネルギー収支を大幅に削減または廃止できる持続可能なグリーン建築技術が含まれます。 最高の成果は、電力会社に接続する必要のない完全に独立した自立型の建物です。 重要な日数の冷却要件を備えた暑い気候では、最先端のソーラーエアコンはますます重要な重要な成功要因となります。