太阳能利用技术在建筑中的应用

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摘 要：在当今能源危机的形势对世界的发展造成制约的影响下,各国均大力发展和利用太阳能这种洁净的可再生能源.对太阳能的研究和利用起步较早的国家,在技术和应用上已处于世界领先地位.为了积极推广太阳能技术的利用和发展,政府应在政策上给予扶持和优惠.使太阳能技术在建筑中的应用更加具有广泛性和可实施性,从而减少常规能源对环境的破坏和污染.

关 键 词：太阳能技术、光伏发电、供热、制冷

在石油、天然气、煤炭能源日益紧缺的背景下,各国均大力发展和利用太阳能.其中,日本、欧美等经济发达、能源消耗严重的国家对太阳能的利用起步较早,在技术和应用上已处于世界领先地位.由于增设太阳能系统会造成建筑一次性投资的增加,制约了太阳能的利用和太阳能技术的推广,为了充分利用这种洁净的可再生能源,政府应在政策上给予扶持和优惠.使太阳能技术在建筑中的应用更加具有广泛性和可实施性,从而减少常规能源对环境的破坏和污染.

1.太阳能技术在新疆建筑应用的可行性

太阳能是每年辐射到地球上的能量达1813亿吨标准煤,相当于全世界年需要能量总和的5000倍,是地球上最大的能源库.按照目前太阳质量消耗速率计,太阳内部的热核反应足以维持600亿年,相对于人类发展历史的有限年代而言,可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源.地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关.资源丰富度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示.就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区.我国属太阳能资源丰富的国家之一,辐射总量在3.3x103～8.4x106千焦/米2•,年之间.全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时.我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高,属世界太阳能资源丰富地区之一.

2.太阳能技术在新疆建筑中应用的主要形式

太阳能技术在新疆建筑中的主要包括在光热转换和光电转换两个方面的应用,从我区的经济发展现状和当今能源转换策略的支持情况来看,光电技术及太阳能在建筑中的热利用、采暖空调和供应热水等诸多方面都有广泛的应用.

2.1太阳能光伏发电技术

(一)太阳能光伏发电的现状

太阳能光伏发电技术是利用光电转换原理,将太阳能辐射光通过半导体物质转变为电能,制造太阳能电池的半导体应采用光电转换率较大且技术成熟的硅太阳能光伏电池,否则即浪费投资又不经济.随着市场上作为光伏发电蓄电池晶体硅的生产工艺的进步,商品化晶体硅光伏电池组件的光电转换效率的进一步提高,生产规模和市场占有率也有了大幅提升.

(二)太阳能光伏发电在新疆建筑中的利用

1）太阳能光电屋顶.是由太阳能瓦板、空气间隔层、屋顶保温层、结构层构成的复合屋顶.太阳能光电瓦板是太阳能光电池与屋顶瓦板相结合形成一体化的产品,它由安全玻璃或不锈钢薄板做基层,并用有机聚合物将太阳能电池包起来.

2）太阳能电力墙.电力墙是将太阳能光电池与建筑材料结合起来,构成一种可用来发电的外墙在建筑工程中贴用,既具有装饰作用,又可为建筑提供电力能源,其成本与花岗石一类的贴面材料相当.

3）太阳能光电玻璃.在建筑中,当今最先进的太阳能技术就是创造透明的太阳能光电池,用以取代窗户和天窗上的玻璃.随着科技的不断创新和发展,太阳能发电系统将在技术上取得突破,从而大大提高太阳能发电的效率,成为未来生态建筑不可或缺的组成部分.

2.2太阳能在建筑中的热利用

1）太阳能通风结构的主要形式包括：太阳能集热墙体以及太阳能集热屋面.在太阳辐射的作用下,将会诱导热压作用下的自然通风,从而实现房间的被动式采暖与降温.太阳能通风的工作原理是利用太阳辐射能量产生热压,诱导空气流动,将热能转化为空气运动的动能.

2）太阳能热水在建筑中应用比较广泛,一般包括太阳能集热器、储水箱、循环泵、电控柜和管道等,是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品.太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为：自然循环式太阳能热水器、强制循环式太阳能热水系统、储置式太阳能热水器等三种.

3）在建筑能耗中,生活热水、供暖能耗占了相当的比例,利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益,因此,太阳能采暖技术越来越受到人们的重视.因为新疆在全国的气候分区属于严寒地区,冬季的采暖能耗占整个建筑能耗的比例相当大,利用太阳能采暖在新疆建筑行业的应用还处在研发阶段,并未大面积应用于工程实例当中.有些试点工程在冬季的运行工况不是很好,太阳能采暖在白天还可满足采暖要求,晚上随着气温降低,耗热量加大,就必须采用辅助电加热采暖,能耗相当严重,且成本并未减少,太阳能采暖在建筑密度较高的城市采用效果不好,有较多遮挡,运行效果不佳.

4）当前的太阳能空调技术多种多样,主要是吸收式制冷和光电转化电能驱动制冷.比较成熟的技术是是将太阳能集热装置与溴化锂吸收制冷系统的进行有机结合,同时将先进的超导传热技术应用于太阳能集热系统和制冷系统,实现夏季可控制冷,目前已经在一些示范工程中有所应用,但由于太阳能空调的技术种类繁多,成熟度也各有不同,因而在新疆的建筑中采用要更加慎重.

3.结语

太阳能技术在新疆的发展前景广阔,但是,由于新疆地处偏远,经济比沿海发达地区落后,在工程中缺乏对先进技术应用的经济支撑能力.所以,国家应出台相关的优惠政策,重点扶持新疆在太阳能技术应用方面的示范工程,并逐步总结经验,并在条件成熟后,出台推广太阳能技术应用的地方性政策法规.使太阳能技术在新疆得到更加广泛的应用.