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将太阳能和建筑技术进步与工程案例结合

发布时间:2019-11-18 13:29:34

一、太阳能技术的类型

从应用类型看,太阳能技术可分为三种类型:
一是太阳能发电,它包括太阳能光伏发电和太阳能热发电。
太阳能光伏发电技术成熟,不论是离网光伏发电系统还是与并网光伏发电系统都有较大规模的应用和实践。上个世纪90年代以来,并网光伏发电系统特别是屋顶并网光伏发电系统的开发和成功运行,使其成为分散式发电系统的一个良好选择,欧盟、美国、日本等国家相继制定了一系列的计划和规划,并颁布了相应的激励政策促进光伏发电技术的推广和应用。屋顶并网发电模式在国外已得到电力部门的认可,预计50年后,仅仅屋顶能源一项就可提供全世界1/4的电能。目前,推广应用的主要障碍是发电成本高。
太阳能热发电技术目前尚处于商业化前夕,世界现有的太阳能热发电系统大致有三类:槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。近二十年来,美国、西班牙、澳大利亚等国家相继开展了示范活动,美国、欧盟还制定了“太阳能热发电计划”,以推动其商业化进程。预计2020年前后,太阳能热发电将在发达国家实现商业化,并逐步向发展中国家扩展。

二是太阳能热利用技术。
在中国、希腊、以色列等国家的太阳能热水系统主要供应生活和洗浴热水,而在欧洲、澳大利亚等国家的太阳热水系统主要是作为辅助热源与常规能源系统联合运行在供应生活和洗浴热水的同时,还为建筑供暖。我国的太阳热水系统市场已完全商业化运行,而其他国家的太阳热水系统的发展仍依靠政府的补助和优惠政策,尚未实现商业化运行。

三是太阳能空调技术。
世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究,并开始进入实用化示范阶段。由于已经实现商品化的都是大型的溴化锂吸收式制冷机,目前尚只实用于大中型的中央空调。我国目前也在开展此项技术的研发和试点工作。

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二、我国太阳能技术的应用

目前,我国比较成熟太阳能产品有两项,太阳能光伏发电系统和太阳热水系统。

1、太阳能光伏发电系统
1990年代以来,我国国内光伏发电市场需求旺盛,光伏电池销售量年均增长率在30%左右。到2003年底,我国光伏电池累计总用量约为50兆瓦。光伏发电的应用领域为通信和工业应用(36%)、农村和边远地区应用(51%)、太阳能商品(9%)以及光伏并网发电系统 (4%)。并网光伏发电是光伏发电进入电力规模应用的必然结果,也是未来最大的光伏发电市场。我国的并网发电系统刚刚起步,用于通信、工业、农村以及边远地区的离网光伏发电系统仍是我国光伏发电应用的主流,预计并网系统在今后将会有很大的发展。根据专家的测算,到2010年我国并网光伏发电安装量占光伏发电市场的20%,2020年和2050年将分别上升至60%和80%。
光伏屋顶系统是利用现有建筑的屋顶的有效面积,安装并网光伏发电系统,其规模一般在几个千瓦到几个兆瓦不等。屋顶并网发电是目前世界上最有可能实现商业化发展的光伏发电技术。

2、太阳热水系统
我国太阳热水系统的发展始于上世纪80年代,当时的市场定位是农村或中小城镇的低收入家庭。经过20多年的努力,太阳热水系统已形成系列化、规模化生产,成为世界上最大的太阳热水器生产和应用国。到2003年底,全国具有一定规模的太阳热水器生产厂有1000多家,年产量达1200万平方米,总产值达110亿元。太阳热水器保有量达到5000万平方米,为全国3000多万家庭提供了充足的热水供应。太阳热水器产品占热水器产品市场的12%,已形成与电热水器和燃气热水器三足鼎立的局面。特别是在农村地区和中小城镇,太阳热水器已经成为改善人民生活质量,全面建设小康的重要技术手段。
为了满足用户的需求和城市景观的要求,太阳热水器开始向实用、美观和与建筑结合的方向发展。与建筑的一体化结合已成为太阳热水器行业的发展目标和努力方向。

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三、太阳能与建筑的结合

并网屋顶光伏发电系统和与建筑结合的太阳热水系统的共同点是其太阳能采集部件,光伏系统的太阳电池板和太阳热水系统的太阳能集热器,都可以安装在屋顶上,都需要在屋顶预留安装位置以及电路和水管的进出管路,要注意电池板和集热器的安装对建筑的功能和景观、以及城市景观的影响。相比之下,太阳热水系统与建筑结合的难度要大一些,主要原因是进出水管与屋顶的结合较难处理。
太阳能系统与建筑的结合需做到同步设计、同步建设、同步施工。一体化结合至少有四个方面的要求:1)在外观上,合理摆放光伏电池板和太阳集热器,无论是在屋顶还是在立面墙上,应实现两者的协调与统一;2)在结构上,要妥善解决光伏电池板和太阳集热器的安装问题,确保建筑物的承重、防水等功能不受影响,还要充分考虑光伏电池板和太阳集热器抵御强风、暴雪、冰雹等的能力;3)在管路布置上,要建筑物中都要事先留出所有管路的通口,合理布置太阳能循环管路以及冷热水供应管路,尽量减小在管路上的电量和热量的损失;4)在系统运行上,要求系统可靠、稳定、安全,易于安装、检修、维护,合理解决太阳能与辅助能源的匹配以及与公共电网的并网问题,尽可能实现系统的智能化全自动控制。
太阳能与建筑结合的优点和优势包括: 1)太阳能技术与建筑的结合能有效地减少建筑能耗,从而有效地减少占总能耗30%的建筑能耗;2)太阳能与建筑结合,电池板和集热器安装在屋顶或屋面上,不需要额外占地,节省了土地资源;3)太阳能与建筑结合,就地安装、就地发电上网和供应热水,不需要另外架设输电线路和热水管道,降低对市政配套的依赖,同时也减少了对市政建设的压力;4)太阳能产品没有噪音,没有排放,不消耗任何燃料,公众易于接受。

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