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將太陽能和建筑技術進步與工程案例結合

發(fā)布時間:2019-11-18 13:29:34

一、太陽能技術的類型

從應用類型看,太陽能技術可分為三種類型:
一是太陽能發(fā)電,它包括太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電。
太陽能光伏發(fā)電技術成熟,不論是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還是與并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都有較大規(guī)模的應用和實踐。上個世紀90年代以來,并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)特別是屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和成功運行,使其成為分散式發(fā)電系統(tǒng)的一個良好選擇,歐盟、美國、日本等國家相繼制定了一系列的計劃和規(guī)劃,并頒布了相應的激勵政策促進光伏發(fā)電技術的推廣和應用。屋頂并網(wǎng)發(fā)電模式在國外已得到電力部門的認可,預計50年后,僅僅屋頂能源一項就可提供全世界1/4的電能。目前,推廣應用的主要障礙是發(fā)電成本高。
太陽能熱發(fā)電技術目前尚處于商業(yè)化前夕,世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類:槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。近二十年來,美國、西班牙、澳大利亞等國家相繼開展了示范活動,美國、歐盟還制定了“太陽能熱發(fā)電計劃”,以推動其商業(yè)化進程。預計2020年前后,太陽能熱發(fā)電將在發(fā)達國家實現(xiàn)商業(yè)化,并逐步向發(fā)展中國家擴展。

二是太陽能熱利用技術。
在中國、希臘、以色列等國家的太陽能熱水系統(tǒng)主要供應生活和洗浴熱水,而在歐洲、澳大利亞等國家的太陽熱水系統(tǒng)主要是作為輔助熱源與常規(guī)能源系統(tǒng)聯(lián)合運行在供應生活和洗浴熱水的同時,還為建筑供暖。我國的太陽熱水系統(tǒng)市場已完全商業(yè)化運行,而其他國家的太陽熱水系統(tǒng)的發(fā)展仍依靠政府的補助和優(yōu)惠政策,尚未實現(xiàn)商業(yè)化運行。

三是太陽能空調技術。
世界各國都在加緊進行太陽能空調技術的研究,并開始進入實用化示范階段。由于已經(jīng)實現(xiàn)商品化的都是大型的溴化鋰吸收式制冷機,目前尚只實用于大中型的中央空調。我國目前也在開展此項技術的研發(fā)和試點工作。

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二、我國太陽能技術的應用

目前,我國比較成熟太陽能產(chǎn)品有兩項,太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽熱水系統(tǒng)。

1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)
1990年代以來,我國國內光伏發(fā)電市場需求旺盛,光伏電池銷售量年均增長率在30%左右。到2003年底,我國光伏電池累計總用量約為50兆瓦。光伏發(fā)電的應用領域為通信和工業(yè)應用(36%)、農村和邊遠地區(qū)應用(51%)、太陽能商品(9%)以及光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) (4%)。并網(wǎng)光伏發(fā)電是光伏發(fā)電進入電力規(guī)模應用的必然結果,也是未來最大的光伏發(fā)電市場。我國的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)剛剛起步,用于通信、工業(yè)、農村以及邊遠地區(qū)的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仍是我國光伏發(fā)電應用的主流,預計并網(wǎng)系統(tǒng)在今后將會有很大的發(fā)展。根據(jù)專家的測算,到2010年我國并網(wǎng)光伏發(fā)電安裝量占光伏發(fā)電市場的20%,2020年和2050年將分別上升至60%和80%。
光伏屋頂系統(tǒng)是利用現(xiàn)有建筑的屋頂?shù)挠行娣e,安裝并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),其規(guī)模一般在幾個千瓦到幾個兆瓦不等。屋頂并網(wǎng)發(fā)電是目前世界上最有可能實現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展的光伏發(fā)電技術。

2、太陽熱水系統(tǒng)
我國太陽熱水系統(tǒng)的發(fā)展始于上世紀80年代,當時的市場定位是農村或中小城鎮(zhèn)的低收入家庭。經(jīng)過20多年的努力,太陽熱水系統(tǒng)已形成系列化、規(guī)模化生產(chǎn),成為世界上最大的太陽熱水器生產(chǎn)和應用國。到2003年底,全國具有一定規(guī)模的太陽熱水器生產(chǎn)廠有1000多家,年產(chǎn)量達1200萬平方米,總產(chǎn)值達110億元。太陽熱水器保有量達到5000萬平方米,為全國3000多萬家庭提供了充足的熱水供應。太陽熱水器產(chǎn)品占熱水器產(chǎn)品市場的12%,已形成與電熱水器和燃氣熱水器三足鼎立的局面。特別是在農村地區(qū)和中小城鎮(zhèn),太陽熱水器已經(jīng)成為改善人民生活質量,全面建設小康的重要技術手段。
為了滿足用戶的需求和城市景觀的要求,太陽熱水器開始向實用、美觀和與建筑結合的方向發(fā)展。與建筑的一體化結合已成為太陽熱水器行業(yè)的發(fā)展目標和努力方向。

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三、太陽能與建筑的結合

并網(wǎng)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和與建筑結合的太陽熱水系統(tǒng)的共同點是其太陽能采集部件,光伏系統(tǒng)的太陽電池板和太陽熱水系統(tǒng)的太陽能集熱器,都可以安裝在屋頂上,都需要在屋頂預留安裝位置以及電路和水管的進出管路,要注意電池板和集熱器的安裝對建筑的功能和景觀、以及城市景觀的影響。相比之下,太陽熱水系統(tǒng)與建筑結合的難度要大一些,主要原因是進出水管與屋頂?shù)慕Y合較難處理。
太陽能系統(tǒng)與建筑的結合需做到同步設計、同步建設、同步施工。一體化結合至少有四個方面的要求:1)在外觀上,合理擺放光伏電池板和太陽集熱器,無論是在屋頂還是在立面墻上,應實現(xiàn)兩者的協(xié)調與統(tǒng)一;2)在結構上,要妥善解決光伏電池板和太陽集熱器的安裝問題,確保建筑物的承重、防水等功能不受影響,還要充分考慮光伏電池板和太陽集熱器抵御強風、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,合理布置太陽能循環(huán)管路以及冷熱水供應管路,盡量減小在管路上的電量和熱量的損失;4)在系統(tǒng)運行上,要求系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全,易于安裝、檢修、維護,合理解決太陽能與輔助能源的匹配以及與公共電網(wǎng)的并網(wǎng)問題,盡可能實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化全自動控制。
太陽能與建筑結合的優(yōu)點和優(yōu)勢包括: 1)太陽能技術與建筑的結合能有效地減少建筑能耗,從而有效地減少占總能耗30%的建筑能耗;2)太陽能與建筑結合,電池板和集熱器安裝在屋頂或屋面上,不需要額外占地,節(jié)省了土地資源;3)太陽能與建筑結合,就地安裝、就地發(fā)電上網(wǎng)和供應熱水,不需要另外架設輸電線路和熱水管道,降低對市政配套的依賴,同時也減少了對市政建設的壓力;4)太陽能產(chǎn)品沒有噪音,沒有排放,不消耗任何燃料,公眾易于接受。

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