太阳能与建筑 2012.5.20 王培

概况： 太阳能是公认的未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源之一，具有取用方便、能量巨大、无污染、安全性好等优点。 中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，中国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。中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能热水系统。 　　太阳能光热技术在中国的应用非常广泛，具有良好的产业化和商业化基础。而太阳能光电技术，由于其较高的成本，还未像光热那么普及。 　　目前，江苏、山东、河北、海南、云南等省，北京、上海、深圳、大连等市已经在新建12层以下居住建筑以及办公建筑、学校、医院、宾馆等公共建筑中开始强制推行太阳能热水系统，因此，应用太阳能热水系统完全可以成为国家层面的建筑节能强制要求，从而让50%或65%的建筑节能目标包含更多的内涵。

应用: 目前中国的太阳能利用方面以太阳能热水系统为主，太阳能与其他能源互补利用，应用场所以养老院、医院、学校、办公楼、住宅小区、工厂等。

分类： 分为光热和光伏两大块。 太阳热能　 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。 光伏发电 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并入电网供电。光伏板    太阳能利用 组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电能。近年，天台及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

光热产品 光热产品就是指太阳能热水器了，还有太阳能采暖系统（一般是在北方应用）。太阳能热水器所使用的集热板有几种，比较普遍的就是平板太阳能和真空管太阳能两种，前者南方使用较多，后者北方使用较多。 据统计，太阳能热水系统可以实现建筑节能10%至15%，而住宅采用太阳能供暖系统，将为建筑能耗节省45%左右。综观太阳能热利用的现状，国外主要以平板太阳能为主，国内则以真空管为主。在能源利用效率方面，平板热效率可达到76%以上。在太阳能与建筑一体化应用中，平板太阳能更符合建筑的美观性，并且兼具屋面和集热双重功能。

太阳能热水器 （Solar water heater）是指以太阳能作为能源进行加热的热水器。是与燃气热水器、电热水器相并列的三大热水器之一。 太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，目前真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

组成： 装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。太阳能集热器（solar collector）在太阳能集热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。另外还有一种真空集热器：一个好的太阳能集热器应该能用20～30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修。

分类： 1、从集热部分来分： 1）玻璃真空管太阳能热水器 　　可细分为全玻璃真空管式、热管真空管式、U型管真空管式。常用的为全玻璃真空管式，其优点：安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式使太阳能热水器全年全天候正常运行，环境温度低时效率仍然比较高。其缺点在于体积比较庞大、玻璃管易碎、管中容易集结水垢、不能承压运行。但是清华阳光研究出的一种热管式真空集热玻璃管,它是以导热介质为导热媒进行热能传递,它就充分解决了玻璃管易碎、管中容易集结水垢、管中结冰等诸多不利因素并且它的集热效果比其它集热管还高出近十个百分点

2）平板型太阳能热水器 平板型太阳能热水器 可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圆管式和热管式。其优点：具有整体性好、 热水器展览会 　2）平板型太阳能热水器 　　平板型太阳能热水器 可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圆管式和热管式。其优点：具有整体性好、    热水器展览会 寿命长、故障少、安全隐患低、能承压运行，安全可靠，吸热体面积大，易于与建筑相结合，耐无水空晒性强等优点，其热性能也很稳定。其缺点由于盖板内为非真空，保温性能差，故环境温度较低时集热性能较差，采用辅助加热时相对耗电。环境温度低或要求出水温度高时热效率较低。如冻坏需更换整个集热板，适合冬天不结冰的南方地区选用。

3) 陶瓷中空平板型太阳能热水器 　　陶瓷太阳能板是以普通陶瓷为基体，立体网状钒钛黑瓷为表面层的中空薄壁扁盒式太阳能集热体。陶瓷太阳能板整体为瓷质材料，不透水、不渗水、强度高、刚性好，不腐蚀、不老化、不退色，无毒、无害、无放射性，阳光吸收率不会衰减，具有长期较高的光热转换效率。    经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测，陶瓷太阳能板的阳光吸收比为0.95，混凝土结构陶瓷太阳能房顶的日得热量为8.6MJ，远高于国家标准。陶瓷太阳能板制造、使用成本低，阳光吸收比不衰减，与建筑同寿命，可以用于与原房顶共用结构层、保温层、防水层、结构简单、保温隔热效果好于原房顶、与建筑一体化的混凝土结构陶瓷太阳能房顶、向阳墙面、阳台护栏面，为建筑提供热水、取暖、空调；为工农业、养殖业提供热能；可用于荒漠大规模太阳能热水发电、风道发电、海水淡化、苦咸水淡化、变沙漠为农田

2、从结构来分类： 　　1）紧凑式太阳能热水器（普通式太阳能热水器）：就是将真空玻璃管直接插入水箱中，利用加热水的循环，使得水箱中的水温升高，这是市场最常规的太阳能热水器。 　　2）分体式热水器：分体式热水器是将集热器与水箱分开，可大大增加太阳能热水器容量，不采用落水式工作方式，扩大了使用范围 3、从水箱受压来分： 　　 　　1）承压式太阳能热水器：太阳能热水器的出水是有压力的。一般为顶水式工作，不一定采用承压式水箱。 　　2）非承压式太阳能热水器：普通太阳能热水器都是属于非承压式热水器，它的水箱有一根管子与大气相通，是利用屋顶和家里的高度落差，使用水时产生压力。其安全性，成本，使用寿命都比承压式要显著得多。

太阳能热水系统 太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，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。 使用目的 　　1、环保效益——相对于使用化石燃料制造热水，能减少对环境的污染及温室气体－二氧化碳的产生。 　　2、节省能源——太阳能是属于每个人的能源，只要有场地与设备，任何人都可免费使用它。 　　3、安全——不像使用瓦斯有爆炸或中毒的危险，或使用燃料油锅炉有爆炸的顾虑，或使用电力会有漏电的可能。 　　4、不占空间——不需专人操作自动运转。另外，太阳能热水器装在屋顶上，不会占用任何室内空间。 　　5、具经济效益——正常的太阳能热水器是不易损坏，寿命至少在十年以上，甚至有到二十年的，因为基本热源为免费的太阳能，所以使用它十分符合经济成本效益。

分类方法 1. 以加热循环方式分类 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. 　　2.按太阳能集热器的类型分类 　　平板太阳能热水系统---采用平板集热器的太阳能热水系统； 　　真空管太阳能热水系统---采用真空管集热器的太阳能热水系统； 　　U型管太阳能热水系统---采用U型管集热器的太阳能热水系统； 　　热管太阳能热水系统---采用热管集热器的太阳能热水系统。 　　陶瓷太阳能热水系统---采用陶瓷太阳能集热器的太阳能热水系统。 　　3.按储水箱的容积进行分类 　　根据用户对热水供应的需求，确定储水箱的容量。按照储水箱的容积，系统可分为： 　　家用太阳能热水系统---储水箱容积小于0.6m的太阳能热水系统，通常亦称为家用太阳能热水器； 　　公用太阳能热水系统---储水箱容积大于等于0.6 m的太阳能热水系统，通常亦称为太阳能热水系统。

太阳能热水系统组成 太阳能集热器、保温水箱、连接管路、控制中心、热交换器

太阳能热水系统在建筑中的应用 1 分体式太阳能热水系统 1 分体式太阳能热水系统 　目前在国内安装的绝大部分是紧凑式太阳能热水器。由于太阳热水器的利用主要是以建筑为载体的，紧凑式太阳热水器很不适合在屋面上安装：一是视觉效果不好，影响建筑美观；二是很难与建筑进行完美的结合；三是在屋面上安装紧凑式太阳热水器较危险，加之紧凑式太阳热水器本身无法解决的一些问题，如真空管易结垢、易炸管碎管、不承压、不易自动控制等，限制了它的推广和使用。 目前取而代之的是分体式太阳热水器的大范围推广和热销。分体式太阳能中央热水系统由于具有水量充足、多点供水、节能安全等特性，以及在经济费用、社会效益等方面具有突出的综合优势，是缓解能源危机的一种更有效的热水供应技术，更适合在太阳能建筑一体化项目中应用推广。壁挂式太阳能作为分体式太阳能的一种，打破了太阳能只能安装在平面屋顶的局限，可以像壁挂式空调一样安装在阳台、墙壁、坡形屋顶等任何地方，解决了高层无法安装的问题，非顶层用户也可以使用，大大提高了太阳能的使用范围。

2 U型管太阳能热水系统 U型管是将一根直铜管在一定部位弯成U型，两端平行，且一端高于另一端一定距离。 U型管走水管路是由两根横向平行的走水主管和数根竖向平行、等间距排列的U型管组成。

3 真空管太阳能热水系统 　真空管按吸热体材料种类，可分为两类：一类是玻璃吸热体真空管（或称为全玻璃真空管），一类是金属吸热体真空管（或称为玻璃－金属真空管）。热管式真空管是金属吸热体真空管的一种，它由热管、吸热体、玻璃管和金属端盖等主要部件组成。

中国太阳能热水器市场 　　中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20%-30%的速度递增。但是中国太阳能热水器的生产企业有5000多家，除皇明、清华阳光、华扬、澳柯玛、四季沐歌等10个全国性品牌因质量、售后服务过硬而市场知名度较高外，行业中存在着大量纷繁芜杂的杂牌企业，这种状况不利于行业的长远发展，这就要求政府部门进行规范，加强监管引导。尽管市场现状不如人意，但市场前景仍看好。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大。其他品牌（ 天普、亿家能、桑乐、太阳雨、北大正元、海尔）

太阳能光伏 所使用的电池板有多晶硅和单晶硅两种，后者转换率高一点。光伏系统有太阳能屋顶发电系统，太阳能玻璃幕墙发电，大型并网/离网发电系统（例如西藏羊八井工程）。另外，还有太阳能路灯，风光互补路灯，太阳能信号灯，太阳能LED屏幕等等。

光伏板组件 　　光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

太阳能发电原理图 1 并网发电

2 户式：

太阳能热发电 太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电（Concentrating Solar Power，简称CSP），通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。 太阳能热发电通常叫做聚光式太阳能发电，与传统发电站不一样的是，它们是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为（1）太阳能槽式发电；（2）太阳能塔式热发电；（3）太阳能碟式热发电。

1.槽式太阳能热发电 槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内的传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电；槽式发电是最早实现商业化的太阳能热发电系统。

2.塔式太阳能热发电 塔式系统是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器(太阳锅炉)上，加热工质产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；

3.碟式太阳能热发电 碟式系统利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电。

太阳能光伏前景与现状  我国太阳能光伏产业的产能、产量均居世界第一，90%以上产品依靠出口。产品生产在国内、光伏应用在国外，这样的市场倒挂导致光伏产业严重受制于人。 反倾销： 2011年，一些美国光伏企业，比如Solyndra、SepctraWatt、 Evergreen Solar以及Energy Conversion Devices申请了破产。以德国最大模组生产商SolarWorld为首的多家光伏制造商向美国商务部提交反倾销申诉。SolarWorld的CEO 称，其德国和美国工厂拥有国际竞争力，但中国的“不公平贸易行为必须制止”。        一些美国光伏企业认为正是由于中国政府对光伏行业的高额补贴导致中国光伏企业能够低价销售产品。有些报价甚至已经低于生产成本，而这些超低价产品被售往美国市场，本土企业自然步履维艰      可负担太阳能能源联盟（CASE）表示，2011年，美国太阳能光伏系统有近一半使用了中国制造的光伏组件。      然而，中国太阳能产品对于美国光伏市场的真实影响依然存有争议。美国商务部于当地时间5月17日对原产于中国的光伏产品做出反倾销初裁决定，税率为31.14%-249.96%，决定对中国企业出口到美国的光伏产品采取反倾销措施。但据美国本土媒体报道，国际贸易协会还未确定中国企业出口到美国的光伏产品对美国本土市场存有伤害。在10月之前，美国商务部不会公布最终决裁。

太阳能建筑一体化 所谓太阳能与建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本。太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向 太阳能与建筑一体化技术的特点 　　1. 把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响； 　　2. 利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层，可减少成本，提高效益； 　　3. 可用于平屋顶或斜屋顶，一般对平屋顶而言用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌式; 　　4.太阳能热水器完全纳入建筑部品体系，成为建筑体系不可分割的一部分，与建筑同步设计、同步施工、同步后期物业管理。

太阳能与建筑一体化应用技术适用对象 1 、适用于城建较严格，要求安装规范、美观、不损害市容市貌的单位、集体、小区等。 　　1 、适用于城建较严格，要求安装规范、美观、不损害市容市貌的单位、集体、小区等。 　　2 、适用于在建筑设计之初，就将太阳能作为建筑的一部分考虑在内，与建筑一同设计。 　　3 、适用于各种形式的建筑，例如：住宅小区、高层楼群、别墅等等。 　　4 、单台集体购买统一安装，该种形式主要适合于新建住宅小区和旧房改造。

太阳能建筑一体化优势 　　目前，国内建筑能耗占全社会总能耗的比重比较大，热水、空调和采暖能耗占建筑能耗的65%左右，而综合利用太阳能，全面实现太阳能与建筑一体化及太阳能光热光电综合应用一体化，太阳能热水可补充15%的建筑能耗，采暖、制冷系统可解决50%的建筑能耗，光伏发电可节约30%的建筑能耗，就可建成最理想的零能耗房。针对建筑需求提供不同的解决方案。 　　未来15年，国内城市化的进程仍将高速增长，太阳能行业的市场重心将逐步由农村转向城市，随着行业的技术升级不断加快、一体化的标准日益完善，系统集成技术的加快完善，企业的发展新模式的逐步建立，势将产生一批新型的由生产型逐步向技术集成、建筑施工型的企业。

太阳能空调 利用先进的超导传热贮能技术，集成了太阳能，生物质能，超导地源制冷系统的优点，最新研发成功的一种高效节能的冷暖空调系统。 新型太阳能复合超导冷暖空调，制热时以太阳能和可再生的生物质燃料为主要能源，是真正绿色的取暖方式。制冷时借助少量的电能利用地源低温，采用超导能量输送系统直接制冷，达到最合理的节能的制冷效果。    太阳能空调 传统的空气冷却器无法杜绝讨厌的副作用——长期消耗大量的能源、能源利用效率低、加速全球气候变暖。如果人们可以成功利用太阳光来冷却家庭房间或办公室那该多好——不会消耗大量难以再生的能源，而且在制冷过程中不会释放太多二氧化碳。

应用 　　太阳能空调系统兼顾供热和制冷两个方面的应用，综合办公搂、招待所、学校、医院、游泳池、水产养殖、家庭等，都是理想的应用对象。冬季乃至全年均需要供热，如生活热水、采暖、游泳池水补热调温等，而夏季又需要冰凉世界，以太阳能热水制冷，就是一座中央空调。当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。这是由于发达国家的空调能耗在全年民用能耗中占有相当大的比重，利用太阳能驱动空调系统对节约常规能源、保护自然环境都具有十分重要的意义 。

工作原理 　　所谓太阳能制冷，就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数(亦称COP)越高，这样空调系统的制冷效率也越高。例如，若热媒水温度60℃左右，则制冷机COP约0~40；若热媒水温度90℃左右，则制冷机COP约0~70；若热媒水温度120℃左右，则制冷机COP可达110以上。 　　

推广应用前景 　　实践证明，采用热管式真空管集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能空调技术方案是成功的，它为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。 　　太阳能吸收式空调与常规空调相比，具有以下三大明显的优点： 　　（1）太阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致； 　（2）传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而吸收式制冷机以无毒、无害的溴化锂为介质，它对保护环境十分有利； （3）同一套太阳能吸收式空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显着地提高了太阳能系统的利用率和经济性。

局限性 　　（1）虽然太阳能空调开始进入实用化阶段，希望使用太阳能空调的用户不断增加，但目前已经实现商品化的产品大都是大型的溴化锂制冷机，只适用于单位的中央空调。对此，空调制冷界正在积极研究开发各种小型的溴化锂或氨—水吸收式制冷机，以便与太阳集热器配套逐步进入家庭； 　　（2）虽然太阳能空调可以无偿利用太阳能资源，但由于自然条件下的太阳辐照度不高，使集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制，目前只适用于层数不多的建筑。对此，我们正在加紧研制可产生水蒸气的真空管集热器，以便与蒸气型吸收式制冷机结合，进一步提高集热器与空调建筑面积的配比； 　　（3）虽然太阳能空调可以大大减少常规能源的消耗，大幅度降低运行费用，但目前系统的初投资仍然偏高，只适用于有限的富裕用户。为此，我们正在坚持不懈地降低现有真空管集热器的成本，使越来越多的单位和家庭具有使用太阳能空调的经济承受能力。

太阳能温室 太阳能温室就是利用太阳的能量，来提高塑料大棚内或玻璃房内的室内温度，以满足植物生长对温度的要求，所以人们往往把它称之为人工暖房。

太阳能无线监控系统 太阳能无线监控系统，随着现代化企业制度在我国的普及和深化发展，企业的信息化建设不断深入，利用数字视频技术对企业进行安全防范工作已是大势所趋，结合太阳能技术的发展，我公司推出真正的Winncam零布线无线监控解决方案。 　　 　　在现代化工业园中，实施视频监控系统，安全保卫部门可以实现在工业园区门口、主要道路、办公楼、周界围墙等地点进行实时全天候视频监控；相关部门可以了解现场情况，加强园区安全保卫管理，提高工作效率；相关管理部门可以实时了解各个监控点的情况；企业领导在办公室利用桌面微机，可以随时了解各主各个监控点实时状况，处理突发事件，亦可以记录多天前的情况，进行追踪分析。 　　 　　除本地建立网络监控系统外，还可对分支机构进行集中远程视频监控.随时考察员工的实际生产劳动纪律众诚天合公司案根据园区的实际需求，有些点取电困难，我们采用太阳能供电，参照有关国际标准和国家标准，并结合我公司对工业园区监控所积累的经验，编制出这套零布线太阳能无线监控技术方案。

太阳能路灯 太阳能路灯以太阳光为能源，白天北京天柱阳光太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给负载供电使用，无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费免维护。

谢谢！