光伏太阳能技术在工程中的综合应用之分析

【摘要】

随着科技的快速发展,太阳能被广泛的应用在各个领域。本文从太阳能技术特点及在工程中的重要地位、太阳能技术在工程中的综合应用及对太阳能的工程案例分析等几个方面进行了分析。

【关键词】光伏太阳能；工程；综合应用

中图分类号： TK511 文献标识码： A

【前言】

近年来，由于工程的不断壮大，使得越来越多的人开始重视太阳能技术在工程中的综合应用问题。虽然我国在此方面有所完善，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强光伏太阳能技术在工程中的综合应用，对工程的发展有着重要意义。

1、太阳能技术特点及在工程中的重要地位

1.1、太阳能技术特点

太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，具有一些其他能源不可比拟之处：（1）普遍性。我国是太阳能十分丰富的国家，2/3以上国土面积年日照量为2200h以上，如河北省年日照时间在2100h～2200h之间，非常适宜太阳能热利用；（2）无污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃烧时要产生有害气体和废渣，但太阳能的利用不会产生废气、废渣，不会对环境造成污染；（3）安全性。太阳能利用不同于核能发电，一旦发生事故就会严重污染环境，造成生态危机，太阳能利用安全可靠，不会因发生事故而污染环境；（4）用之不竭。太阳能是太阳内部进行裂变释放的能量，据估计在过去漫长几亿年中，太阳只消耗它本身能量的2％，对于人类短暂存活期限来言是用之不竭的。

1.2、太阳能技术在工程中的重要地位

建设部制定的《技术政策1996-2010》，其目标为在2000年前，新建、扩建住宅和公建项Et的能耗要在1980年当热通用设计能耗的基础上节约50％；从2005年起新建、扩建住宅等项目能耗要在2000年基础上再节约30％。随着改革开放，人民生活水平的提高，热水淋浴设备已进人千家万户，生活热水能耗是建筑能耗中不可忽视的组成部分，电热水器、煤气热水器由于其要消耗大量石油、煤炭资源而面临发展瓶颈，太阳能热水器作为我国目前在建筑领域利用最多最成熟的技术，将是解决住宅等项目部分生活热水的首选技术。

2、太阳能技术在工程中的综合应用

2.1、太阳能在空调领域的应用--光电利用

太阳能空调的光电利用研究仅十多年。原理是先使用太阳能电池实现光--电转换，再用所发电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷。早期，由于大功率太阳能发电的效应低、价格昂贵，加之空调制冷技术进步限制，太阳能空调的光电利用研究举步维艰。 直到2010年，光伏发电系统大幅降价，变频空调技术进入实用阶段，太阳能空调的光电利用才获得里程碑式的发展。

国外比较典型的应用有:2010年6月，以色列利纽姆公司研发了一种新型太阳能空调系统，为缓解夏季供电压力开辟了一条新途径。同月，LG电子在韩国宣布了第一个环保型太阳能混合空调。这种新产品通过连接到室外机顶部的太阳能电池组件可提供70W的功率。

国内比较典型的应用有: 2010年12月，格力电器推出太阳能变频空调，并宣布首批5万台新产品将全部供应美国市场 。同月，美的也宣布推出两款太阳能空调，并正式通过国家CCC强制认证，获得10万台海外订单 。从一定意义上说，太阳能空调的光电利用即将进入快速发展阶段。

2.2、结合建筑空间和建筑构造的被动式太阳能利用

太阳能建筑设计并非是一个将太阳能技术或产品被动地强加于建筑设计之中的过程，而是应在设计之初将太阳能的应用作为设计的子系统，甚至是启发建筑设计的活跃因素进行的，它与建筑空间、建筑构造、配套设备、建筑技术等一系列因素是紧密结合在一起的。

住宅设计中，在保证居民私密性的同时，创造一些半私密、半公共空间，有助于促进邻里之间的良往。设计者对于楼梯间这一集合住宅中的典型元素进行了归纳分析，认为将楼梯空间适当改善，可以作为单元住户的交往空间。层层出挑的楼梯间平台构筑成上大下小的邻里交往平台，在单元底层设计入口门厅，交往平台和门厅统一在一个上下贯通的玻璃阳光间里。门厅和楼梯平台上均栽植绿化，在提供新鲜空气、调节室内微气候的同时为单元住户提供一个宜人的交往空间。绿色阳光厅还是一个调节室内外气候的过滤器。

夏季，阳光厅南侧的可调节遮阳遮住强烈的太阳辐射，阳光厅顶部的天窗打开，阳光厅形成一个下大上小的拔风烟囱带走室内的热空气，降低室内温度。阳光厅内还设置垂直的冷气管道和拔风管道，深层矿井地下交换系统制冷的空气通过冷气管道进入居户室内，为居户送上习习凉风。拔风管道在风机的作用下将居室内的热空气带走。冬季，阳光厅顶部天窗关闭，阳光直射入阳光厅，形成一个暖房。阳光厅内的热空气通过可调节百叶风口进入居室，同时将新鲜空气带入居室，缓解冬季居室内由于窗户关闭而导致的空气质量差的问题。

2.3、多项太阳能技术的整合应用

根据集合式住宅的形态、构造、设备的特点，多项太阳能技术可以搭配使用，共同创造理想的节能效果。

2.3.1太阳能组合屋面板

太阳能组合屋面板由光电板和集热板组成，与住宅屋面结合在一起。集热板由波形多孔镀锌钢板构成，光电板安装在多孔集热板上面。空气在波形集热板形成的空腔中流动，吸收太阳辐射能后通过管道进入室内用于取暖。同时，由于多孔集热板内的空气流动带走部分热量，使屋面温度降低，光电板在较低温度下运行，电力输出效率提高了约10%(图2）。

图2太阳能组合屋面板

2.3.2太阳能热水系统的综合应用

整体的太阳能利用系统将比若干个独立的太阳能利用系统具备更大的集约性和高效性。除了用于提供生活热水外，太阳能热水系统还用于提供地板辐射采暖的热量。住宅屋面的太阳能热水集热板收集到的热量被输送到储热水箱，然后通过控制器和分配器输入各个用户，作为低温地板辐射采暖系统的热源。同常规的以对流散热为主的散热器采暖比较，低温地板辐射采暖不仅具有室内温度分布均匀，舒适性高、节能效果显著等优点，同时它更适于利用太阳能这种低温热源。为了提高集热面积，在阳台下部安装了太阳能热水集热器，加热的热水储存于位于阳台内的储热水箱，然后通过管道输入房间内，提供给住户生活用水。

3、工程案例分析

3.1工程概述

该项目为北京市房山区的某保障性住房项目，小区住宅共11栋，总住户数量为1780户，每户设计使用人数2.8人。社区中心楼2座、幼儿园1座，采用太阳能热水系统的有8栋建筑，层数为12~21层不等。项目热水设计按50L/人设计，基础水温15℃，热水温度50℃。考虑热水每天同时使用的概率，最终确定每户的热水量为100L。

3.2节能减排效益分析

太阳热水系统最重要的特点是充分利用太阳能，节约常规能源的消耗，因此对太阳热水系统进行节能效益分析非常重要。节能效益分析是评价太阳热水系统的一个重要方面，也是系统方案选择的重要依据。

相对于常规热水系统，太阳热水系统在寿命期内消费的特点是初始投资大而运行费用低。初始投资大是因为太阳热水系统是在常规热水系统的基础上增加了太阳集热系统，因此增加了初投资；运行费用低，则是因为充分利用太阳能提供生活热水而减少了常规能源的消耗。

3.2.1技术参数。

该项目中太阳能系统日产温升35度热水量为178吨，使用的太阳能集热器面积为2100，太阳能保证率约为70%。北京地区全年平均日太阳辐照量约为17MJ/(.k)。该项目中假定常规能源为电热水装置。

3.2.2经济效益对比分析。

经济效益的分析旨在评估太阳能热水系统相对于常规能源热水系统所增加的初始投资的回收年限，如果系统设计得当，增加的初始投资回收期可控制在三至五年。通过测算可以发现，该保障性住房项目采用太阳能系统后的供水量与常规能源（电）系统持平，初始投资较常规能源（电）系统增加的178万元，但运行费用远低于常规能源（电）系统，太阳能系统日平均运行费用为1300元，常规能源（电）系统日平均运行费用为4000元，按太阳能系统每日运行运行费用节省2700元测算，投资回收期仅为3.59年。

3.2.3节能减排效益对比分析。

节能减排效益的分析重点在于评估使用太阳能热水系统较常规能源热水系统可以减少的能源使用量与二氧化碳排放量。太阳能热水装置一般需要部分常规能源辅助提供能量，该项目采用的是与电锅炉系统相结合的太阳能系统，和纯粹的电锅炉系统相比，平均日节能量为18550，折合为电能的话则为5400KWH电能/日，寿命期内二氧化碳排放量为11585802KG。

通过对比可以发现，各种类型太阳能热水系统的节能效益持平，与电锅炉系统结合的太阳能系统寿命期内二氧化碳排放量高于与燃气锅炉系统结合的太阳能热水系统、与燃油锅炉系统结合的太阳能系统，低于与燃煤锅炉系统结合的太阳能系统，有较为显著的减排效应。

4、光伏太阳能技术在工程中的发展趋势

大力发展太阳能是我国乃至全世界发展可再生能源、实现建筑能源管理的必然趋势。综合合理运用太阳能达到节能减排的目的，是一个具有现实意义的课题。目前，太阳能在我国住宅建设领域中的应用水平还有待提高，利用太阳能进行建筑节能的意识也有待加强。太阳能与住宅建筑的一体化，从理论构想到实践应用，还有很长的一段路要走。

【结束语】

通过对光伏太阳能技术在工程中的综合应用分析，进一步明确了光伏太阳能技术在工程应用中的方向。因此，在工程的后续发展中，要不断提高光伏太阳能技术的应用，保证工程的快速发展。

【参考文献】

[1]王长贵 太阳能光伏发电实用技术 化学工业出版社 2005年

[2]高辉 太阳能利用与建筑一体化设计 华中建筑 2006年

[3]薛志峰 超低能耗建筑技术及应用 中国建筑工业出版社 2005年