太阳能光热建筑一体化

太阳能光热建筑一体化（精选5篇）

太阳能光热建筑一体化 篇1

中国从2001年正式提出太阳能建筑一体化，经过多年发展，真空管产量超过了4亿只，集热器的产量是4900万平方米，整个行业增长率是15.9%，太阳能集热器保有量达到1.68亿平方米。

折算一下，1.68亿平方米的集热器的能源替代量相当于标煤每年2600多万吨，相当于发电800多亿度，即三峡大坝一年的发电量。二氧化碳减排量达到了5千万吨左右。

未来光热技术的发展方向，是工业用热和太阳能热发电。但现在，太阳能光热系统仍然还处在低温领域，即生活用热。太阳能与建筑一体化可以用四个方面的要求来概括：外观上、结构上、管路布局上和系统运行上。在外观上，要合理摆放太阳能集热系统，要实现太阳能与建筑的协调统一;在结构上，要妥善解决太阳能系统的安装问题，特别是保证系统与建筑的安全可靠;在管路布局上，要求合理布置太阳能的各种管线并做好必要的建筑预留;在系统运行上，要求系统是可靠、稳定、安全的，而且要易于安装、检修维护，要合理解决太阳能与辅助能源的匹配问题，实现智能化控制。

建筑一体化的流程很简单，就是要求太阳能专业与建筑同步论证，同步设计，同步施工，同步验收和交付使用。我着重提的一点是同步论证，因为遇到了很多这样的问题：我们拿到建筑图纸之后发现集热器很难与建筑结合，也就是很难在建筑上设计太阳能，因为建筑本身并不利于太阳能系统的摆放。这种问题一般出在论证阶段，就是说在设计这个建筑的时候并没有过多的考虑太阳能。所以，如果有可能，希望设计师在论证阶段请太阳能专业人员参与进去协助规划设计。

业主关心的是集热器与建筑的相对位置关系，即太阳能与建筑结合后是否美观。集热器在建筑上有四个主要的安装方式：第一是平面安装，第二是坡屋面嵌入式安装，第三是坡屋面凸出式安装，第四是阳台或者立面安装。

平面安装是最成熟也最简单的方法。全国人大机关事务管理局办公楼的太阳能系统采用很成熟的U形管系统。它有两大特点：一是它里面用防冻液作为(工质)循环，保证整个系统在北方地区不会被冻坏;二是整个系统采用机械密封方法，即使真空管破碎，系统仍然照常运行。高档建筑，像别墅、办公楼，很多采用这种U形管系统。如果立面太高，严重遮挡集热器的采光，集热器可以用钢结构来架空安装，使之能更多地得到太阳光。

国务院机关事务管理局有一个住宅采用的是太阳能集热器与屋面的嵌入式安装。为降低造价，太阳能系统采用了普通的联集管式系统，共有集热面积1100平方米，每天能提供生活热水90吨，辅助能源采用450千瓦的电锅炉配备换热器，实现24小时供热。集热器装完之后与周围环境的颜色是统一的，集热器的最高点和屋面相平。但这种安装方式需要注意两个问题：一是屋顶结构要沉降，或者是不相干的结构要上升，会导致整个建筑的成本增加;二是嵌入式安装之后，相当于屋面洼了一块进去，排水很难，必须要做防水处理。这个项目获得了鲁班奖。

北京顺义区的“优山美地”项目采用的是坡屋面凸出式安装，相比嵌入式安装，这种方式在技术上是很容易实现的，造价也没有增加很多。“优山美地”碧水园生态小区二期，一共140套别墅，每户安装了一套太阳能家用热水系统，实际水量0.8～1.2吨，辅助能源采用电辅助。太阳能家用热水系统像屋顶的天窗一样，基本上不会影响建筑的外观。

江苏“千灯忆江南”项目采用的是阳台与立面安装方式，即将集热器挂在阳台上或是挂在立面上，每户100升生活热水。集热器和水箱之间采用自然循环方式，它同样采用U形管系统，里面走防冻液，安全性可以大大增强。

回顾4个案例，有3个应用于住宅。经过多年研究，我们提炼了3种模型。

第一种是集中集热集中储热与供热系统。系统很简单，集热器将热量储存在一个中央水箱里面，也就是建筑里面的大水箱内，大水箱设置自身的辅助能源，向整个建筑提供满足要求的热水，用户可以享受到即开即热的酒店式供水方式。其优点有六条：一是集热系统与供热系统分开，配置比较简单;二是室内管网易于设计、施工;三是集热器与建筑风格易于结合，即与屋面更容易结合;四是辅助能源种类选择较多，可以使用电辅助加热，也可以使用燃气、空气源热泵等加热;五是冷热水系统分区接驳;六是热水舒适性较好，就像简化之后的五星级酒店集中供热系统。

这种供热系统也有不足：一是在住宅使用中需要热水计量装置，如果小区入住率比较低，采用了不合适的辅助能源如商业用电，会造成物业运营困难，易出现天价水费，因为用商业电加热生活热水的话，每吨水成本将近50元;二是所有权不明，特别是对一些保障性住房，将来把这个系统送给业主时，很难分清楚哪个地方是业主的，哪个地方不是;三是超过保修期之后需要动用维修基金，即一年或两年的质保期以后，这个系统如果再坏是需要掏钱维修的;四是水费定价如果不合适容易引起纠纷，即物业想多赚钱，可业主不答应，而如果收费少，却有可能保不住成本。

第二种模型称之为集中集热分户储热与供热系统，目前比较流行。它的系统实际上很简单，就是每户用一个较小的水箱代替公用的大型水箱，太阳能系统本身并不直接提供热水，而是提供热源，通过户内水箱的换热器为每户的水箱进行加热。它的优点非常明显，一是集热器可以集中或者分区放置;二是室内水箱是承压运行的，壁挂水箱基本是上搪钢搪瓷材料的，跟自来水压力持平，冷热水的压力非常平衡;三是更适合于中高层建筑应用;四是便于物业管理，系统的运营成本与入住率关系很小，也不用收水费。五是不存在单独计量收费问题。

这种系统的不足之处是：一是楼面部分的所有权不明;二是超过保修期之后需要动用维修基金;三是低温热源要置换相对高温的热水会造成总体的系统效率低下，如果采用这种系统，太阳能集热器需要得到更多的辐射或者采用热得较快的集热器，如热管式的、U形管式的;四是管路热量不均衡，会导致靠近太阳能集热器这个热源的水箱容易热，而远离热源的水箱热得较慢;五是户内水箱换热器泄漏时容易引发事故且很难查找事故源。六是户内水箱需占用室内空间，换热支管也要占用室内空间;七是户内水箱的热源进出不容易控制;八是系统造价很贵。

第三种是分散集热分散储热与供热系统。有三类：紧凑式家用太阳能热水器——在楼顶上顶了一个大水箱，摆了好多真空管那种太阳能热水器;家用分离式太阳能热水系统——像前文所说“优山美地”小区使用的那种;阳台壁挂式太阳能热水系统，像前面提到的的“千灯忆江南”小区。

其特点是每户都有自己的太阳能热水器，优点也很容易看出来：一是便于物业管理，系统的运行与物业基本上无任何关系;二是不存在单独计量收费问题，物业没有任何负担;三是这种系统种类较多，可以适用于绝大多数建筑;四是可以适用于绝大多数投资，因为它涵盖了从最低端的家电下乡产品一直到最高端的别墅专用产品;五是所有权很明确;六是超过保修期之后，业主自行承担维修更换费用，选择余地大。

这种系统的的不足在于，一是集中安装时的价格相对较高，因为每台热水器都需要有控制器、管网等，会造成类似于重复投资的结果;二是用水压力偏低，这是指非承压太阳能热水器，如果是承压式的，就不存在这种问题了;三是不容易加装管路循环系统，因为太阳能热水器出厂时，很少会单独为热水器开一个管路循环回水管;四是厂家维修量偏大;五是安装工作量比较大。

太阳能光热建筑一体化 篇2

太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能，并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。作为太阳能大规模发电的重要方式，太阳能热发电具有一系列明显优点。首先，其全生命周期的碳排放量非常低，根据国外研究仅有18g/kWh。另外，该技术在现有太阳能发电技术中成本最低，更易于迅速实现大规模产业化。此外，太阳能热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。

目前，太阳能热发电正成为世界范围内可再生能源领域的投资热点。翻开世界太阳能热发电版图可以发现，目前太阳能热发电站遍布美国、西班牙、德国、法国、阿联酋、印度、埃及、摩洛哥、阿尔及利亚、澳大利亚等国家。太阳能热发电技术已经进入快速发展时期。我国太阳能光热发电起步较晚，随着国家对可再生能源的日益重视，光热发电产业的发展迅猛。“十五”期间，中国科学院电工研究所、工程热物理所等科研机构和一些太阳能企业，已开始了光热发电技术的项目研究。目前，我国科学家已经对碟式发电系统、塔式发电系统以及槽式聚光单元进行研究，掌握了一批太阳能光热发电的核心技术，如高反射率高精度反射镜、高精密度双轴跟踪控制系统、高热流密度下的传热、太阳能热电转换等。

2011年，内蒙古50兆瓦槽式太阳能项目开标，这是我国首个光热发电特许权招标项目，这次招标是“零的突破”，对我国发展光热电站来说意义重大。

太阳能发电在我国的战略地位正在变得愈加重要。2010年国务院颁布的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确提出，要开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场。2011年发布的“十二五”规划纲要也再次明确了要重点发展包括太阳能热利用和光伏光热发电在内的新能源产业。

2011年6月1日，国家发展和改革委员会颁布的新版《产业结构调整指导目录（2011年本）》正式实施。纵观最新版的指导目录，国家的新能源产业政策已经出现调整：“十一五”期间距产业化尚有距离的光伏、光热发电得到了更多的重视。这意味着“十二五”期间，国家将在产业政策方面大力推进光热发电及与其有关的设备制造。太阳能光热发电或将迎来黄金期。

中投顾问发布的《中国太阳能光热发电市场调研报告2011》从太阳能光热发电基本概念、全球产业进展、国内发展现状、技术进展、建设项目、主要企业、面临的障碍及对策、价格及投资成本等多方面多角度对太阳能光热发电状况进行了分析，并在此基础上分析了太阳能光热发电的前景。

报告目录：

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第一章 太阳能光热发电基本概况

1.1 太阳能热发电的概念

1.2 太阳能热发电原理

1.3 太阳能热发电的优势

1.4 太阳能热发电系统的种类

1.4.1 槽式线聚焦系统

1.4.2 塔式系统

1.4.3 碟式系统

1.4.4 三种系统性能比较

第二章 全球太阳能热发电产业进展

2.1 全球太阳能热发电发展历程

2.2 全球太阳能热发电装机规模及行业格局现状

2.3 国外各种形式太阳能热发电站建设情况

2.4 全球太阳能热发电市场前景展望

第三章 中国太阳能光热发电发展现状

3.1 我国光热发电产业日渐崛起

3.2 我国光热发电企业发展形势剖析

3.3 我国太阳能光热发电产业标准制定情况

3.4 光热发电与光伏发电的竞争关系分析

3.5 太阳能光热发电产业推进情况

第四章 太阳能热发电技术进展

4.1 太阳能热发电技术概述

4.2 国内外太阳能热发电技术研发概况

4.3 “模块定日阵”太阳能热发电技术

4.4 世界首台太阳能热发电站仿真机在中国问世

4.5 中国各类型太阳能热发电技术的发展

4.5.1 塔式太阳能热发电系统

4.5.2 槽式太阳能热发电

4.5.3 碟式太阳能聚光发电

第五章 国内外太阳能热发电建成、在建及拟建项目

5.1 国外太阳能热发电项目

5.2 国内太阳能热发电项目

第六章 国内主要太阳能热发电企业及研究机构

6.1 皇明太阳能

6.2 华电集团

6.3 中海阳新能源电力股份有限公司

6.4 常州龙腾太阳能热电设备有限公司

6.5 北京智慧剑科技公司

6.6 华能西藏发电有限公司

6.7 中国科学院电工研究所

第七章 太阳能热发电产业面临的障碍及对策

7.1 主要瓶颈

7.2 限制条件

7.3 产业转化问题

7.4 发展思路及建议

7.5 尚须政策助力

第八章 太阳能热发电的价格及投资预算

8.1 太阳能热发电的电价

8.2 太阳能热发电的投资预算

第九章 太阳能热发电产业前景分析

9.1 太阳能热发电渐成投资热点

9.2 光热发电产业前景分析

9.3 受益政策鼓励光热发电业或将迈入快速发展期

9.4 中国太阳能热发电产业长期规划

图表目录：

太阳能光热建筑一体化 篇3

(一) 节能减排形势——大势所趋

1、绿色、环保、低碳、节能、减排是全球热点和焦点;从《京都议定书》、《巴厘岛路线》到《哥根哈本》全球关注着人类的可持续发展, 太阳能产业方兴未艾。

2、中国的郑重承诺:2020年我国单位GDP能耗比2005年降低40%～50%, 目标宏伟, 任务艰巨。

3、建筑能耗占社会总能耗的30～40%, 建筑节能是我国节能减排工作重中之重。

4、政府立法、地方推动, 太阳能利用从“鼓励”到“示范”再到“强制”。近年来, 越来越多的省、市出台鼓励 (补贴) 或强制安装太阳能政策, 节能减排将是“十二五”各级政府的重点工作之一。

5、太阳能产业被列为“十二五”七大战略新兴产业之一。

6、《2010～2020中国太阳能热利用产业中长期发展规划及“十二五”发展目标》:实现中国太阳能热水器总保有量2010年1.7亿m2, 2015年5亿m2, 2020年10亿m2。应该说, 太阳能的大规模推广应用时代已经到来!

(二) 太阳能与建筑节能

*建筑节能需要太阳能。建筑节能是我国节能减排的重点, 也是我国实现节能减排总目标的关键。建筑节能减排需要太阳能, 太阳能的推广利用离不开建筑, 太阳能与建筑需要完美结合。太阳能可以使建筑能耗降低75%。

*可实现零碳建筑。太阳能热水系统节能减排效果十分明显:每平方米太阳能热水器节约用电600千瓦时/年, 减排CO2 0.27吨/年。

太阳能热水系统的经济效益十分显著:回收期短, 见效快。一平方米的太阳能热水器的投资成本约1500元左右, 每年可节约用电600多度, 一般3-5年即可因节能收回新增的成本。

*环保效益非常可观。 (见表1)

太阳能热水器的能源得率高, 其生命周期内能源效益高达90%以上, 而1.1年回收产品生产所耗的全部能耗。

(三) 政策扶持

部分省市对安装太阳能热水系统补贴政策摘要:

《宜昌市可再生能源建筑应用示范项目管理暂行办法》:太阳能热水系统按集热器面积补贴标准:屋顶集中集热式系统:400元/m2;阳台或墙面壁挂式系统:600元/m2。

《山东省太阳能集热系统财政补贴资金使用管理暂行办法》:基础教育学校按照新建太阳能集热系统投资的50%给予补贴;其他学校、宾馆按照新建太阳能集热系统投资的30%给予补贴。

《北京市太阳能热水系统项目补助资金管理暂行办法》:对于符合条件的两限房、普通商品房、公共建筑及工业企业安装使用太阳能热水系统, 按实际安装集热器面积给予200元/平方米的市政府固定资产投资资金补助。

《深圳市开展可再生能源建筑应用城市示范实施太阳能屋顶计划工作方案》:对于太阳能热水系统, 中央财政专项资金补助标准为每平方米太阳能集热板补助150元, 市财政专项资金补助标准为每平方米太阳能集热板补助225元, 对于其他类别可再生能源建筑应用项目, 补助标准为不超过可再生能源建筑应用系统增量成本30%。

《太原市人民政府关于推进建筑中可再生能源应用的实施意见》:对使用太阳能系统的建设工程项目, 给予太阳能集热系统总投资额的30%的奖励补贴 (每个项目奖励补贴不超过150万元) 。

二、太阳能光热产业升级

(一) 我国太阳能热利用现状分析

城市化进程中太阳能热利用产业的“喜与忧”。我国太阳能热利用产业有喜有忧:

一喜:中国太阳能热水系统总保有量占全世界的76%, 规模优势很大, 节能减排贡献突出;二喜:各级政府大力推动太阳能热利用产业发展;

一忧:我国目前以真空管太阳能为主的产业格局, 制约了太阳能在城市市场的健康发展;二忧:与建筑一体化进程缓慢。

因此, 产业升级势在必行。目前对新要求还有不小的差距:

太阳能光热建筑一体化问题需要大家继续深入研究。太阳能光热建筑一体化问题倡导了很多年, 两个产业为此付出了努力和尝试, 但迄今为止, 该领域存在的问题还很多, 还没有取得实质性的突破, 还有若干技术问题有待于攻克和完善。

太阳能热利用标准化体系和检验体系比较完善。太阳能热水器 (系统) 是否合格很容易判定, 但合格的产品未必能够满足建筑一体化的需求。

为实现太阳能与建筑一体化, 太阳能光热产品除了自身质量达标外, 还应该满足一定的要求。

(二) 建筑一体化对太阳能的要求和存在的差距

要求1.太阳能必须安全无隐患

作为建筑的附加物, 太阳能产品及安装必须绝对安全, 不允许存在任何安全隐患。近年来, 阳台壁挂式太阳能的安装数量急剧增多, 安装高度也越来越高, 一旦出现问题, 后果不堪设想。

产品本身绝对要安全。太阳能产品基本都有玻璃部件, 玻璃制品必须满足建筑安全要求, 尤其安装在墙体的太阳能产品, 其结构、材料和安装等任何一个环节都必须确保万无一失。

安装要安全。太阳能露天安装, 经年遭受风吹、日晒、雨淋、雪霜, 所处的环境恶劣, 经常遭受风载、冰冻考验, 这就要求产品自身强度高, 经久耐用, 安装要求牢固可靠, 能够抵抗各种外力冲击。太阳能产品被风刮落, 伤及车辆和行人, 祸从天降的案例屡见不鲜, 足以为戒;

施工、维护和使用也必须安全。太阳能的安装、施工和维修过程, 操作人员的安全也值得重视。建筑结构和施工方案设计尽可能做到安全、方便, 利于安装、维护。

要求2.太阳能必须是建筑美观的元素

漂亮的建筑像一个精美的工艺品, 其造型和颜色搭配经过建筑大师精心设计, 可以给人们带来良好的视觉享受。如果太阳能破坏了建筑的美, 建筑设计师、物业、城市规划部门、业主甚至邻居都看着别扭, 很难接受, 视觉的反差会使人油然产生缺憾和反感, 影响到人们的心情。 (此类情况若发生在欧洲某些国家, 会遭到邻居的投诉, 招来一场官司) 。

要求3.太阳能产品必须经济实用

节能减排是太阳能光热产品的主要功能。太阳能产品必须经济适用。高成本、高价格, 难推广、难普及;极低的质量、极低价格, 临时合格, 遗祸无穷;必须以合理的、适中的价格, 优异的质量, 显著的节能效果, 让政府和消费者满意。

安装成本最低化。太阳能热水系统安装也要优化, 使安装成本最低。

集热器做成建筑构件替代局部建材, 一举两得;

安装结合点实现预埋、预留, 节约支架和施工成本;

水箱悬挂或隐蔽安装, 不占或少占有效空间 (高价房屋室内寸土寸金, 水箱如果挤占空间, 就要付出昂贵的空间成本) 。

复杂、昂贵的钢结构, 抬高成本, 有违节能减排宗旨

要求4.太阳能系统必须稳定可靠

太阳能光热产品是耐用品, 在十年或数十年的寿命期内性能一定要稳定、可靠;

在“正常”和“非正常”条件下, 使用都有保障, 给消费者带来方便, 否则就是添堵。

为确保太阳能热水系统稳定可靠必须做到:

1) 太阳能热水器 (系统) 集热效率要稳定;

2) 系统必须抗冻、防冻、防垢;

3) 必须具有过热保护功能;

4) 最好能够承压运行;

5) 集热、储热和循环管道要非常耐腐蚀;

6) 电子器件性能优良, 少出或不出事故。

要求5.系统必须做到减免维护

靠大量维护来维持使用的产品是不成熟的产品。太阳能产品一旦维修、维护, 则劳民伤财, 对建筑有破坏, 还带来安全问题。所以太阳能热水系统尽可能做到减免维护。“能用”更要“好用”, 如何实现减免维护?

1) 确保系统各部件无易损、易爆件;

2) 室外部件要抗冰雹打击;

3) 要有防雷击保护;

4) 管路连接可靠, 无跑冒滴漏;

5) 保温、防冻措施得当;

6) 储热装置要有各种安全保护功能;

7) 电器元器件稳定、可靠。

要求6.太阳能产品必须经久耐用

太阳能热水系统使用寿命越长越好, 最好做到和建筑同寿命, 尽量在建筑寿命期内减少更换次数, 尽量提高其寿命, 使节能减排效果最大化。

希望集热器使用寿命最好20～30年;储热水箱使用寿命20年以上;管道 (预埋) 的使用寿命最好30年以上。

而实际上, 寿命8～12年 (劣质的3～6年) , 消费者常常为质量问题无辜买单。

要求7.太阳能部件应该成为建筑构件

太阳能热水器 (或系统) 各部件应该和建筑结构友好融合。根据具体安装位置和功能需求, 集热器、储热水箱的结构造型和颜色做相应的变化, 集热器做成建筑构件, 替代局部建材, 如幕墙、阳台、屋顶等, 使其兼备建材功能, 并符合消防、安全、美观、寿命等要求。

(三) 太阳能产业必须升级

产业新迹象:

*建筑一体化, 推广工程化、消费集团化。

*企业责任、质量过剩、服务超值、产业成熟。

*产业升级 (是产品洗牌、是技术洗牌。非品牌洗牌、非企业洗牌) 。

*市场营销模式产生变化, 营销方式发生变化。长期以来, 家用太阳能产品通常以专卖店零售为主渠道。家庭成员做主, 自发的、自愿, 随意性、盲目性, 个人行为。

而自从出台强制安装太阳能政策以来, 市场运营方式产生巨大变化:政府倡导或强制安装, 是命令者、倡导者;建筑设计单位承担设计任务, 是技术把关者;房地产商招标选择产品并集中安装, 是实施者;太阳能企业提供产品, 是货源 (非祸源) , 是质量保证者;代理商是连接桥梁, 是服务者;业主是太阳能使用者、受益者、也是评判者;媒体是监督者、推动者。太阳能的设计、购买、安装成为社会行为。工程为主渠道;

政府、设计院和房产商、太阳能企业、代理商结成一个责任链, 产品一旦选错用错, 就要承担责任, 影响范围远远超出家庭。所以产品的选择非常重要, 不可靠的产品生存空间越来越小。产业被迫升级

(四) 新型高效平板太阳能产品技术优势

新型高效平板太阳能的优势

优势1——集热效率高、得热量大

高效平板式太阳能集热效率高 (瞬态效率截距80%) 得热量最大。 (见表2)

优势2——非常安全可靠

五星新型高效平板式集热器安全可靠, 玻璃经钢化处理, 强度高不易破碎, 万一破碎也不伤人。 (可承受静载1500公斤16小时未变形, 1860公斤未破碎, 耐1040克钢球0.6米自由落体冲击, 耐100度温差温度冲击) 。满足幕墙玻璃技术标准。

优势3——实现分体式安装

高效平板式集热器可以与储热水箱分离, 从结构上满足了太阳能与建筑一体化的要求。

优势4——与建筑一体化

可以做为建筑构件, 与建筑融为一体, 有几十种与建筑结合方案。

优势5——寿命超长

高效平板式集热器使用寿命超长, 设计寿命超过25年, 使用寿命可达30年。 (美国BOMN能源技术集团所产平板式太阳能, 在我国驻美领事馆对面居民小区安装了13幢楼, 从1982年到现在, 还在正常使用。)

优势6——减免维护

平板太阳能热水系统封闭承压、防冻防垢、金属密封, 安全可靠。可以做到减免维护, 无后顾之忧。用户满意, 物业省心, 企业安心, 政府放心。各方皆大欢喜。

优势7——性价比高

比常见集热器寿命长三倍;比其他承压式集热器便宜;比欧盟平板集热器低几倍。

优势8——融雪化霜

高效平板式太阳能高寒地区冬季被雪覆盖时, 太阳能红外线可穿过雪层, 使集热器产热, 玻璃升温, 形成水膜, 使雪滑掉;或通过逆循环, 能够非常方便地实现融雪化雪功能, 因此可以保证下雪地区冬天使用。

优势9——抗冻防冻

高效平板式平板集热系统采用间接加热方式, 可用防冻液等工质, 因此具有抗冻防冻功能, 在高寒地区冬季也可使用。可以形容为平板“北伐”成功。

优势10——工艺先进

吸热板和管路通过激光焊接实现金属间熔融结合, 结合力强, 热阻小且在背面焊接, 不伤吸热膜层, 板芯美观, 传热效率高。

太阳能行业国内唯一的进口激光焊机

优势11——独特的自我保护功能

高效平板式太阳能热水系统具有过热保护功能, 确保系统安全正常运行。 (见系统示意图1) ;

优势12——承压运行

高效平板式集热器及系统的工质在金属流道 (铜管) 内流动, 从而可以承压运行, 耐腐蚀, 不泄漏。

优势13——安装灵活方便

由于采用分体系统, 各部件能够独立安装, 施工时可以预留或预埋;太阳能热水系统的安装与建筑同步进行, 屋面防水和保温问题容易妥善解决;储热水箱隐蔽在地下室、阁楼或楼梯间, 不占室内空间, 避免屋顶承重, 对建筑没有伤害。系统各部件的安全性、可靠性符合建筑的相关要求。

优势14——美观

高效平板式太阳能热水系统只有很轻的集热器部分装于屋顶, 重的储热水箱则放在阁楼、楼梯间、地下室或卫生间, 屋顶不承重, 所以建筑负载很小, (安装) 不会破坏防水, 还有利于屋顶保温, 也很美观。

优势15——无需除垢

高效平板式热水系统集热器部分无水垢产生, 可长期保持高效集热, 无须除垢, 减少维护。其他太阳能集热器易产生水垢, 对热效影响很大, 需经常除垢, 维护成本高, 工作量很大。

高效平板式集热器用途广, 可用于生产热水, 也可以生产热风和供暖。

优势17——使用舒适

高效平板式太阳能热水系统采用顶水出水式, 立式水箱可装于阳台或卫生间, 管内冷水少, 一开就有热水, 使用既方便、舒适又节约水源。

优势18——水温稳定

高效平板式太阳能热水系统由于采用顶水出水法, 热水和自来水网相串通, 无论自来水压力如何波动, 热水压力与冷水压力始终保持一致, 混合阀调好水温后水温度相对稳定。

优势19——三个标准

欧盟标准, E N 1 2 9 7 5、EN12976, (五星公司产品达到)

国际标准, ISO9806系列

国内标准, GB/T19141

对平板需要“再认识” (见表3)

市场对平板的误解由来已久:历史原因。上世纪七八十年的平板集热器受当时技术局限, 材料和工艺比较落后。比如, 1.吸热材料涂层吸收率低, 红外发射率高;2.膜层结合力差, 耐久性不好;3.吸热材料和流道结合热阻大, (铜铝复合技术已经非常落伍, 但在国内很多区域还在大量使用) , 却不能抗冻和承压;4.集热器盖板采用透光率低的普通玻璃, 效率低、易破碎等等。老式平板在使用中暴露出很多问题, 造成负面影响, 长期以来被作为真空管太阳能的陪衬品, 受到攻击和打压。

“平板不好用”在人们心目中印象已经形成, 纠正起来相当困难。平板产品良莠不齐:我国平板太阳能家族是“鱼龙混杂”。市场上既有代表上个世纪六、七十年代水平的产品, 也有体现本世纪最高水准的产品, 跨越了半个世纪, 技术差距悬殊, 良莠不齐。劣质的落后产品充斥市场, 质量事故反复出现, 对平板太阳能的声誉造成很大伤害;质次廉价的低档平板太阳能在市场上乱搅, 使得新型高效平板太阳能失去公正、合理的定价话语权, 不利于性价比好、新型高效平板太阳能推广, 不利于产业技术进步和产业升级;“示范”变“失范”, 市场自杀行为, 祸及平板产业。

短期行为危及社会:为了迎合市场低价位, 不惜牺牲产品质量和寿命, 结果害人害己;

产品设计和制造技术落后, 质量管理体系不健全, 没有检测试验设备仪器, 产品质量失控;

出厂产品属于“临时合格”, 出了问题能推就推, 得过且过, 不为客户着想, 缺乏社会责任感;

市场误导:太阳能行业存在恶性竞争, 往往隐瞒自己的缺点和对方的优点, 放大自己的优点和对方的缺点, 夸大其辞, 歪曲事实, 相互攻击, 不择手段, 损害了平板声誉。选产品, 打擂台, 对比出真理。

三、新型高效平板太阳能的应用

平板太阳能热水系统及其应用

以五星平板太阳能热水系统及其应用为例。

1.集中集热、集中储热、分户计量太阳能热水系统

2.集中集热、分户储热太阳能热水系统

3.分户安装、分户使用系统 (阳台/壁挂太阳能热水系统、分体别墅太阳能热水系统、家用太阳能热水器)

3.1分户安装、分户使用系统——阳台/壁挂太阳能热水系统

五星阳台壁挂式太阳能热水器及特点:1) 创新设计、热效率高 (专利产品) 2) 换热承压水箱, 自然循环, 双回路, 集热循环不用电。3) 小高层、高层住宅应用太阳能的最佳选择。

3.2分户安装、分户使用系统——分体别墅平板太阳能热水系统

别墅分体式太阳能热水系统及特点:1) 系统安全可靠, 寿命长, 免维护。2) 与建筑结合美观、灵活。3) 全智能控制, 操作简单, 省力省心。

3.3分户安装、分户使用系统——紧凑式太阳能热水系统

太阳能光热建筑一体化 篇4

据相关统计数据表示, 建筑能耗的资源占我国社会总资源量的1/3以上。随着当代社会城市化进程的不断加快, 建筑工程项目的规模和数量不断增加, 建筑节能技术与其应用效果也都得到了国内外社会的广泛关注。我国对于建筑节能也提出了相应的要求和规范, 并且在不断地推广和运用当中。作为节能技术研究中的重点之一, 太阳能光热技术的应用, 是当代建筑节能研究与应用的重点。应用太阳能光热技术可以有效地实现太阳能暖通、太阳能发电等重要的建筑节能需求。

1 太阳能暖通

第一, 太阳能技术应用于采暖。现阶段主要采用的太阳能采暖中, 被动式采暖应用的范围相对于主动式采暖更大。采用太阳能采暖方式可以有效地降低采暖过程中的环境污染问题, 并且采暖的成本较低, 噪音影响小。但是受天气的限制较大, 整体热能转换效率相对较低。在阴雨天气或者夜间, 整体采暖效果欠佳。解决方案是配合其他类型的采暖来满足室内采暖需求。在采暖中应用太阳能技术, 其技术的研究重点就是利用率的提高和回收期的减少。

第二, 太阳能技术应用于制冷。太阳能技术应用于制冷, 主要是依靠热媒加热来完成制冷。制冷效率是整个技术研究和发展的重点。当前太阳能制冷机的体积相对较小, 并且规模应用还存在很大局限性, 整体造价较高, 依然需要进一步的研究和实践。

第三, 太阳能技术应用于通风。太阳能技术应用于通风主要依靠太阳的辐射, 对于隔层空气进行加热并且通过太阳能烟囱和通风窗自然通风, 让窗内外的空气进行交互。太阳能烟囱主要依靠太阳能集热墙与屋面的温差来对于排风温度进行控制, 并且在烟囱抽吸效应的影响下, 提高室内自然通风水平, 实现室内的通风。通风窗则是采用双层透风窗, 在太阳直射下, 依靠大气对流来进行通风, 这种方式可以保证室内采光需求不受到影响。

第四, 太阳能技术应用于集中热水供应。太阳能热水器日常生活中比较常见。而集中热水供应则通过集热器对于水箱中的冷水进行加热, 再利用热水箱对热水进行储存, 再依靠相应的辅助设备实现对水温的监测与控制。该技术整体热水效率较低, 安装过程不规范, 使用上存在诸多限制, 而且大型太阳能热水供热量损失过高。解决方案是采用分散水箱的方式进行供应, 通过对于不同用户的水箱进行分散设计, 减少热量损失, 提高热能的转化效率。

第五, 太阳能技术应用于除湿。太阳能技术应用于除湿主要是依靠循环系统, 结合干燥剂对于空气中的潮气进行去除。这种开放性的循环系统, 通过对空气温度与湿度进行改变, 来完成对湿气的吸附。现阶段除湿主要采用了转轮除湿、吸附除湿、固体除湿以及溶液除湿几种不同的技术。相对于其他技术除湿来说, 太阳能除湿的操作更加便捷, 并且整体能耗较低, 除湿过程更加清洁, 对于周边环境不会造成影响, 并且整体除湿成本较低。但是, 再生器效率较低, 除湿效果受到周边环境影响较大。在太阳能除湿技术研究的过程中, 开发出更加高效的再生器和除湿器, 提高材料强度和蓄能水平, 是当前太阳能除湿技术发展中的重要内容。

2 太阳能发电

现阶段, 太阳能发电技术的主要发展方向为光伏发电与光热发电两种方式。

第一, 光伏发电。光伏发电则通过光伏电池, 在太阳光汇集之后, 进行能量的转化。光伏发电设备由太阳能电池板、逆变器、控制器等设备组成, 并且具有独立发电的功能。与此同时, 光伏发电也可以接入电网。在电池组的选择上, 可以根据实际应用需求来选择, 如果要独立进行单独地区的供电, 就需要提供电池组。如果光伏发电接入电网, 则不需要配备电池组。光伏发电其本身的发电成本较高, 技术研究难度大, 并且发电中关键材料的产量较低, 能耗控制水平也相对不足。

第二, 光热发电。光热发电顾名思义, 其主要采用太阳能中的热能, 通过收集和转换来实现对发电机的功能。早在上个世纪50年代, 前苏联就已经研发出相对成熟的太阳能发电站, 并且实现了光热发电。在上个世纪80年代, 整个光热发电的装机容量就已经达到了500k W。我国的光热发电研究相对较晚, 其市场化程度和水平还有待进一步的成熟。但是随着广大太阳能研究工作者的努力, 我国太阳能技术也处于快速成熟和发展的过程中。在2011年4月, 我国内蒙古50MW槽式太阳能项目完成了招标工作, 这标志着我国光热发电技术已经逐渐实现了市场化的发展。光热发电其本身的生产过程相对清洁, 并且避免了对周边生态环境的污染, 保证了良好的发电稳定性, 整体技术相对成熟。但是, 光热发电本身的发电成本相对较高, 投资回报见效慢, 其与光伏发电具有不同的优势和特点。

3 太阳能光热技术在建筑节能中应用的优势和效益

3.1 经济效益分析

北京地区100m2的现有建筑, 配备36m2集热器的太阳能供热采暖系统, 整体造价在3.5万至5万元之间。一个采暖期内, 若由太阳能集热系统供给的热量的时间为100天, 保证率为80%的话, 则系统每天节电近44元, 整个采暖季会节省4400元。8-10年收回投资。而太阳能供热采暖系统的使用寿命在15-20年, 其余7-10年的使用, 则等于节约了3到4万元的能源费用。

3.2 社会效益分析

北京地区100m2现有建筑, 采用太阳能供热采暖后, 平均每年可以节约标准煤约5.94吨, 减少二氧化碳排放10.8吨, 减少二氧化硫排放72公斤, 减少NO2排放72公斤, 减少空气中的粉尘108公斤, 项目年环境效益2700元。目前国标太阳能集热器, 若维护到位, 实际的寿命可达至20-30年, 按保守的20年计算, 环境效益高至54000元。

4 结束语

总而言之, 在当代社会能源集约化发展趋势下, 太阳能光热技术的应用已经被社会所广泛重视。现代社会发展过程中, 社会对于各类能源的需求量不断增加, 各种不可再生能源正处于紧缺的状态之中。太阳能光热技术的应用, 可以有效地提高建筑节能效果。应用太阳能, 可以更好地提高能源利用效率, 降低不可再生的能源消耗。太阳能本身具有能量大、无污染、安全性高、清洁等不同的特点, 在建筑节能中应用的范围也不断扩大。在当前太阳能光热技术应用的过程中, 提高太阳能利用效率、集热效率、蓄能能力以及大规模应用能力, 是当前太阳能光热技术在建筑节能中研究与应用的发展重点。

摘要：在可持续发展理念下, 实现能源的节约是节约化社会发展的重要需求之一。太阳能光热技术作为当代新能源技术研究中的重点, 应用于建筑节能有着显著的优势和意义。本文对于太阳能光热技术在建筑节能中的应用的相关问题进行了分析与探讨。

关键词：太阳能光热技术,建筑节能,应用思路

参考文献

[1]李淼, 李松.论太阳能技术在建筑节能中的应用[J].建筑设计管理, 2012 (11) .

[2]高再芳.探讨太阳能技术在高层建筑中的应用[J].科技与企业, 2012 (10) .

太阳能光热建筑一体化 篇5

我国太阳能产业究竟该如何发展?发展光电还是光热?一直是行业和学术界争论的课题, 《规划》给了明确回答:发展太阳能培育和发展战略性新兴产业, 积极研发开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场”。光电是从光能转电能的角度解决能源问题的, 光热是从光能转热能的角度解决能源问题, 两者目的是相同的, 都是为了节约能源、保护环境。太阳能与建筑的结合, 不仅需要光电, 也需要光热。更需要光电光热结合。把太阳能的光利用和太阳能的热利用通过建筑集成起来, 即光电光热建筑一体化, 是光电建筑“深刻变革”和“革命性突破”, 是多元化的太阳能光伏光热发电的新技术, 是光电建筑科技发展制高点, 是战略性新兴产业集群中的先导产业, 具有潜在发展空间和巨大建筑市场。

一、光电光热建筑一体化BIPVT是BIPV概念的延伸和拓展

1. 光电建筑一体化BIPV

光电 (伏) 建筑一体化BIPV (含BAPV) 也称光电建筑, 是由美国太阳能协会创始人施蒂文·斯特朗30多年前所倡导的太阳能发电应用的一种新概念, 其主体思想是将光伏电池铺设在建筑外墙的表面和建筑屋顶上, 通过所产生的电能来驱动室内的用电设备, 提供建筑室内的采暖、照明、制冷等, 实现太阳能利用与建筑的一体化, 简称为光电 (伏) 建筑一体化BIPV (以下称光电建筑) 。

2. 光电光热建筑一体化BIPVT

光电建筑 (BIPV) 在实际运行中, 光伏电池的光电转换效率随着工作温度的上升而下降。如果直接将光伏电池铺设在建筑表面, 将会使光伏电池在吸收太阳能的同时工作温度迅速上升, 导致发电效率明显下降。理论研究表明:标准条件下, 单晶硅太阳电池在0度时的最大理论转换效率可到30%。在光强一定的条件下, 硅电池自身温度升高时, 硅电池转换效率约为12%-17%。照射到电池表面上的太阳能83%以上未能转换为有用能量, 相当一部分能量转化为热能, 从而使太阳能电池温度升高, 光电电池温度每升高1℃, 光电转换效率下降0.5%, 见图1。

若能将使电池温度升高的热量加以回收利用, 使光电电池的温度维持在一个较低的水平, 既不降低光电电池转换效率, 又能得到额外的热收益, 于是太阳能光伏光热一体化系统 (PVT系统) 应运而生。这种既能发电又能提供热能的新型的太阳能利用系统即为光伏光热一体化 (PVT) 系统。将光伏光热一体化PVT系统应用到建筑上, 在建筑的外维护结构外表面设置光伏光热PVT组件或以光伏光热PVT构件在提供电力的同时又能提供热水或实现室内采暖等功能, 解决了光伏模块的冷却问题, 改善了建筑外维护结构得热, 甚至可以使建筑物的室内空调负荷的减少达到50%以上, 增加了BIPV的多功能性。为建筑节能和推广BIPV系统提供了一种新的思路。在BIPV基础上发展了光电光热建筑一体化BIPVT系统。BIPVT (含BAPVT) 也随之应运而生, BIPVT存在着两种能量收益即电能和热能, 能同时满足建筑的不同能耗需求, 这就决定了BIPVT系统不同于传统的单一的BIPV系统和单一太阳能热水系统。光电光热建筑一体化BIPVT是BIPV概念的延伸和拓展, 是新一代太阳能光电建筑。

3. 三代光电建筑

第一代光电建筑:光电幕墙、光电屋顶。

第二代光电建筑:光电光热幕墙、光电光热屋顶。即太阳能光伏热电联供技术集成。光伏光热双发电幕墙、光伏光热双发电屋顶。系统综合效率约为第一代的1.5-2倍。

第三代光电建筑:光电光热光冷幕墙、光电光热光冷屋顶。即太阳能光伏冷热电联供技术集成。系统综合效率约为第二代的1.5-2倍。

为了降低光伏发电成本, 现都在提高光电电池转化率上做了很多的工作, 也推出了ESE高效电池, 其单晶转换效率达到18%, 多晶效率为17%左右。单纯靠这样一个技术还不能把光伏发电的成本降到与普通的化石能源的价格接轨。太阳能光伏电池还有一个可利用的重要价值, 即热能。除去我们提高现有光伏转换效率之外, 综合利用能源系统的潜力非常大。如果照到太阳能电池的能量是百分之百, 10%会被反射走, 还有90%的能力。假定太阳能光伏的转换效率是20%, 则还有70%的太阳能变成了热量。如果能利用这其中30%的热能, 总的能量利用效率就达到50%, 光伏发电的成本也有望下降。作为与建筑外围护结构结合的光伏光热一体化系统的光电光热双层幕墙在保证电力输出的同时, 降低了由于生活用热水增加的建筑能耗, 另外对由于墙体得热造成的室内空调负荷的减少达到50%以上, 为建筑节能和推广光伏光热建筑提供了一种新的思路。对于光电建筑企业可以充分发挥优势, 把热电联供和冷热电三联供技术和光伏发电相结合, 进行集成创新, 开发第二代光电光热幕墙、光电光热屋顶, 即太阳能光伏热电联供技术。研发第三代光电光热光冷幕墙、光电光热光冷屋顶, 即太阳能光伏冷热电联供技术。

二、BIPVT系统类型

1. 光伏光热集热器PVT

BIPV关键组件是光电板 (简称PV) , BIPVT的关键组件是光电光热集热器 (简称PVT) , 采用特殊制作工艺, 将太阳电池组件粘贴在吸热板表面, 构成光伏光热集热器PVT。光伏电池组件各层按照图2的顺序叠放, 以专用设备真空层压机内抽真空紧密压制, 保证密封良好, 各层接触紧密。以粘贴好光伏电池组件的光电光热复合吸收板为核心, 组成一个光电光热集热器PVT。

2. BIPVT类型

(1) 根据PVT的冷却流体不同BIPVT有通风、通水、及冷却剂三种类型。一般由光伏电池 (阵列) 、阵列背面与外墙面的流体冷却通道、固定支架、流体人口、流体出口及墙体组成。其中, 光伏电池阵列与其背面的流体通道组成一个光伏光热一体化 (PVT) 集热器, PVT中, 光伏模板被用来吸收太阳辐射, 并将其中的一小部分转化为电能, 剩余的能量就被转化为热, 这些热被紧贴在光伏组件背面的通道中的流体带走。

(2) 平板型和聚光型。PVT集热器的主要部件为太阳电池和集热板, 为了降低集热器的热损失, 通常在电池上方安装一层或二层玻璃盖板, 在背部和边缘包上一定厚度的保温层, 所有部件最后用金属框架封装为一体。目前, PVT集热器有平板型和聚光型。平板型PV/T集热器由于结构简单、可在普通集热器的基础上加工改造, 而且易于与建筑物结合, 因此其研究较聚光型PVT集热器广泛。

(3) 有盖板PVT集热器和无盖板PVT集热器。

图3为典型的PVT液体集热器结构示意图。其结构由扁盒式集热器与太阳电池结合而成, 图3a为无盖板PV/T液体集热器, 图3b为有盖板PVT液体集热器。

图4为典型的PVT空气集热器结构示意图。PVT空气集热器的冷却流道一般为矩形截面流道结构, 由于空气密度低, 热容比水小, 为了降低电池温度, 需要较大的空气质量流率, 所以PVT空气集热器冷却流道的截面积要比液体集热器的大。PVT液体集热器的传热性能通常比空气集热器好, 因此, PVT液体集热器的效率高于PVT空气集热器。盖板对集热器的影响表现为:无盖板的PVT集热器具有较高的电池效率, 但流体出口温度不高;而有盖板的PVT液体集热器具有较高的热效率和流体出口温度, 但盖板会降低入射光的透过率, 使电池效率下降。太阳电池可选用单晶硅、多晶硅、非晶硅或其它薄膜材料, 一般选用效率较高的单晶硅和多晶硅材料电池。

三、通风型BIPVT系统

1. 系统构造

有通风流道的光伏墙体一体化结构包括建筑墙体、光伏模块、模块与墙体间的通风流道以及流道两端的空气进口和出口, 如图5所示。

在大多数空气型PVT系统中, 比光伏组件温度低的空气 (通常为环境空气) 在位于光伏组件背面与绝热墙壁之间的空气通道内流动。而在其他系统中, 空气通道位于光伏组件的两个表面, 并联或串联连接。通常情况下, 热吸收系统是通过位于光伏组件背面的直接热接触进行自然或强制对流换热, 热效率取决于空气通道的深度、空气流道形式和流通速度。因为空气的密度较低, 导致空气型PVT系统的热吸收率不及水型PVT系统高, 因此, 为了使空气型PVT系统具有较高的效率和更好的实用价值, 需要对系统进行进一步的改进 (如图6) 。

其中最简单实用的方法就是将空气通道的表面设计为粗糙面 (a) , 这样可以使热吸收量提高大约30%。更为有效的办法是在空气通道内添加一些肋片 (b) , 这样可以在空气通道内产生漩涡, 从而使传热性能提高大概4倍。另外, 在空气通道内加装一块褶皱板 (c) , 这样不仅产生了扰动, 还增加了通道内的换热面积, 这种方法非常有效的提高了空气通道内的传热, 是一种很有前途的改进方案。

2. 外循环通风式光电双层幕墙

(1) 光电板设置在外循环双层幕墙外层, 通过电动控制系统开启进出风口的百叶, 利用双层幕墙热通道内烟囱效应产生的压力差使通道内的空气快速流通, 带走光伏组件发电同时所产生的热量, 形成一道阻止热量传入室内的屏蔽墙, 如7、8示意图。

(2) 外层不打胶的外循环光电双层幕墙。外层为开放式光电幕墙, 光伏组件间空隙不打胶, 保持空气流通, 有利于控制电池片温度, 提高组件发电效率。内层为铝板幕墙, 其可以很好地将雨水及热量阻挡在墙体之外。外层开放式光伏幕墙与内层铝板幕墙结合, 既避免了高温对光伏组件效率的降低, 又有效地阻止了热量及雨水进入室内。

(3) 双层光电屋面通风系统。光电板安装在屋顶, 在外层光电板下部留下一定量的空气层以供设备降温, 同时冬天可以收集热空气采暖。

四、通水型BIPVT系统

1. 系统构造

通水模式是在光伏模块背面设嚣吸热表面和流体通道, 构成光伏光热模块PVT。通过流道中水带走热量, 这样既有效的降低了光伏电池的温度, 提高了光电效率, 又有效的利用了余热, 获得了热水, 这种在外表面设置了光伏光热模块、以水为流体的墙体就是光伏热水一体墙。光伏热水一体墙系统由光伏光热模块、直流循环水泵、水箱、连接管道及支撑框架组成。铺设到普通混凝土墙体外表面的光伏光热模块的结构如图11所示。光伏模块由多晶硅电池做成, 流道横截面为长方形, 以导热性能好的铝为制作材料, 每个光伏光热模块的四周也填充有绝热材料, 绝热性能好, 散热面积不大。系统白天运行, 靠直流循环水泵强迫水循环, 加强换热效果, 以有效抑制电池温度的升高, 提高光电效率, 同时得到热水。

2. 扁盒式PVT集热器

在太阳电池背面敷设流体通道, 电池为多晶硅电池, 该电池组件在太阳辐射标准状况下的转换效率约为14%, 热水器的集热板为扁盒式铝合金集热板, 该集热板是用多条厚1cm、有效宽度8.5cm、材质厚度1mm的扁盒式铝合金型条并列拼装而成, 上下联管材质相同, 集热板结构可见图12。

太阳电池组件贴附完成后将各型条并列连结, 拼装成一块完整的复合集电热板。结构示意图见图13。层压成型后扁盒式铝合金集热板表面以上的太阳能电池组件厚度2mm~3mm, 整个集热板表面平整。集电热板上盖4mm钢化玻璃, 最后玻璃盖板、集电热板和绝缘背板一起用铝合金边框密封。

扁盒式PVT集热器可用于自然循环PVT热水系统和强制循环PVT热水系统。

目前, 扁盒式PVT热水系统主要是为家庭和公用建筑设计的。自然循环系统不存在控制问题。对强制循环系统, 由于在系统中增加了差动控制器, 因此系统可通过水泵进行调节。通过对扁盒式PVT热水系统的实验显示, 在合肥地区室外测试得到的系统热效率可达30%一50%, 约30℃的进水经一天照射可达到60℃以上, 连续两天可达到70℃。PVT热水系统的总能量输出与总附加能量需求受系统的水流率影响, 有一个最佳的水流率使PV/T热水系统输出的能量最大, 而对附加能量的需求最小, 模拟得到的最佳水流率为每平方米集热器面积4.9L/h。

综合以上分析可以看出, PVT系统具有较高的热效率, 系统整体能效率多大于50%, 比单一热水系统或光伏系统效率有显著提高。同时30℃左右的进水经一天日照后温度可达60℃以上, 可以满足家庭洗浴需要。在建筑物屋顶上安装太阳能光伏面板和太阳能热水面板都是利用太阳能的好方法, 但有时屋顶上的空间有限, 通常只能安装一种面板。扁盆式PVT光电光热水系统很好的解决这一问题, 增加太阳能利用率。扁盒式铝合金式集热板集热面积可通过改变拼装的扁盒式铝合金型条数目而随意改变;表面平整, 易于将光伏电池真空层压在表面上;尤其重要的是型条之间榫接良好, 集热板外表面平整美观, 便于与建筑结合, 作为外墙围护结构或铺设在屋顶, 在得到热水和电力之外可以降低建筑热负荷, 有广阔应用前景。

3. PVT集热器生活热水系统

采用空气作为冷却流体的PVT空气集热器可达到的温度通常较低, 因此不适合用于直接产生生活热水, 一般用在空气或水的预热系统, 见图14。

4. PVT集热器与热泵混合系统

热泵系统与太阳能结合从节约能源的角度来说是有效的, 但热泵系统没有得到广泛应用的主要原因是投资费用相对较高。随着能源价格增长及对未来能源供应的忧虑, 美国开展了住宅用的PVT集热器与热泵混合系统的研究。发现PVT集热器与地源热泵结合用于房间采暖和产生生活热水是一种比较有前景的系统, 该系统如图15所示。

PVT集热器产生的热量首先预热热水储罐, 过剩热量储存在一组地下换热器中以供热泵在冬天使用。固定热泵的冷凝温度为55℃, 热水储罐中的水可被热泵加热到55℃ (更高温度的热水需要使用后加热器) , 然后采用热水与地板加热回水混合的方式将加热地板的温度控制在30℃。以荷兰一户典型的新建住宅为例, 模拟显示使用25m2不加盖板的PVT集热器能够提供给用户100%的热量需求, 在保证地源温度恒定的情况下, 产生的电力也能自给。

5. 两种系统应用比较

通风型有下列优点:

(1) 在冬季没有结冰问题;

(2) 空气对吸热板无腐蚀;

(3) 无承压要求, 如有泄漏不影响系统使用;

(4) 成本较低, 但是空气物理性质不如水, 它的导热系数仅为水的1/20-1/25, 密度仅为水的1/300, 所以通风型PVT设计关键问题是要改善传热效果, 尽量减少流动损失。水冷却型BIPVT系统在设计和应用上都比空气冷却型PVT系统受到更多的限制。这主要是源于对传热元件的需求, 水冷却型系统需要确保有流体通过的管道与光伏组件背面有良好的热接触, 因为选用水做冷却工质, 系统还必须要设计防冻防泄漏装置, 这就需要对传统光伏组件进行必要的改造, 因此也会增加成本。而在空气冷却型系统中就无需关注这一点, 空气与光伏组件的正面或背面直接接触换热。但是从另一角度讲, 空气型BIPVT系统的热吸收效率不及水冷却型BIPVT系统高, 因此, 就需要对空气冷却型BIPVT系统的空气通道进行必要的改进以增强换热效果。

五、BIPVT系统评价

1. BIPVT系统能源效率评价

系统性能的优劣一方面由系统本身决定, 另一方面也与系统评价标准有关, 需要根据系统的特点来确定适合的评价标准。PVT系统的输出既有电又有热, 因此评价时要比单一输出的系统复杂。目前普遍使用的评价标准是BIPVT系统综合效率, 它等于BIPVT系统的电效率与热效率加和, 表达式为:

式中, ηT——PVT系统的综合效率;ηe——PVT集热器电效率;ηth——PVT集热器热效率。

BIPVT集热器热效率是指单位集热器面积输出的热量与入射太阳能的能量之比, 定义为:

BIPVT集热器电效率是指单位集热器面积输出的电能与入射太阳能的能量之比, 定义为:

式中, Ac——集热器的面积, m2;G——入射的太阳能能量, W/m2;Qu——输出的热量, W;Qe——输出的电能, W;Tf, o和Tf, i——分别为流体的出口和进口温度, K;m——流体的质量流率, kg/s;Cp——流体热容, J kg·K;Im和Vm——分别为电池组件在最大功率点的电流 (A) 和电压 (V) 。

系统综合效率是基于热力学第一定律的, 反映了系统的能量利用效率, 用起来比较简单方便。对于BIPVT系统, 光电转换效率低于光热转换效率, 由式 (1) 可知, BIPVT系统的综合效率大大高于不回收热量的光伏BIPV系统的电效率, 但低于普通集热器系统的热效率。这一评价方法忽略了电和热的品位差别。采用能够区分热和电品位的不同, 将热和电转换成具有相同品质的能源指标, 根据用户端需求建立一种评价方法来科学评价BIPVT系统是非常重要的。

2. BIPVT改善了墙体传热、降低了室内空调负荷

光伏光热建筑一体化不仅提高了太阳能利用率, 得到了电力输出, 而且大大提高了建筑本身的节能效果。数值模拟显示, 在香港地区, 光伏建筑一体化的通风冷却模式在保证电力输出的同时, 对由于墙体得热造成的空调负荷的减少可达到20%以上, 与传统热水器相近的热效率提供热水, 降低了由于生活用热水造成的建筑能耗, 另外对由于墙体得热造成的室内空调负荷的减少达到了50%以上。从图16香港地区某一案例可以看出:

带通风流道的光伏光热复合墙体得热的改善明显。在夏秋季通过复合墙体的总得热为78.21k Wh/m2, 相对于常规墙体 (混凝土墙) 的总得热189.31k Wh/m2, 减少了58.7%。由于光伏—热水系统紧附于混凝土墙上, 因此相对于常规的太阳能热水器50mm的绝热层, 本案例中只需采用20mm左右的绝热层就可达到理想效果, 从而降低了投资成本。

3. BIPVT投资回收年限

BIPVT系统、BIPV系统和太阳集热器系统的投资回收年限比较如图17所示。对BIPV系统, 采用多晶硅 (pcSi) 材料电池的系统比采用非晶硅 (a-Si) 材料的系统投资回收年限短。对BIPVT系统, 结论相反, 原因是由于非晶硅BIPVT系统输出的热量大于多晶硅BIPVT系统。太阳集热器系统的投资回收年限低于BIPV系统, 而BIPVT系统的投资回收年限介于二者之间, 采用两种材料的BIPVT系统的投资回收年限都低于10年。根据这一结果得到的结论是, 回收BIPV系统的热量可以缩短BIPV系统的投资回收年限, 这一点说明BIPVT系统能够比BIPV系统更快地收回投资, 因此对于投资者来说更具有吸引力。

一般太阳能系统的使用寿命可达20年, 也可能时间更长, 因此投资回收期小于20年的系统被认为在经济上是可行的。

六、光电光热光冷建筑一体化

1.

建筑物用能是一个耗能大户, 其中用于照明、供热和空调就占了一半以上, 太阳能在建筑上的应用不仅可以节省能源, 更重要的是有利于保护环境。利用太阳能供电、供热、供冷、照明, 最终实现所谓绿色能源源的房子, 热-电-冷联供系统的光电光热光冷建筑是世界上许多发达国家的热门研究课题, 也将是21世纪一个应用面很广、需求量很大的多学科交叉的综合性课题, 是应用的一个引人注目的发展趋势。

2.

太阳能热电冷联供建筑—光电光热光冷建筑

将各种太阳能利用技术结合建筑一体化设计, 建立具有分布式能源供应能力的绿色节能建筑的思路, 也已经成为国内外研究的热点。

1995年, 美国Argonne国家实验室的Choi等人首次提出了一个崭新的概念——纳米流体:纳米流体介质是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中, 制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质, 这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。纳米技术的热电联用集成:上层纳米流体工质透过太阳光可见光波段, 吸收其红外波段能量进行热利用;下层纳米流体强化太阳能电池板背面的传热, 防止温度过高使电池效率下降。

光电光热光冷建筑组成方案包括纳米流体太阳能窗式集热器、太阳能热电联供、蜂窝热管太阳能集热器、太阳能空调在内的一系列新技术, 结合智能控制系统以实现全楼的智能化和节能环保, 图19为组成方案示意图。该设计方案使得建筑在生活用水、夏季空调、冬季供暖、采光照明、通风换气等方面都大大降低了能耗, 并且实现了太阳能发电, 可以作为分布式的太阳能冷、热、电三联产能源供应基点。

七、聚光分频太阳能光伏光热电联用系统

1. 太阳能光热光电的综合利用技术

太阳能光热光电的综合利用技术是将聚光、分光、热电联用等技术集成, 通过对太阳能全波段能量进行一体化利用, 可极大地提高太阳能的利用效率、降低成本, 具有重要的研究价值和市场应用价值。太阳能热电联用系统 (PV/T) 与建筑的结合, 以及与聚光系统的结合更是成为应用研究的热点。在太阳能聚光系统中引入太阳辐射分频技术, 可以提高能量利用率和系统效率。

2. 聚光、分光、热电联用技术

目前, 虽然我国太阳能光伏电池生产迅速发展, 但在国内的规模化应用还很不理想。其主要制约因素就是光伏电池价格昂贵且光电转化效率低, 使得光伏发电的成本过高。同时, 不论是聚光光伏技术还是聚光热发电技术, 都是将全波段太阳能不加区分的利用, 而实际的发电组件对太阳能不同波段的响应和发电效率是存在很大区别的。比如, 常规的太阳光伏发电主要利用了太阳可见光波段附近的能量, 其余的能量无法高效率使用;同时, 几乎无法利用的红外波段引起的热效应更会明显降低电池的光电转化效率。以硅电池为例, 目前其在应用中光电转换效率约为15%, 大部分的太阳能转换成的热能散失而无法利用。

太阳能热电联用系统是将电池无法利用的太阳能以及电池发电中产生的热能集中利用, 在供应热水的同时, 可降低电池温度, 提高光伏效率。图20、图21分别为地表太阳辐射光谱与晶体硅电池光伏响应匹配的情况以及分光谱利用太阳能的概念示意图。

随着空间太阳能技术在地面上的应用, 像多节太阳能电池以及聚光太阳能电池的使用, 使用横向光学聚焦系统将阳光分成高、中、低三种能量的光, 将它们引入覆盖太阳光谱的不同光敏感材料, 进行光电转化, 以实现效率的最优化。

3. 聚光分频太阳能光伏-光热电联用系统

针对目前太阳能利用存在光伏发电成本高、光热利用能量品位低的问题, 以太阳能的聚光利用和分频利用理念为基础, 设计了一种聚光分频太阳能光伏-光热电联用系统。系统通过菲涅尔透镜实现聚光, 聚光后太阳辐射经过分频薄膜, 分频薄膜将适合光伏模块和光热电模块工作的太阳辐射能量分别反射和透射, 在反射光与透射光的焦点前分别布置光伏模块与光热电模块, 通过两者联用充分挖掘系统效率。

原理如图22所示:太阳能反射镜1跟踪太阳11, 将幅射光线7汇聚于热电复合接收板5, 复合接收板5的聚光光伏电池12产生电能, 通过电极6对外供电, 聚光光伏电池12产生的热量通过导热粘合剂13传递给金属管板15后, 再经金属管板传递给水流体17, 通过循环水泵将水流体的热量传递于贮水箱2内供用户使用, 该装置使用同一聚光集热器对外供热及供电, 有效提高太阳能利用效率, 实现热电联供。

聚光分频太阳能光伏-光热电联用复合循环系统能有效利用聚光太阳辐射能量, 提高光伏系统发电功率, 并将聚光光伏电池所产生的热量有效回收, 实现同一槽式聚光集热器对外供电、供热。实验结果表明, 在太阳聚光10倍条件下, 单晶电池功率放大5倍, 而回收电池热量可产生55.82%的接收器热效率, 为太阳能热发电、供热, 太阳能综合利用提供了新渠道。

八、结束语

BIPVT系统的优势在于:BIPVT与独立的BIPV系统和太阳集热器系统相比, 单位面积的PV的可变成本低于单位面积的BIPV系统和太阳能集热器系统之和;BIPVT系统替代BIPV系统可以缩短投资回收期, 使投资者在寿命期内得到回报。BIPVT在地域推广上涵盖了南、北方地区, 在经济层面上也囊括了各个阶层, 还可以根据不同消费者的经济状况进行设计组装, 可应用于各个消费阶层的居民生活:别墅豪宅可以建成主动式太阳能建筑, 实现采暖降温全自动化;小康民宅可以建成主、被动式结合的太阳能建筑, 实现采暖降温半自动化;普通住宅则只需要通过专业设计和价格较低的建材构件组装就可实现被动式太阳能建筑, 同样可以达到采暖降温效果。而这些不同档次的小区都可以建立太阳能光伏光热网, 用上太阳能转化出来的电能和热能。BIPVT综合节能效率可超过现有“建筑节能65%”的要求。

太阳能光热光电的综合利用发展是将聚光、分光、热电联用等技术集成, 进行系统研究, 通过对太阳能全波段能量进行一体化利用, 可以大大提高太阳能的综合利用效率及经济性, 并能很好地降低光伏发电成本, 节约太阳能电池使用面积, 减少我国电池板生产的总体能耗和污染, 对太阳能的规模化应用与推广及节约资源具有重大意义, 有着重要研究价值和市场应用价值的关键技术。

摘要：光电光热建筑BIPVT是BIPV概念的延伸和拓展, 是新一代太阳能光电建筑。本文简要介绍了光电光热建筑一体化 (BIPVT) 的概念、分类及结构, 探讨了BIPVT效率及回收年限, 论述了BIPVT的优越性和必要性。

关键词：光电光热一体化,BIPV,BIPVT,通水式,通气式

参考文献

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