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1、太陽能與建筑結合技術進展和工程案例一、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： 一是太陽能發電，它包括太陽能光伏發電和太陽能熱發電。太陽能光伏發電技術成熟，不論是離網光伏發電系統還是與并網光伏發電系統都有較大規模的應用和實踐。上個世紀90年代以來，并網光伏發電系統特別是屋頂并網光伏發電系統的開發和成功運行，使其成為分散式發電系統的一個良好選擇，歐盟、美國、日本等國家相繼制定了一系列的計劃和規劃，并頒布了相應的激勵政策促進光伏發電技術的推廣和應用。屋頂并網發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電2、成本高。 太陽能熱發電技術目前尚處于商業化前夕，世界現有的太陽能熱發電系統大致有三類：槽式線聚焦系統、塔式系統和碟式系統。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“太陽能熱發電計劃”，以推動其商業化進程。預計2020年前后，太陽能熱發電將在發達國家實現商業化，并逐步向發展中國家擴展。 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主要是作為輔助熱源與常規能源系統聯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市場已完全商業化運行，而其他國家的太陽熱水系統的發3、展仍依靠政府的補助和優惠政策，尚未實現商業化運行。 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。由于已經實現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和試點工作。二、我國太陽能技術的應用 目前，我國比較成熟太陽能產品有兩項，太陽能光伏發電系統和太陽熱水系統。1、太陽能光伏發電系統 1990年代以來，我國國內光伏發電市場需求旺盛，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。光伏發電的應用領域為通信和工業應用（36%）、農村和邊遠地區應用（51%）、太4、陽能商品（9%）以及光伏并網發電系統 （4）。并網光伏發電是光伏發電進入電力規模應用的必然結果，也是未來最大的光伏發電市場。我國的并網發電系統剛剛起步，用于通信、工業、農村以及邊遠地區的離網光伏發電系統仍是我國光伏發電應用的主流，預計并網系統在今后將會有很大的發展。根據專家的測算，到2010年我國并網光伏發電安裝量占光伏發電市場的20，2020年和2050年將分別上升至60%和80。光伏屋頂系統是利用現有建筑的屋頂的有效面積，安裝并網光伏發電系統，其規模一般在幾個千瓦到幾個兆瓦不等。屋頂并網發電是目前世界上最有可能實現商業化發展的光伏發電技術。2、太陽熱水系統 我國太陽熱水系統的發展始于上世紀5、80年代，當時的市場定位是農村或中小城鎮的低收入家庭。經過20多年的努力，太陽熱水系統已形成系列化、規模化生產，成為世界上最大的太陽熱水器生產和應用國。到2003年底，全國具有一定規模的太陽熱水器生產廠有1000多家，年產量達1200萬平方米，總產值達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。太陽熱水器產品占熱水器產品市場的12，已形成與電熱水器和燃氣熱水器三足鼎立的局面。特別是在農村地區和中小城鎮，太陽熱水器已經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6、向發展。與建筑的一體化結合已成為太陽熱水器行業的發展目標和努力方向。三、太陽能與建筑的結合 并網屋頂光伏發電系統和與建筑結合的太陽熱水系統的共同點是其太陽能采集部件，光伏系統的太陽電池板和太陽熱水系統的太陽能集熱器，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，太陽熱水系統與建筑結合的難度要大一些，主要原因是進出水管與屋頂的結合較難處理。 太陽能系統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7、墻上，應實現兩者的協調與統一；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）在系統運行上，要求系統可靠、穩定、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的并網問題，盡可能實現系統的智能化全自動控制。 太陽能與建筑結合的優點和優勢包括： 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8、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，節省了土地資源；3）太陽能與建筑結合，就地安裝、就地發電上網和供應熱水，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）太陽能產品沒有噪音，沒有排放，不消耗任何燃料，公眾易于接受。由于要實現太陽能與建筑的完美結合必須做到同步設計、同步建筑和同步施工，房地產開發商也就成了推廣太陽能建筑的重要一個環節。目前，由于光伏發電系統的高成本，太陽熱水系統與建筑的結合的剛剛起步，宣傳和推廣的力度不夠，房地產開發商對太陽能建筑的了解和認識有限，尚需大力宣傳太陽能建筑對房地產開發的優點：1）能有9、效地降低建筑能耗，實現建筑節能的目標； 2）具有綠色環保概念：可減少污染物排放，增加樓盤的綜合品質，為樓盤銷售增加獨特賣點；3）增加新技術概念：采用新技術提供24小時熱水供應以及成為小型的獨立電站； 4）節約配套設施（鍋爐房）的用地,同時能降低配套設施（鍋爐房）對周邊房產的價格影響；5）降低物業運營成本，增加物業收益。四、太陽能建筑的建筑形式太陽能與建筑結合有如下幾種形式：1、采用普通太陽電池組件或集熱器，安裝在傾斜屋頂原來的建筑材料之上2、采用特殊的太陽電池組件或集熱器，作為建筑材料安裝在斜屋頂上3、采用普通太陽電池組件或集熱器，安裝在平屋頂原來的建筑材料之上4、采用特殊的太陽電池組件或集熱10、器，作為建筑材料安裝在平屋頂上5、采用普通或特殊的太陽電池組件或集熱器，作為幕墻安裝在南立面上6、采用特殊的太陽電池組件或集熱器，作為建筑幕墻鑲嵌在南立面上7、采用特殊的太陽電池組件或集熱器，作為天窗材料安裝在屋頂上8、采用普通或特殊的太陽電池組件或集熱器，作為遮陽板安裝在建筑上五、與建筑結合對太陽能產品的要求 為了更好地與建筑相結合，除了太陽能產品本身的采集熱量供熱和發電功能以外，還要考慮其它的功能，包括隔離室內外、防雨、抗風、隔熱、隔噪音、遮陽、美觀等功能，甚至還包括使其成為建筑材料替代原有的建筑材料，以及將其制造得更便于安裝和維護。 為此，太陽能產品的研發和生產制造在以下幾個方面開展了工11、作，并取得了可喜的進展： 1） 研發生產出水箱和集熱器分離的太陽熱水系統，可將水箱放置在閣樓、衛生間、車庫、地下室等地方，從而避免將水箱放在屋頂上影響建筑景觀和城市景觀。 2） 將太陽能產品制作成建筑材料，并根據建筑的要求對其零配件進行重新設計。如：將太陽光伏電池制作成無邊框電池、太陽電池瓦，將接線盒設計安裝在組件側面而不是通常的背面；將太陽能集熱器制作成屋瓦，替代常規的屋頂材料。 3） 制作專用的托架或導軌，方便太陽能產品的安裝。 4） 研發出不同顏色的光伏電池組件和集熱器，使其能更好地與建筑的色調相協調。對于單晶硅電池，可以用腐蝕絨面的辦法將其表面變成黑色，安裝在屋頂或南立面顯得莊重，而且12、基本不反光，沒有光污染得問題；對于多晶硅電池，可以在蒸鍍減反射膜的時候加入一些微量元素，來改變太陽電池表面的顏色，變成黃色、粉紅色、淡綠色等多種顏色；對于非晶硅電池，其本色已經同茶色玻璃的顏色一樣，很是適合做玻璃幕墻和天窗玻璃；太陽集熱器的吸收涂層也被設計為各種顏色以配合建筑的色調。 5） 通過各種方式增加太陽能產品的透光性，滿足其作為天窗、遮陽板和幕墻的要求。將晶體硅電池用雙層玻璃封裝做成透光電池組件、并通過調整電池片之間的空隙來調整透光量；或在晶體硅電池上打上許多細小的孔，做成透光型電池；將非晶硅制作成茶色玻璃一樣的效果，透光效果好、投影也十分均勻柔和；在平板集熱器上打上均勻的孔，做成透光13、的效果。 6） 調整太陽能產品的尺寸和形狀，滿足一些特殊應用場合的要求。目前，平板太陽集熱器的外形尺寸能夠根據建筑的要求進行設計，其長度可達9米；太陽集熱器的外形尺寸也開始參照建筑模數來確定；另外，柔性的薄膜電池也能夠很好地滿足建筑的要求。六、太陽能建筑工程實例1、德國漢堡區域供暖項目 該項目位于德國漢堡的Bramfeld地區，是一套區域供應熱水和季節性供暖系統，覆蓋由124套別墅組成的幾個街區。該套太陽能熱水系統被設計為供應小區年平均負荷的50，包括集成到屋頂的3000m2的集熱器和一個部分埋在地下的4500m3季節性貯熱池。3000集熱器集中安裝在18個屋頂上與區域供暖系統相連接。 這是一14、套典型的歐洲太陽熱水系統，太陽熱水系統作為燃氣鍋爐的輔助能源系統一起共同保證熱水和供暖的供應。 2、澳大利亞William Buck中心 William Buck中心是位于澳大利亞布里斯班市中心的一棟高層建筑，是澳大利亞第一棟光伏發電系統與建筑一體化結合的建筑，目前已運行二年。該建筑的設計理念是盡可能利用綠色能源，減少能源消耗以及相應的溫室氣體排放。該建筑在屋頂、9層和4層都安裝了太陽能光伏發電系統，總裝機容量為56kWp。光伏發電系統替代了建筑屋頂和遮陽板，減少了建筑投資。由于該建筑的大多數用戶是IT公司，光伏系統替代了IT公司必備的UPS系統，減少了UPS系統的投資。由于光伏發電系統的應用15、以及包括空調系統、照明、建筑朝向、節水等建筑節能措施的實施，該建筑與同類建筑相比，可節約能源38，每年可減排2640噸二氧化碳，運行成本可降低20萬澳元，被SEDA評為溫室氣體4星建筑。3、北悉尼奧運游泳館 北悉尼奧運游泳館是悉尼奧運會的游泳比賽場地，包括一個露天的50米海水標準泳池和一個室內的25米淡水訓練泳池。游泳池的供熱系統采用四套系統相配合，太陽能供熱系統、水源熱泵系統、天然氣鍋爐和空調系統。其中太陽能熱水系統和水源熱泵系統的投資為50萬澳元，國家補助25萬澳元。太陽能熱水系統的集熱板面積為500m2，集熱板放在室內游泳館的屋頂，伸出部分用作看臺遮陽頂。集熱板與屋頂的結合非常實用巧妙，16、如沒有游泳館工作人員的講解，看不出太陽能集熱板置于何處。節能項目貸款碳貸通 節能項目保險-碳險通節能公司融資評級 節能項目交易 夏天，僅用太陽能熱水系統即可滿足游泳池的需要，冬天，太陽能熱水系統可提供約30的熱量，太陽能和熱泵系統基本可滿足游泳池的供熱需求；天然氣鍋爐只為特殊天氣設計的，如冬天特別冷的時候；而第四套供熱系統空調系統是為極端天氣設計的，是為了保證系統的絕對安全，啟動的機會很少。 4、云南麗江滇西明珠項目 滇西明珠是一家五星級酒店，它包括300多棟別墅和院落。太陽熱水系統和電鍋爐系統共同為酒店客房提供熱水供應和供暖、并為西餐廳提供熱水供應。該項目安裝了3400平方米的太陽能集熱器為8.7萬平方米的客房和餐廳提供熱水供應。太陽集熱器與建筑的結合形式有兩種，一是平板集熱器鑲嵌在坡屋頂上，一種是平板集熱器替代了常規屋頂，獨立構筑了坡屋頂結構。不論哪種結合方式，太陽集熱器、進出水管通道以及其他部件都與建筑在功能上和性能上等配合完好，太陽熱水系統的安裝能與納西風格的建筑本體相協調，共同構建了完美的建筑環境和風格。