太陽能光電和光熱技術發(fā)展現(xiàn)狀和前景
引言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們在追求更加舒適的居住環(huán)境的同時，也在消耗著越來越多的能源。據(jù)報道，在發(fā)達國家，建筑能耗約占總能耗的40％，在我國，這一比例為25％左右，居各種能耗首位，其中50％以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空調(diào)上。隨著世界范圍內(nèi)能源供應緊張狀況日益加劇，能源將成為制約各國經(jīng)濟的主要因素。為此，我國提出了社會經(jīng)濟和能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，建設節(jié)約型社會，在實現(xiàn)國民經(jīng)濟快速發(fā)展的同時努力降低單位GDP的能源消耗。而建筑行業(yè)作為耗能大戶，節(jié)能潛力巨大，大力發(fā)展和推廣外墻保溫、太陽能光熱和光電、地源熱泵、熱管和相變蓄熱材料等新型建筑節(jié)能技術，在不斷提高人們居住環(huán)境舒適度的同時，降低建筑耗能總量，有效緩解能源的供需矛盾，既具有實際經(jīng)濟意義，又具有重要的社會意義和環(huán)保價值。
太陽能作為清潔的可再生能源，越來越受到人們的重視，應用領域也越來越廣泛。據(jù)統(tǒng)計，我國2/3以上國土面積的年日照時間在2200h以上，年輻射總量在502萬kJ/m2以上，為太陽能的利用創(chuàng)造了豐富的資源和有利條件。根據(jù)太陽能的特點和實際應用的需要，目前在建筑節(jié)能方面的應用可分為光電轉(zhuǎn)換和和光熱轉(zhuǎn)換兩種形式。
1太陽能光電技術
太陽能光電技術是指利用太陽能電池將白天的太陽能轉(zhuǎn)化為電能由蓄電池儲存起來，晚上在放電控制器的控制下釋放出來，供室內(nèi)照明和其他需要。
太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由太陽能電池、充放電控制器、蓄電池、負荷等部分組成。其中，光電池組件由多個單晶硅或多晶硅單體電池通過串并聯(lián)組成，其主要作用是把光能轉(zhuǎn)化為電能；充放電控制器主要用來控制蓄電池的充電和放電，并具有反向放電保護功能和極性反接電路保護功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集；蓄電池為系統(tǒng)的儲能設備，它的主要作用是將太陽能電池所產(chǎn)生的電能儲存起來，在用戶需要時提供能源。
2太陽能光熱技術
太陽能光熱技術是指將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能進行利用的技術。太陽能光熱技術的利用通常可分直接利用和間接利用兩種形式。
常見的直接利用方式有：(1)利用太陽能空氣集熱器進行供暖或物料干燥；(2)利用太陽能熱水器提供生活熱水；(3)基于集熱一儲熱原理的間接加熱式被動太陽房；(4)利用太陽能加熱空氣產(chǎn)生的熱壓增強建筑通風。
目前技術比較成熟且應用比較廣泛的是蔬菜溫室大棚、中藥材和果脯干燥及太陽能熱水器等。其他幾種技術還處于研究開發(fā)階段，且由于一次性投資較大，要想走向市場和大范圍推廣尚需時日。
太陽能間接利用的主要形式有：(1)太陽能吸收式制冷；(2)太陽能吸附式制冷；(3)太陽能噴射制冷。但目前也還處于研究階段，有的僅僅制造出了樣機，尚未形成定型產(chǎn)品和批量生產(chǎn)。
3太陽能光熱和光電技術的優(yōu)點
太陽能作為一次能源和可再生能源，和傳統(tǒng)化石燃料相比有如下優(yōu)勢：
(1)對環(huán)境沒有污染
由于傳統(tǒng)化石燃料(煤、石油和天然氣)在使用過程中排出大量的有毒有害物質(zhì)，會對水、土壤和大氣造成嚴重污染，形成溫室效應和酸雨，嚴重危害到人類的生存環(huán)境和身體健康，因此急需開發(fā)出新的比較清潔的替代能源，而太陽能作為一種比較理想的清潔能源，正受到世界各國的日益重視。(2)可以源源不斷地獲得。
太陽是一個巨大的能量源，每秒輻射到地球上的能量相當于500萬t標準煤，和人類存在的時間相比，太陽能可以說是一種久遠和無盡的能源。隨著化石燃料(煤、石油和天然氣)的不斷開采和消耗，能源的供應越來越緊張，具有豐富來源的太陽能的開發(fā)和利用就顯得越發(fā)重要和緊迫。
(3)可免費使用，且無需運輸
人類可以通過專門的技術和設備將光能轉(zhuǎn)化為熱能或電能，就地加以利用，無需運輸，為人類造福。而且人類利用這一取之不盡的能源也是免費的。
4太陽能光熱技術和光電技術的缺點
雖然太陽能光熱和光電技術具有許多優(yōu)勢，但太陽能能流密度低，受季節(jié)、地點和氣候等多種因素影響而不能維持常量，且用于太陽能轉(zhuǎn)換的設備投資較高，其技術尚需進一步完善。因此，目前除太陽能熱水器和溫室大棚的利用比較普及和成熟外，主、被動太陽房，太陽能發(fā)電和太陽能制冷等技術尚處于示范性實驗階段，距離大規(guī)模推廣應用，走進百姓日常生活還有相當大的距離，近期內(nèi)尚無法取代常規(guī)能源的主導地位。
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們在追求更加舒適的居住環(huán)境的同時，也在消耗著越來越多的能源。據(jù)報道，在發(fā)達國家，建筑能耗約占總能耗的40％，在我國，這一比例為25％左右，居各種能耗首位，其中50％以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空調(diào)上。隨著世界范圍內(nèi)能源供應緊張狀況日益加劇，能源將成為制約各國經(jīng)濟的主要因素。為此，我國提出了社會經(jīng)濟和能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，建設節(jié)約型社會，在實現(xiàn)國民經(jīng)濟快速發(fā)展的同時努力降低單位GDP的能源消耗。而建筑行業(yè)作為耗能大戶，節(jié)能潛力巨大，大力發(fā)展和推廣外墻保溫、太陽能光熱和光電、地源熱泵、熱管和相變蓄熱材料等新型建筑節(jié)能技術，在不斷提高人們居住環(huán)境舒適度的同時，降低建筑耗能總量，有效緩解能源的供需矛盾，既具有實際經(jīng)濟意義，又具有重要的社會意義和環(huán)保價值。
太陽能作為清潔的可再生能源，越來越受到人們的重視，應用領域也越來越廣泛。據(jù)統(tǒng)計，我國2/3以上國土面積的年日照時間在2200h以上，年輻射總量在502萬kJ/m2以上，為太陽能的利用創(chuàng)造了豐富的資源和有利條件。根據(jù)太陽能的特點和實際應用的需要，目前在建筑節(jié)能方面的應用可分為光電轉(zhuǎn)換和和光熱轉(zhuǎn)換兩種形式。
1太陽能光電技術
太陽能光電技術是指利用太陽能電池將白天的太陽能轉(zhuǎn)化為電能由蓄電池儲存起來，晚上在放電控制器的控制下釋放出來，供室內(nèi)照明和其他需要。
太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由太陽能電池、充放電控制器、蓄電池、負荷等部分組成。其中，光電池組件由多個單晶硅或多晶硅單體電池通過串并聯(lián)組成，其主要作用是把光能轉(zhuǎn)化為電能；充放電控制器主要用來控制蓄電池的充電和放電，并具有反向放電保護功能和極性反接電路保護功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集；蓄電池為系統(tǒng)的儲能設備，它的主要作用是將太陽能電池所產(chǎn)生的電能儲存起來，在用戶需要時提供能源。
2太陽能光熱技術
太陽能光熱技術是指將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能進行利用的技術。太陽能光熱技術的利用通常可分直接利用和間接利用兩種形式。
常見的直接利用方式有：(1)利用太陽能空氣集熱器進行供暖或物料干燥；(2)利用太陽能熱水器提供生活熱水；(3)基于集熱一儲熱原理的間接加熱式被動太陽房；(4)利用太陽能加熱空氣產(chǎn)生的熱壓增強建筑通風。
目前技術比較成熟且應用比較廣泛的是蔬菜溫室大棚、中藥材和果脯干燥及太陽能熱水器等。其他幾種技術還處于研究開發(fā)階段，且由于一次性投資較大，要想走向市場和大范圍推廣尚需時日。
太陽能間接利用的主要形式有：(1)太陽能吸收式制冷；(2)太陽能吸附式制冷；(3)太陽能噴射制冷。但目前也還處于研究階段，有的僅僅制造出了樣機，尚未形成定型產(chǎn)品和批量生產(chǎn)。
3太陽能光熱和光電技術的優(yōu)點
太陽能作為一次能源和可再生能源，和傳統(tǒng)化石燃料相比有如下優(yōu)勢：
(1)對環(huán)境沒有污染
由于傳統(tǒng)化石燃料(煤、石油和天然氣)在使用過程中排出大量的有毒有害物質(zhì)，會對水、土壤和大氣造成嚴重污染，形成溫室效應和酸雨，嚴重危害到人類的生存環(huán)境和身體健康，因此急需開發(fā)出新的比較清潔的替代能源，而太陽能作為一種比較理想的清潔能源，正受到世界各國的日益重視。(2)可以源源不斷地獲得。
太陽是一個巨大的能量源，每秒輻射到地球上的能量相當于500萬t標準煤，和人類存在的時間相比，太陽能可以說是一種久遠和無盡的能源。隨著化石燃料(煤、石油和天然氣)的不斷開采和消耗，能源的供應越來越緊張，具有豐富來源的太陽能的開發(fā)和利用就顯得越發(fā)重要和緊迫。
(3)可免費使用，且無需運輸
人類可以通過專門的技術和設備將光能轉(zhuǎn)化為熱能或電能，就地加以利用，無需運輸，為人類造福。而且人類利用這一取之不盡的能源也是免費的。
4太陽能光熱技術和光電技術的缺點
雖然太陽能光熱和光電技術具有許多優(yōu)勢，但太陽能能流密度低，受季節(jié)、地點和氣候等多種因素影響而不能維持常量，且用于太陽能轉(zhuǎn)換的設備投資較高，其技術尚需進一步完善。因此，目前除太陽能熱水器和溫室大棚的利用比較普及和成熟外，主、被動太陽房，太陽能發(fā)電和太陽能制冷等技術尚處于示范性實驗階段，距離大規(guī)模推廣應用，走進百姓日常生活還有相當大的距離，近期內(nèi)尚無法取代常規(guī)能源的主導地位。
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