太陽能與建筑結(jié)合技術(shù)進(jìn)展和工程案例

1、太陽能與建筑結(jié)合技術(shù)進(jìn)展和工程案例一、太陽能技術(shù)的類型    從應(yīng)用類型看，太陽能技術(shù)可分為三種類型：    一是太陽能發(fā)電，它包括太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)成熟，不論是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還是與并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都有較大規(guī)模的應(yīng)用和實(shí)踐。上個(gè)世紀(jì)90年代以來，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)特別是屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和成功運(yùn)行，使其成為分散式發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)良好選擇，歐盟、美國、日本等國家相繼制定了一系列的計(jì)劃和規(guī)劃，并頒布了相應(yīng)的激勵(lì)政策促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)的推廣和應(yīng)用。屋頂并網(wǎng)發(fā)電模式在國外已得到電力部門的認(rèn)可，預(yù)計(jì)50年后，僅

2、僅屋頂能源一項(xiàng)就可提供全世界1/4的電能。目前，推廣應(yīng)用的主要障礙是發(fā)電成本高。    太陽能熱發(fā)電技術(shù)目前尚處于商業(yè)化前夕，世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。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(dòng)，美國、歐盟還制定了“太陽能熱發(fā)電計(jì)劃”，以推動(dòng)其商業(yè)化進(jìn)程。預(yù)計(jì)2020年前后，太陽能熱發(fā)電將在發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并逐步向發(fā)展中國家擴(kuò)展。    二是太陽能熱利用技術(shù)。在中國、希臘、以色列等國家的太陽能熱水系統(tǒng)主要供應(yīng)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(tǒng)主要是

3、作為輔助熱源與常規(guī)能源系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行在供應(yīng)生活和洗浴熱水的同時(shí)，還為建筑供暖。我國的太陽熱水系統(tǒng)市場(chǎng)已完全商業(yè)化運(yùn)行，而其他國家的太陽熱水系統(tǒng)的發(fā)展仍依靠政府的補(bǔ)助和優(yōu)惠政策，尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。    三是太陽能空調(diào)技術(shù)。世界各國都在加緊進(jìn)行太陽能空調(diào)技術(shù)的研究，并開始進(jìn)入實(shí)用化示范階段。由于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化的都是大型的溴化鋰吸收式制冷機(jī)，目前尚只實(shí)用于大中型的中央空調(diào)。我國目前也在開展此項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)和試點(diǎn)工作。二、我國太陽能技術(shù)的應(yīng)用    目前，我國比較成熟太陽能產(chǎn)品有兩項(xiàng)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽熱水系統(tǒng)。1、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)&

4、#160;   1990年代以來，我國國內(nèi)光伏發(fā)電市場(chǎng)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(jì)總用量約為50兆瓦。光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ藕凸I(yè)應(yīng)用（36%）、農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用（51%）、太陽能商品（9%）以及光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) （4）。并網(wǎng)光伏發(fā)電是光伏發(fā)電進(jìn)入電力規(guī)模應(yīng)用的必然結(jié)果，也是未來最大的光伏發(fā)電市場(chǎng)。我國的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)剛剛起步，用于通信、工業(yè)、農(nóng)村以及邊遠(yuǎn)地區(qū)的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仍是我國光伏發(fā)電應(yīng)用的主流，預(yù)計(jì)并網(wǎng)系統(tǒng)在今后將會(huì)有很大的發(fā)展。根據(jù)專家的測(cè)算，到2010年我國并網(wǎng)光伏發(fā)電安裝量占光伏發(fā)電市場(chǎng)的20，2020年

5、和2050年將分別上升至60%和80。光伏屋頂系統(tǒng)是利用現(xiàn)有建筑的屋頂?shù)挠行娣e，安裝并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其規(guī)模一般在幾個(gè)千瓦到幾個(gè)兆瓦不等。屋頂并網(wǎng)發(fā)電是目前世界上最有可能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展的光伏發(fā)電技術(shù)。2、太陽熱水系統(tǒng)    我國太陽熱水系統(tǒng)的發(fā)展始于上世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)定位是農(nóng)村或中小城鎮(zhèn)的低收入家庭。經(jīng)過20多年的努力，太陽熱水系統(tǒng)已形成系列化、規(guī)?；a(chǎn)，成為世界上最大的太陽熱水器生產(chǎn)和應(yīng)用國。到2003年底，全國具有一定規(guī)模的太陽熱水器生產(chǎn)廠有1000多家，年產(chǎn)量達(dá)1200萬平方米，總產(chǎn)值達(dá)110億元。太陽熱水器保有量達(dá)到5000萬平方米，為全國30

6、00多萬家庭提供了充足的熱水供應(yīng)。太陽熱水器產(chǎn)品占熱水器產(chǎn)品市場(chǎng)的12，已形成與電熱水器和燃?xì)鉄崴魅愣α⒌木置?。特別是在農(nóng)村地區(qū)和中小城鎮(zhèn)，太陽熱水器已經(jīng)成為改善人民生活質(zhì)量，全面建設(shè)小康的重要技術(shù)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?qū)嵱?、美觀和與建筑結(jié)合的方向發(fā)展。與建筑的一體化結(jié)合已成為太陽熱水器行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和努力方向。三、太陽能與建筑的結(jié)合    并網(wǎng)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和與建筑結(jié)合的太陽熱水系統(tǒng)的共同點(diǎn)是其太陽能采集部件，光伏系統(tǒng)的太陽電池板和太陽熱水系統(tǒng)的太陽能集熱器，都可以安裝在屋頂上，都需

7、要在屋頂預(yù)留安裝位置以及電路和水管的進(jìn)出管路，要注意電池板和集熱器的安裝對(duì)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(tǒng)與建筑結(jié)合的難度要大一些，主要原因是進(jìn)出水管與屋頂?shù)慕Y(jié)合較難處理。    太陽能系統(tǒng)與建筑的結(jié)合需做到同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)、同步施工。一體化結(jié)合至少有四個(gè)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墻上，應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一；2）在結(jié)構(gòu)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(qiáng)風(fēng)、暴雪、冰雹等的能力；3）在管路布置

8、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(huán)管路以及冷熱水供應(yīng)管路，盡量減小在管路上的電量和熱量的損失；4）在系統(tǒng)運(yùn)行上，要求系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全，易于安裝、檢修、維護(hù)，合理解決太陽能與輔助能源的匹配以及與公共電網(wǎng)的并網(wǎng)問題，盡可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化全自動(dòng)控制。    太陽能與建筑結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)包括： 1）太陽能技術(shù)與建筑的結(jié)合能有效地減少建筑能耗，從而有效地減少占總能耗30的建筑能耗；2）太陽能與建筑結(jié)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(jié)省了土地資源；3）太陽能與建筑結(jié)合，就地安裝、就地發(fā)電上網(wǎng)和供應(yīng)熱水，不需要另外架設(shè)輸電線

9、路和熱水管道，降低對(duì)市政配套的依賴，同時(shí)也減少了對(duì)市政建設(shè)的壓力；4）太陽能產(chǎn)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(shí)現(xiàn)太陽能與建筑的完美結(jié)合必須做到同步設(shè)計(jì)、同步建筑和同步施工，房地產(chǎn)開發(fā)商也就成了推廣太陽能建筑的重要一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的高成本，太陽熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合的剛剛起步，宣傳和推廣的力度不夠，房地產(chǎn)開發(fā)商對(duì)太陽能建筑的了解和認(rèn)識(shí)有限，尚需大力宣傳太陽能建筑對(duì)房地產(chǎn)開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：1）能有效地降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)； 2）具有綠色環(huán)保概念：可減少污染物排放，增加樓盤的綜合品質(zhì)，為樓盤銷售增加獨(dú)特賣點(diǎn)；3）增加新技術(shù)概念：采用新技術(shù)提供24小時(shí)熱

10、水供應(yīng)以及成為小型的獨(dú)立電站； 4）節(jié)約配套設(shè)施（鍋爐房）的用地,同時(shí)能降低配套設(shè)施（鍋爐房）對(duì)周邊房產(chǎn)的價(jià)格影響；5）降低物業(yè)運(yùn)營成本，增加物業(yè)收益。四、太陽能建筑的建筑形式太陽能與建筑結(jié)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

11、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(jié)合對(duì)太陽能產(chǎn)品的要求    為了更好地與建筑相結(jié)合，除了太陽能產(chǎn)品本身的采集熱量供熱和發(fā)電功能以外，還要考慮其它的功能，包括隔離室內(nèi)外、防雨、抗風(fēng)、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(hù)。    為此，太陽能產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)制造在以下幾個(gè)方面開展了工作，并取得了可喜的進(jìn)展：    1） 研發(fā)生產(chǎn)出水箱和集熱器分離的

12、太陽熱水系統(tǒng)，可將水箱放置在閣樓、衛(wèi)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(chǎn)品制作成建筑材料，并根據(jù)建筑的要求對(duì)其零配件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)安裝在組件側(cè)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(guī)的屋頂材料。    3） 制作專用的托架或?qū)к?，方便太陽能產(chǎn)品的安裝。    4） 研發(fā)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(diào)相協(xié)調(diào)。對(duì)于單晶硅電池，可以用腐蝕絨面的辦法將

13、其表面變成黑色，安裝在屋頂或南立面顯得莊重，而且基本不反光，沒有光污染得問題；對(duì)于多晶硅電池，可以在蒸鍍減反射膜的時(shí)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(duì)于非晶硅電池，其本色已經(jīng)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(shè)計(jì)為各種顏色以配合建筑的色調(diào)。    5） 通過各種方式增加太陽能產(chǎn)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(diào)整電池片之間的空隙來調(diào)整透光量；或在晶體硅電池上打上許多細(xì)小的孔，做成透光型電池；將非晶硅制作成茶色

14、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，做成透光的效果。    6） 調(diào)整太陽能產(chǎn)品的尺寸和形狀，滿足一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合的要求。目前，平板太陽集熱器的外形尺寸能夠根據(jù)建筑的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其長度可達(dá)9米；太陽集熱器的外形尺寸也開始參照建筑模數(shù)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(shí)例1、德國漢堡區(qū)域供暖項(xiàng)目    該項(xiàng)目位于德國漢堡的bramfeld地區(qū)，是一套區(qū)域供應(yīng)熱水和季節(jié)性供暖系統(tǒng)，覆蓋由124套別墅組成的幾個(gè)街區(qū)。該套太陽能熱水系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為供應(yīng)小區(qū)年平均負(fù)荷

15、的50，包括集成到屋頂?shù)?000m2的集熱器和一個(gè)部分埋在地下的4500m3季節(jié)性貯熱池。3000集熱器集中安裝在18個(gè)屋頂上與區(qū)域供暖系統(tǒng)相連接。    這是一套典型的歐洲太陽熱水系統(tǒng)，太陽熱水系統(tǒng)作為燃?xì)忮仩t的輔助能源系統(tǒng)一起共同保證熱水和供暖的供應(yīng)。 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(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化結(jié)合的建筑，目前已運(yùn)行二年。該建筑的設(shè)計(jì)理念是盡可能利用綠色能源，減少能源消耗以及相應(yīng)的溫室氣體排放。該建筑在

16、屋頂、9層和4層都安裝了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機(jī)容量為56kwp。光伏發(fā)電系統(tǒng)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(shù)用戶是it公司，光伏系統(tǒng)替代了it公司必備的ups系統(tǒng)，減少了ups系統(tǒng)的投資。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用以及包括空調(diào)系統(tǒng)、照明、建筑朝向、節(jié)水等建筑節(jié)能措施的實(shí)施，該建筑與同類建筑相比，可節(jié)約能源38，每年可減排2640噸二氧化碳，運(yùn)行成本可降低20萬澳元，被seda評(píng)為溫室氣體4星建筑。3、北悉尼奧運(yùn)游泳館    北悉尼奧運(yùn)游泳館是悉尼奧運(yùn)會(huì)的游泳比賽場(chǎng)地，包括一個(gè)露天的50米海水標(biāo)準(zhǔn)泳池和一個(gè)室內(nèi)的25米淡水訓(xùn)練泳池。游泳池的

17、供熱系統(tǒng)采用四套系統(tǒng)相配合，太陽能供熱系統(tǒng)、水源熱泵系統(tǒng)、天然氣鍋爐和空調(diào)系統(tǒng)。其中太陽能熱水系統(tǒng)和水源熱泵系統(tǒng)的投資為50萬澳元，國家補(bǔ)助25萬澳元。太陽能熱水系統(tǒng)的集熱板面積為500m2，集熱板放在室內(nèi)游泳館的屋頂，伸出部分用作看臺(tái)遮陽頂。集熱板與屋頂?shù)慕Y(jié)合非常實(shí)用巧妙，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(jié)能項(xiàng)目貸款碳貸通 節(jié)能項(xiàng)目保險(xiǎn)-碳險(xiǎn)通節(jié)能公司融資評(píng)級(jí) 節(jié)能項(xiàng)目交易 史小姐鄭先生#160;   夏天，僅用太陽能熱水系統(tǒng)即可滿足游泳池的需要，冬天，太陽能熱水系統(tǒng)可提供約30的熱量，太陽能和熱泵系統(tǒng)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(shè)計(jì)的，如冬天特別冷的時(shí)候；而第四套供熱系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)是為極端天氣設(shè)計(jì)的，是為了保證系統(tǒng)的絕對(duì)安全，啟動(dòng)的機(jī)會(huì)很少。 4、云南麗江滇西明珠項(xiàng)