太陽能在新型建筑中的應(yīng)用

1、建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能在新型建筑中的應(yīng)用太陽能在新型建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望建筑工程與力學(xué)學(xué)院目錄目錄 太陽能利用及其重要意義（3-10頁） 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)（11-27頁） 太陽能光伏的發(fā)展現(xiàn)狀（11-20頁） 太陽能光伏建筑一體化（21-27頁） 太陽能的熱利用技術(shù)（28-38頁） 被動式太陽房（29-31頁） 主動式太陽房（32-38頁） 太陽能的發(fā)展趨勢和前景（39頁）建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能利用及其重要意義太陽能利用及其重要意義建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能簡介太陽能簡介 根據(jù)推算，太陽每秒鐘向外發(fā)射的能量為根據(jù)推算，太陽每秒鐘向外發(fā)射的能量為3.743.7410102626 J, J,

2、相當(dāng)于每秒燃燒相當(dāng)于每秒燃燒1.281.2810101616 T T標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)煤所放出的能量煤所放出的能量, ,太陽輻射出來的總功率只有太陽輻射出來的總功率只有二十二十二億分之一二億分之一能夠到達(dá)地球大氣層上界，即到達(dá)地能夠到達(dá)地球大氣層上界，即到達(dá)地球大氣層上界的太陽輻射功率約為球大氣層上界的太陽輻射功率約為1.731.7310101717 W W, ,相當(dāng)于相當(dāng)于1.731.73億個百萬千瓦級億個百萬千瓦級發(fā)電廠發(fā)出的總功率。發(fā)電廠發(fā)出的總功率。 能夠穿透大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射總功率能夠穿透大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射總功率約為約為8.18.110101616 W W，約占達(dá)到地球大氣

3、層太陽輻射，約占達(dá)到地球大氣層太陽輻射總功率的總功率的47%47%建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能簡介太陽能簡介 優(yōu)點(diǎn)：清潔的可再生能源 ，取之不盡用之不竭，分布廣 獲取容易 缺點(diǎn)：能流密度低 (小于1kW /)；能量隨時間和天氣呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性和不連續(xù)性。 廣義：太陽輻射能，可再生能和化石能源 狹義：太陽輻射能 利用途徑：太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電建筑工程與力學(xué)學(xué)院我國太陽輻射能的分布我國太陽輻射能的分布建筑工程與力學(xué)學(xué)院能源消耗分布圖能源消耗分布圖 European Union，總能量1012 MWh建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能利用的背景太陽能利用的背景 人類的三大危機(jī)：能源、糧食和環(huán)境 新能源開發(fā)中

4、，太陽能利用成為重中之重。 我國石油進(jìn)口已經(jīng)超過50%，且化石能源環(huán)境污染嚴(yán)重，因此，發(fā)展新能源已成為國家十二五的戰(zhàn)略規(guī)劃。 中國作為全球最大的太陽能技術(shù)利用的設(shè)備制造基地，已形成完整的設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)鏈。 太陽能利用，利國利民，前途光明建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能在建筑中應(yīng)用的意義太陽能在建筑中應(yīng)用的意義 北方城鎮(zhèn)建筑采暖用能1.5億噸標(biāo)煤/年，相當(dāng)于非發(fā)電用煤15%；空調(diào)用電日益增； 過渡地區(qū)采暖需求增長； 南方建筑能耗主要為空調(diào)除濕（南方城市夏季空調(diào)用電占總電量40以上）； 生活熱水用能急劇增加。 太陽能可在建筑生活熱水供應(yīng)熱水供應(yīng)、采暖空調(diào)采暖空調(diào)等高能耗環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用重要作用！建筑工程與力

5、學(xué)學(xué)院太陽能在建筑中應(yīng)用的可行性太陽能在建筑中應(yīng)用的可行性 各類建筑是利用太陽能資源的良好載體 四季供應(yīng)熱水 夏季空調(diào) 冬季采暖 強(qiáng)化室內(nèi)自然通風(fēng) 自然采光照明 部分電力供應(yīng)建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能光伏發(fā)電技術(shù)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)建筑工程與力學(xué)學(xué)院半導(dǎo)體物理知識的簡介半導(dǎo)體物理知識的簡介 固體的導(dǎo)電能力：導(dǎo)體，絕緣體和半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體：純凈的半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體：在硅晶體中摻有微量的5價雜質(zhì)，摻雜后的晶體含有多余的自由電子而帶負(fù)電。 P型半導(dǎo)體：在硅晶體中摻有微量的3價雜質(zhì)，摻雜后的晶體造成電子短缺，即空穴，而空穴可以接受相鄰的電子而向周圍傳遞，故等同于帶正電的自由粒子。建筑工程與力學(xué)學(xué)院半導(dǎo)體

6、物理知識的簡介半導(dǎo)體物理知識的簡介 PN結(jié)：將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在一起，那么在兩種半導(dǎo)體的交界面附近就形成了PN結(jié)。 空間電荷區(qū)：由于自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動和內(nèi)建電場導(dǎo)致的漂移運(yùn)動,使PN結(jié)的中間部位產(chǎn)生一個很薄的電荷區(qū)。建筑工程與力學(xué)學(xué)院光伏效應(yīng)的簡介光伏效應(yīng)的簡介 太陽能電池(光伏電池)：通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。 光伏效應(yīng)：暴露在光線下的半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的部位間產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象。 過程：在光照射情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累而形成電勢（兩端斷開時的開路電壓）。兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，從而輸出功率。建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能光伏發(fā)電的

7、工作原理太陽能光伏發(fā)電的工作原理 太陽能電池吸收一定能量的光子后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，稱為“光子載流子”，兩者的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電； 電性相反的光生載流子被半導(dǎo)體p-n結(jié)所產(chǎn)生的靜電場分離開； 光生載流子，即電子和空穴，分別被太陽能電池的正、負(fù)極所收集并在外電路中產(chǎn)生電流，從而獲得電能建筑工程與力學(xué)學(xué)院原理圖原理圖建筑工程與力學(xué)學(xué)院世界太陽能電池年增長率和累計安裝量世界太陽能電池年增長率和累計安裝量 年份項目969798992000200120022003200420042005200620072007年產(chǎn)量/GWP0.0890.126 0.155 0.2010.2870.3

8、910.5610.7462.473.733.73年增長率/%14.24223.13042.935.74432.561.261.246.74250.950.9累計安裝量0.6550.791 0.946 1.1471.4351.8252.3873.1314.3314.3316.098.5612.3012.30數(shù)據(jù)來源：PV News March，2008 Paul Maycock建筑工程與力學(xué)學(xué)院世界太陽能電池產(chǎn)量排名世界太陽能電池產(chǎn)量排名國家或地區(qū)2006年產(chǎn)量/MW2006年地區(qū)排名2007年產(chǎn)量/MW2007年地區(qū)排名日本926.91920.02歐洲（含德國）680.32

9、1062.81德國507.8810.0中中國國369.53821.03中中國國臺臺灣灣177.55368.04美國179.64266.15其他140.0295.2合計2473.83733.0數(shù)據(jù)來源：PV News 2008 March2007年，中國太陽能電池產(chǎn)量飛速增長，達(dá)到821MW,比2006年的369.5MW增長451.5MW ,增幅高達(dá)1.22倍，占世界總產(chǎn)量的21.99%，躍居世界第二位第二位，但生產(chǎn)的821MW太陽能電池，國內(nèi)市場應(yīng)用僅為15MW,98%以上出口至國際市場，主要是歐洲市場。建筑工程與力學(xué)學(xué)院世界前世界前16位生產(chǎn)廠商以及其產(chǎn)量位生產(chǎn)廠商以及其產(chǎn)量公司名稱2006

10、年2007年產(chǎn)量/MWP排名產(chǎn)量/MWP排名Q-Cell(DE)253.12389.21Sharp(JP)（夏普）434.41363.02SuntechSuntech（CHCH）無）無錫尚錫尚德德157.5157.54 43273273 3Kyocera(JP)18032074Firstsolar(US+DE)60132074Motech(TW)(臺灣茂迪)10271965Sanyo(JP)15551656Sun Power(PH)62.711150.07保定英利（保定英利（CHCH）35.035.0 142.5142.58 8Solar World(whole)86.09130.09Misu

11、bishi(JP)111612110Jing-AoJing-Ao（CHCH）晶澳）晶澳2525113.2113.21111BP Solar (whole)85.710101.612SolarfunSolarfun（CHCH）江）江蘇蘇林洋林洋25.025.088.088.01313Isofoton（SP）61128514Schott solar (US+DE)93.0880.015CEEG NanjingCEEG Nanjing南京中南京中電電氣電電氣54.054.0141478.078.01616數(shù)據(jù)來源：PV News Vol.27，No.3,March 2008.建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能

12、光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 分類：離網(wǎng)（獨(dú)立）和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 組成：電池陣列,控制器,逆變器和蓄電池建筑工程與力學(xué)學(xué)院光伏建筑一體化光伏建筑一體化(BIPV) 定義：將傳統(tǒng)幕墻、屋頂與光電轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合的一種新型建筑模式，即將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來提供電力。主要是利用太陽能發(fā)電的一種新型、綠色的能源技術(shù)。建筑工程與力學(xué)學(xué)院光伏建筑一體化的優(yōu)缺點(diǎn)光伏建筑一體化的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1. 不消耗常規(guī)的化石燃料，是清潔的綠色能源； 2. 安裝在建筑屋頂或南立面上，不占用土地； 3. 沒有任何噪聲，沒有污染物排放； 4. 滿足建筑美學(xué)、采光和安全性的要求。 缺點(diǎn)： 1. 造

13、價高，成本高。成本：2.5元/度； 2. 不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動性。建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-龐貝龐貝法布拉圖書館法布拉圖書館 1996年，世界上第一座BIPV建筑 53kWp（20kWp南立面+33kWp屋頂）建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-寶馬世界寶馬世界 2007年底完工，屋頂安裝了 3660塊太陽能板，面積約8000m2，設(shè)計功率為810kWp。建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-日本三洋太陽光電公司日本三洋太陽光電公司 運(yùn)用建筑意象設(shè)計了“諾亞方舟”，表達(dá)光伏能源危機(jī)中所扮演的任務(wù)及角色。建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-世博會會園區(qū)的太陽能技術(shù)世博會會園區(qū)的太陽能技術(shù) 使用量最大的綠色能源，

14、總裝機(jī)容量約4.6兆瓦，遠(yuǎn)大于歷屆太陽能的使用規(guī)模建筑工程與力學(xué)學(xué)院圖例圖例建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能在建筑中的熱應(yīng)用技術(shù)太陽能在建筑中的熱應(yīng)用技術(shù)建筑工程與力學(xué)學(xué)院太陽能溫室（太陽房）的分類太陽能溫室（太陽房）的分類 被動式太陽房被動式太陽房是指通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理布局，內(nèi)部和外部空間的配合，以自然熱交換的方式，使房屋取得冬暖夏涼的效果。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價較低。 主動式太陽房主動式太陽房是利用太陽能集熱器與載熱介質(zhì)經(jīng)蓄存及設(shè)備傳送向室內(nèi)，其主要由太陽能集熱器、儲熱裝置、傳遞設(shè)備、控制部件與備用系統(tǒng)組成。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。建筑工程與力學(xué)學(xué)院被動式太陽房的分類被動式太陽房的分類

15、直接受益式 蓄熱墻式 附加陽光間式 屋頂蓄熱池式直接受益式蓄熱墻式屋頂蓄熱池式建筑工程與力學(xué)學(xué)院主動式太陽房組件主動式太陽房組件-集熱器集熱器 太陽能集熱器的分類： 平板式集熱器：由集熱板、透明蓋板、吸收涂層、隔熱板和外殼組成。特點(diǎn)：集熱溫度和能流密度低低。 熱管式真空管集熱器：由集熱器、儲水箱、循環(huán)水泵和控制系統(tǒng)組成。特點(diǎn)：集熱溫度和能流密度高高。建筑工程與力學(xué)學(xué)院主動式太陽能系統(tǒng)主動式太陽能系統(tǒng) 太陽能采暖系統(tǒng)建筑工程與力學(xué)學(xué)院主動式太陽能系統(tǒng)主動式太陽能系統(tǒng) 太陽能采暖系統(tǒng)的特點(diǎn)：太陽能采暖系統(tǒng)的特點(diǎn)： 太陽能由于熱密度較低，集熱溫度很難達(dá)太陽能由于熱密度較低，集熱溫度很難達(dá)到較高水平。

16、到較高水平。 普通散熱器對熱媒溫度要求較高（普通散熱器對熱媒溫度要求較高（70），），而太陽能系統(tǒng)不易達(dá)到該出水溫度要求。而太陽能系統(tǒng)不易達(dá)到該出水溫度要求。 地板采暖所需要的低溫?zé)崴诘匕宀膳枰牡蜏責(zé)崴?5-55之間，之間，正好是太陽能集熱器所能提供的適合溫度。正好是太陽能集熱器所能提供的適合溫度。 地板采暖系統(tǒng)以整個地面作為散熱面，熱地板采暖系統(tǒng)以整個地面作為散熱面，熱量主要以輻射方式傳播，舒適性好。量主要以輻射方式傳播，舒適性好。建筑工程與力學(xué)學(xué)院主動式太陽能系統(tǒng)主動式太陽能系統(tǒng) 太陽能空調(diào)系統(tǒng)建筑工程與力學(xué)學(xué)院主動式太陽能系統(tǒng)主動式太陽能系統(tǒng) 太陽能空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)： 太陽能空

17、調(diào)的最大優(yōu)點(diǎn)是季節(jié)適應(yīng)性好。夏季烈日當(dāng)頭，太陽輻射能量大，人們迫切需要空調(diào)。夏季太陽輻射能量增加，用太陽能來驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)可產(chǎn)生更多的冷量。 太陽能制冷空調(diào)可以用多種方式來實現(xiàn)。 現(xiàn)有太陽集熱器價格較高，太陽能空調(diào)系統(tǒng)的初始投資偏高。 在自然條件下太陽能輻照密度不高。建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-德國的別墅德國的別墅l32 戶, 3826 m2, 連接到區(qū)域熱網(wǎng)l外圍護(hù)結(jié)構(gòu)：0.11KW/(m2) l三層玻璃 ： 0.83 KW/(m2)l機(jī)械通風(fēng)l熱回收80%l區(qū)域供熱 ：15 kWh/(m2a)建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-奧地利的太陽房奧地利的太陽房l61 戶，2600 m2 l430 m2 太陽能集熱器 + 100 m3 生活熱水 + 采暖 35%l窗戶: 0.9 KW/m2l低溫采暖 0.4KW/m2l被動和主動太陽能利用建筑工程與力學(xué)學(xué)院實例實例-秦皇島的在水一方秦皇島的在水一方工程名稱：“在水一方”住宅小區(qū) 地址：河北省秦皇島市 類型：陽臺壁掛式系統(tǒng) 規(guī)模：4000臺/6000m2 施工日期：2008年 總節(jié)能（標(biāo)準(zhǔn)煤）：1.18萬噸 二氧化碳減排量：2.97萬噸 建筑工程與力