太陽能新能源的應(yīng)用

太陽能新能源的應(yīng)用摘要簡要介紹德國在可再生能源的利用，總結(jié)在工程設(shè)計和使用中應(yīng)注意的問題；提出要根據(jù)工程實際，使用可再生能源。關(guān)鍵詞太陽能發(fā)電機綠色建筑一．德國概況德國位于歐洲中部，是歐洲鄰國最多的國家。面積35萬平方公里，人口8千多萬?，F(xiàn)在的德國，是高度發(fā)達的工業(yè)國家，經(jīng)濟實力居歐洲首位。屬世界第三大經(jīng)濟強國。德國重視生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護，并強調(diào)可持續(xù)發(fā)展。通過制定政策和法規(guī)以及政府補貼，讓尊重環(huán)保的人獲得更大的收益。二．新能源的利用1.德國對太陽能的利用太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。是清潔、安全、可靠、可持續(xù)和可擴展的能源。太陽輻射的能流密度低，利用太陽能時為了獲得足夠的能量，需采用一定的技術(shù)和裝置（集熱器），對太陽能進行采集。德國建筑物大部分采用非聚光集熱器（平板集熱器，真空管集熱器），利用太陽輻射中的直射輻射和散射輻射，最大限度的實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換。1.1在德國目前有真空管式和熱管承壓式太陽能熱水器。真空管式太陽能熱水器工作原理：真空管吸熱-循環(huán)水管-保溫水箱-檢測控制系統(tǒng)-用戶。電氣控制系統(tǒng)通過控制閥、控制儀等設(shè)備自動控制該系統(tǒng)。熱管承壓式太陽能熱水器工作原理：真空管吸熱-熱管傳導(dǎo)熱-保溫水箱-控制系統(tǒng)-用戶。熱管承壓式太陽能熱水器，利用真空管集熱，內(nèi)置O翅片，把高溫環(huán)境中的熱量傳給熱管、熱管迅速將熱量傳入水箱，特別在多云，輻射強度低的情況下，啟動傳熱快，日平均熱效率高。輔助電加熱裝置安置在水箱里，已備陰、雨、雪天使用，節(jié)電90%。整套供熱系統(tǒng)均采用自動控制運行，自動檢測水溫、流量、壓力、水箱液位等技術(shù)參數(shù)。太陽能熱水器工作原理示意圖1.2太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件(Solarcells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，可以方便地實現(xiàn)為用戶照明及生活供電。在德國，政府還鼓勵將剩余的太陽能電能與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)。目前從民用的角度，在德國技術(shù)研究趨于成熟且初具產(chǎn)業(yè)化的是"光伏--建筑(照明)一體化"技術(shù)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護系統(tǒng)，負載為系統(tǒng)終端。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來。太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，控制器還具備溫度補償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苓€有光控開關(guān)、時控開關(guān)等。蓄電池一般為鉛酸電池。小微型系統(tǒng)中，也有使用鎳氫電池、鎳鎘電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。逆變器將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。目前德國已經(jīng)成功地把太陽能組件和建筑構(gòu)件加以整合，如太陽能屋面、建筑物外墻等，實現(xiàn)了"光伏--建筑照明一體化(BIPV)"。德國烏爾姆市建筑物屋頂上的太陽能光電板建筑物外墻上安裝太陽能光電板2.建筑物內(nèi)的發(fā)電機組熱電聯(lián)供系統(tǒng)熱電冷聯(lián)供是以柴油或者天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量驅(qū)動發(fā)動機，帶動發(fā)電機發(fā)電并回收排放熱，排放熱用于建筑的集中供暖和制冷系統(tǒng)，形成既發(fā)電，又能供熱、供冷的復(fù)合系統(tǒng)。在德國參觀的幾個新建或者新改造的建筑物，發(fā)電機基本上采用的是該系統(tǒng)。熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)具有綜合效率高、節(jié)省能源的技術(shù)特征與特點。

2.1綜合效率高：對普通的火力發(fā)電系統(tǒng)，綜合效率約為40％。而對對天然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，如果把用電和用熱分配好，綜合效率可以達到70％～80％。建筑物內(nèi)然氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)效率會更高，綜合效率可達到90％以上。因為可以不計電能在傳輸過程中的損失、市政供熱管道上的熱量損失。

2.2節(jié)省能源：天然氣燃燒可得到1500℃以上的高溫能源，首先利用這部分能源驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，然后逐級利用排放熱供應(yīng)熱水、蒸汽進行多階段利用。為了使寶貴能源更有效利用，不僅要提高耗能設(shè)備效率，盡量減少排放熱損失，而且要使能源產(chǎn)生的能量由高溫到低溫實行多階段利用，也就是按能量品位的高低，安排好功、熱和物料熱力學(xué)能的各種能量之間合理配合，實現(xiàn)不同形式、不同品位能量的梯級利用，以獲得整個系統(tǒng)能量綜合利用最佳效果。2.3德國在傳統(tǒng)的建筑物采用城市集中供暖系統(tǒng)中，由于在長途管道傳送中能源有近40％的損失，越來越凸現(xiàn)出這一傳統(tǒng)供暖形式的弊端，他們盡可能多地采用更靈活、更節(jié)約的分散供暖模式。3.熱回收裝置普通的集中空調(diào)系統(tǒng)總是有相當多的冷凝熱直接排入大氣，造成較大的能源浪費。而建筑物又需要大量的生活熱水供應(yīng)，熱回收機組就是將冷凝熱回收來加熱生活熱水，不但可以減少冷凝熱對環(huán)境造成的污染，而且還可以節(jié)省不少的能源。4.綠色智能照明德國照明裝置以及相應(yīng)的品牌在國內(nèi)也經(jīng)常采用，例如飛利浦、歐司朗、西門子等，但他們更注重采用節(jié)能措施和綠色照明，也注重自然光的利用。在共享空間采光屋頂使用自動控制的漫反射鏡，自動跟蹤太陽光，把太陽光線反射到共享空間。在一些公共建筑物內(nèi)，公共活動區(qū)域和走廊設(shè)置光線探測器和紅外探測器，自動開啟相應(yīng)區(qū)域的照明燈具。普遍采用T5型日光燈具和金屬鹵化物燈具，極少采用高耗能的白熾燈。安裝在屋頂金屬支架上的光線探測器5.大量采用變頻控制器空調(diào)通風機、空調(diào)水泵、生活水泵均采用變頻控制器進行自動控制。根據(jù)時間、溫度、流量、壓差等技術(shù)參數(shù)，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，以達到節(jié)能控制的目的。6.實例分析漢諾威NORDLB建筑在該項目中，廣泛使用了將自然采光及通風聯(lián)合發(fā)電及熱回收組合起來的系統(tǒng)，由此可用最少量的能量、最低的運轉(zhuǎn)費用取得最大效果。由于該建筑本身所需要的能量較少，因此，還可以作為地區(qū)的發(fā)電裝置表面帶有角度的鏡面可以將水平方向的自然光反射到建筑物內(nèi)。與此配合，可動式遮陽板由于可以隨著太陽的變動而移動，避免了直射陽光的熱度及晃眼的光線對室內(nèi)的影響。在冬季及夏季的早上和傍晚，當太陽的位置較低時，遮陽板就被隱蔽起來，于是，柔和的陽光射進室內(nèi)。排風系統(tǒng)及屋頂內(nèi)的遮光裝置的驅(qū)動動力是由光電池的太陽能板產(chǎn)生的。太陽能板裝在屋頂，可以提供最大輸出約40kW的電力。窗子既可以自動開關(guān)，又可以手動，大部分房間都可以自然通風。這些雙層窗是由可以保溫的內(nèi)側(cè)玻璃窗及在按保護意義加工成薄片的玻璃板上裝配上通風縫的外側(cè)層構(gòu)成的；二層之間形成空隙，內(nèi)藏太陽光遮蔽系統(tǒng)，有了這樣的雙層建筑外表，再根據(jù)天氣情況，進行通風。內(nèi)側(cè)的窗子任何時候都可以打開，以利于夜間室溫下降。作為整個能源戰(zhàn)略，在設(shè)計上提出了先進的新方法，即使用植物油這種可完全再生的植物燃料。使用這種可再生的天然能源，能夠長期大幅度減少二氧化碳的排出。植物可以完全吸收在植物燃燒時所產(chǎn)生的二氧化碳。燃燒這樣的油脂，與以前的能源相比，不僅非常清潔，而且效率也高。使用這種方法，整個大廈二氧化碳排出量可以削減50％以上。發(fā)電裝置運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的余熱被運到建筑物地下儲存水池儲備起來，一點也不影響地上的自然環(huán)境。冬季，將儲備的熱水吸上來加熱建筑物。熱水還可以用來運轉(zhuǎn)生產(chǎn)冷水的吸收式冷卻裝置——如冷藏庫。然后，再把所生產(chǎn)的冷水保存到地下，待氣溫上升時再用泵抽回建筑物內(nèi)，冷卻吊頂降低室溫。該大廈通過太陽能、熱回收，利用寶貴的天然資源，創(chuàng)造出四季舒適的環(huán)境。成為以可持續(xù)發(fā)展為目的的生動一例。NordLBbuilding(Hannover,Germany)（德國漢諾威）7．國會大廈新能源在改建國會大廈的設(shè)計中，廣泛使用了將自然采光及通風聯(lián)合發(fā)電及熱回收組合起來的系統(tǒng)，用最少的能量、最低的運轉(zhuǎn)費用取得最大效果。建筑物圓頂上設(shè)有太陽能發(fā)電裝置，可作為大廈的部分動力來源。玻璃為幕墻的圓頂。從其頂端懸下一支漏斗狀的柱子，下面是會議大廳?！奥┒贰鄙翔偳吨?60塊活動鏡面，把陽光折射進議會大廳，從而降低照明能源消耗。同時，又為了不讓直射的陽光晃眼，在玻璃圓頂?shù)膬?nèi)側(cè)安裝了可移動的鋁網(wǎng)，由電子計算機按照太陽的運動自動調(diào)控位置，其能源來自于國會大廈屋頂上的太陽能電池。同時，還利用地下蓄水層循環(huán)利用熱能：夏季將多余熱量儲存在地下蓄水層中，以備冬季使用；冬季將冷水輸入蓄水層，以備夏季使用。最后，大廈的動力燃料由礦物材料改為植物油，使二氧化碳的年排放量由7000噸降至440噸。建筑物玻璃圓頂三、我國建筑節(jié)能現(xiàn)狀我國能源總量豐富，但人均能源可采儲量遠低于世界平均水平。從能源利用效率來看，目前國內(nèi)能耗高，能源效率低。近幾年我國已經(jīng)成為世界上僅次于美國的第二大石油消費國。80~90年以前，德國建筑采暖能耗標準和我國北方地區(qū)水平差不多，每平方米每年消耗30公斤標準煤，但近年來，德國的這一數(shù)字降低至每平方米4至8.6公斤標準煤。我國對建筑節(jié)能越來越重視，制定了《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB50189-2005等相關(guān)節(jié)能標準，各地也頒發(fā)了一些建筑節(jié)能設(shè)計標準和措施，建筑節(jié)能標準工作發(fā)展迅速，但建筑節(jié)能整體應(yīng)用和效益與德國相比仍顯滯后。建筑節(jié)能設(shè)計首先需要社會各界的支持和重視。在進行節(jié)能建筑設(shè)計時，需要在方案階段，從建筑結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)成、立面構(gòu)造以及防火排煙等進行綜合統(tǒng)籌考慮，以達到理想的效果和節(jié)約投資。要求建筑師和機電工程師不僅僅會做目前傳統(tǒng)的工程設(shè)計，更要對節(jié)能、生態(tài)方面的理念以及相應(yīng)的技術(shù)、設(shè)備和材料有充分的了解。建筑師也應(yīng)該掌握環(huán)境、機電設(shè)計方面的基本知識和最新信息，以設(shè)計出節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的建筑物。四、對以后在設(shè)計工作中的啟發(fā)1.做好技術(shù)力量的貯備。隨著我國建筑設(shè)計水平的不斷提高，建筑電氣的科技含量和自動化程度也越來越高，節(jié)能環(huán)保概念也將越來越得到重視，為了能適應(yīng)這一趨勢和發(fā)展，及時把握國際發(fā)展的趨勢，并