太阳能发表论文

浅议太阳能技术在建筑设计中的应用工学论文

摘要: 能源是人类社会求生存和发展的物质基础，而以石油、煤炭等为基础的常规能源体系曾经极大程度的推动并促进了人类社会的发展，但这些常规的能源体系的过度开发直接导致了环境污染，为了可持续发展，我们应该充分开发和利用洁净能源。

关键词: 太阳能 建筑 能源

一、可持续发展太阳能在未来能源结构中的地位

国际能源机构预测，经济的发展离不开资源，目前全世界最常用的还是化石类能源，但随着经济的发展，煤炭和石油需求量越来越大，终有一天会枯竭。不同能源机构对世界能源供应情况的预测数据各有所不同，但基本结论都是相似的。即全世界的煤炭只能用220年，在未来短时期内化石类能源在能源供给结构站占据很大的比例，但随着科学技术的发展，可再生能源将逐渐替代化石类能源，并在2030之后开始逐渐进入大规模应用，随着经济的持续发展，可再生能源将在能源资源中占据越来越大的比例。与有限的化石燃料能源相比，太阳能堪称最为理想的可再生能源之一。随着太阳的辐射输出，光子能量完全可以转换成各种人类需要的能源。尤其是光能转换为最常见也是最高级的电能，而电能则可以转化为动能、热能等其它形式的能源。也就是我们只要充分利用自然界中最丰富的'太阳能，完全可以满足人类的生活和生产需求。

二、太阳能被充分利用的必然性

现代工业革命开创了现代文明，然而它都是建立在大规模开采和使用化石燃料的基础上的。“石油是工业的血液，煤是工业的粮食”是这一现状的最好诠释。化石燃料作为不可再生能源，之前的大规模开采和使用，已使化石资源日益枯竭，它已逐渐不能满足日益增长的经济需求，还诱发了不少国家之间、区域之间的政治经济纠纷，甚至引起冲突和局部战争。虽然我国矿物能源资源的储量是比较丰富，然而人均能源资源只有世界人均能源资源的二分之一左右。从能源消费结构来看，我国是世界上最大的煤炭消费国，而根据大概的估计，我国的煤炭资源只能开采80年，而石油资源只能开采20年。1997年我国正式成为了《京都议定书》签约国，但其影响和约束，限排压力很大。我国的火力发电，尤其是煤炭发电极大程度的受到了限制。随后我国也正式加入WTO，我国的经济迎来了一个新的机遇，同时我国也正式步入了工业化中期，即重化工业阶段，其能源需求量和消耗量也将快速的增长。从环境保护方面来讲，化石能源的利用已造成了严重的环境污染，温室效应、酸雨等环境问题接踵而来，尤其是温室效应是全人类所面临的环境问题。为了可持续发展我们必须寻求新的可再生的绿色能源，太阳能作为自然界最丰富的洁净能源，而我国全年辐射总量为917—2333kW·h/m2，是世界上太阳能资源丰富的国家之一，因此太阳能是我国可再生能源的首选。

三、太阳能的利用方式

目前太阳能的利用方式可分为光-热转换、光-电转换、光-化学转换。其中最成熟的就是光-热转化和光-电转化。而光-化学转换尚处于研究开发阶段，这种技术包括半导体电极产生电而电解水产生氧，利用氢氧化钙或重金属氢化物热分解储能形式。太阳能制氢问题解决了，才有真正意义上的氢利用，这将是引起时代的变革。 四、太阳能在建筑设计中的应用

目前建筑业是经济发展的重要产业，也是消耗能源较多的行业。尤其是现在住宅不仅仅是一个遮风避雨的场所，人们所追求的是建立在自然环境持续和谐发展基础上的优越的生活环境，即建筑中充分利用绿色能源、尽可能的减少建筑的能源消耗，在保护环境的根本前提下尽可能的因地制宜，合理利用当地的优势条件发展合宜建筑。太阳能作为绿色洁净能源的使用对建筑行业来说是一种全新的发展思路。目前太阳能在建筑设计中的应用主要有太阳能发电、太阳能热水器、太阳能空调及太阳能暖气等，至于太阳能发电在建筑中的应用因其技术限制，导致造价太高，不太适合广泛的推广。下面我们将着重论述太阳能热水系统。太阳能热水器是太阳能技术在建筑设计中应用的最广泛的绿色能源。太阳能热水系统主要是由太阳能集热系统和热水供应系统构成，包括了太阳集热器、贮水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器、水泵设备和福建。其中太阳能集热系统又是太阳能热水系统特有的组成部分，是太阳能是否能得到合理利用的关键。那么怎样充分利用太阳能，充分发挥太阳能热水系统的功效呢？

第一，首先我们在思维上要接受绿色建筑的概念，在建筑设计阶段就要把洁净能源的创意和思维与建筑的设计相结合。

第二，前面提到太阳能集热系统是太阳能利用的关键，因此我们在建筑设计中要运用太阳能热水系统的话，我们首先要做的就是尊重权威的质检部门出局的检测报告，在结合数据中的性能参数，再根据建筑物所在地的太阳能资源与气象条件进行优化设计，确保太阳能集热系统的长期稳定运行。

第三，太阳能热水系统已形成了成熟的理论系统和实际构照，但很多传统的建筑没有给太阳能热水器预留空间。这会阻碍太阳能热水器的推广和发展，因此在设计建筑时要充分考虑到太阳能热水器预留空间。第四，为保证太阳能热水系统的设计合理，建筑设计单位和太阳能热水系统设计单位都应共同参与设计。同时太阳能热水器的安装应该要满足建筑功能和建筑防护要求，做到太阳能热水器和建筑有机结合，与周围环境想协调。总结：建筑是国民经济的主要支柱，而能源也是国民经济的命脉。随着常规能源的日益枯竭和因过度开发带来的系列环境问题，我们应该坚持走可持续发展道路，加快技术研究，充分开发和利用太阳能。

参考文献：

[1]李向军.节能技术在绿色建筑设计中的应用.建筑环境与设备,第38期

[2]崔容强,赵春江,吴达成.并网型太阳能光伏发电系统.化学工业出版社

[3]秦永丽.太阳能利用在绿色建筑设计中的应用.襄阳市水利规划设计院

随着全球经济的迅速发展，人口数量也在不断增加，人们对能源的需求量也在逐渐加大。煤、石油、天然气等矿物燃料的过度开发，使得现有的不可再生能源急剧下降，并且产生了大量CO2气体，这些气体的排放，对全球的气候造成了很大的影响，形成温室效应。温室效应对地球的生态平衡造成了很大影响，严重影响了人们的生活环境。因此，必须实施可持续发展战略，利用可再生环保能源，保护地球环境。我国虽为能源大国，但是由于人口众多，所以人均能源占有率十分低。随着社会的发展，煤炭、石油这些不可再生能源也在日益减少，如何开发新型能源已经成为当前人类面临的重要问题。太阳能作为一种蕴藏丰富，永不枯竭而又绿色环保的新型能源已经广泛被应用到工业生产和人们的生活中。 一、太阳能发电的类型 从实际应用来看，太阳能发电现有光发电和热发电两种，下面就太阳能发电的两大类型进行相关介绍。 （一）太阳能热发电 太阳能热发电的聚光式系统的集热部分主要由聚光器、跟踪定位器、吸收器构成,但是在这里要指出的是，不同的技术常在此部分有所区别;传输部分由管道和介质构成,介质常是空气或水;储热部分用来保证发电的连续性,介质多为熔盐。聚光式系统可分为塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统以及碟式太阳能热发电系统。 1、塔式太阳能热发电系统 塔式太阳能热发电系统也称为集中式太阳能热发电系统。它利用定日镜将太阳光聚焦在中心吸热塔的吸热器上,在那里将聚焦的辐射能转变成热能,然后将热能传递给热力循环的工质,再驱动热机做功发电。 2、槽式太阳能热发电系统 槽式太阳能热发电系统是利用槽式抛物面反射镜聚光的太阳能热发电系统的简称。该聚光镜面从几何上看是将抛物线平移而形成的槽式抛物面,它将太阳光聚在一条线上,在这条焦线上安装有管状集热器,以吸收聚焦后的太阳辐射能,并常常将众多的槽式抛物面串并联成聚光集热器阵列。该系统中机热油回路和动力蒸汽回路分离开来,经过一系列换热器来交换热量。当太阳能供应不足时,利用一个辅助加热器将油回路中的导热油加热,从而实现系统的稳定连续运行。 3、碟式太阳能热发电系统 碟式太阳能热发电系统借助双轴跟踪,利用旋转抛物面反射镜,将入射的太阳辐射进行点聚集,聚光点的温度一般为500—1000℃,吸热器洗手这部分辐射能并将其转换成热能,加热工质以驱动热机(如燃气轮机、斯特林发动机或其他类型透平等),从而将热能转换成电能。该方式的优点是:转化效率最高;可模块化;可以混合发电。 （二）太阳能光发电 太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能,并使之转变成电能的直接发电方式,是的那股劲太阳光发电的主流。目前世界上应用最广泛的太阳电池是单晶体硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。 1、单晶硅电池 单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的加工处理工艺基础上的。它的转换效率最高,技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,而规模生产的单晶硅太阳能电池,其效率为15%。硅电池进展的重要原因之一是表面钝化技术的提高。此外,倒金字塔技术、双层减反射膜技术以及陷光理论的完善也是高晶硅电池发展的主要原因。 2、多晶硅电池 多晶硅电池相对于单晶硅电池来说，在成本上具有很大的优势。但是在转换率上，多晶硅电池无法突破20%，由于它存在着很多缺陷，比如晶粒界面和晶格错位等。 3、薄膜太阳能电池 薄膜太阳能电池发电是另一种光伏发电方式。由于受到原材料、加工工艺和制造过程的制约,若要再大幅度地降低单晶硅太阳电池成本是非常困难的。作为单晶硅电池的替代产品,现在发展了薄膜太阳电池。目前薄膜电池主要有硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜电池、燃料敏化TiO2太阳电池等。 二、太阳能发电的优势 太阳能发电对我国来说具有很大的优势。由于我国的大部分地区的日照时间都较长，特别是西北地区一般都超过3000小时，据资料显示，我国每年接受的太阳辐射总量，相当于24000亿吨煤产生的热量。与其他国家相比，我国丰富的太阳能资源可以节省太阳能电池的用量，有利于太阳能的普及和推广。 另外，随着世界科技的飞速发展，光电材料成本成倍下降，光电转换率不断提高，使得太阳能的发电成本不断降低，而且，对于太阳能发电的研究仍在继续进行，太阳能发电的成本必然接近且有可能低于煤电发电。 三、目前太阳能发电所面临的问题 （一）就我国目前的情况来说，我国太阳能应用的研究起步比较晚，太阳能方面的研究同其他发达国家相比还存在很多不足，太阳能电池的光电转换效率比较低,比如小尺寸(1 cm2)多晶硅太阳能电池的光电转换效率为19.8%,而大尺寸(1000 cm2)多晶硅太阳能电池的光电转换效率为12%,为了降低太阳能发电的成本必须提高太阳能电池的光电转换效率。 （二）我国虽然是太阳能电池的生产大国，但是很多太阳能电池的原材料都需要进口，这无疑中就加大了太阳能发电的成本，这都不利于我国太阳能的大力推广。 四、结语 我们相信，太阳能作为一种绿色、洁净的新型能源，它的开发和应用前景必然是十分广泛的，在不久的将来它必然会代替其他能源逐渐应用到我们的生活和生产等各种活动中，给我们带来绿色、环保的新生活。 参考文献 [1]潇德仁.太阳能电池发电效率参数与机构之研究.中国科技大学[M]. [2]魏祥辉.太阳能电池.华东科技[J].2005 （作者单位：大连宏海新能源发展有限公司）