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1、可 在 生 能 源 利 用 与 建 筑 节 能 专业太阳能（光伏方向） 第一章可再生能源与建筑节能地范畴-3 第二章太阳能与建筑节能 -3 2.1.太阳能热水器地原理 -5 2.2. 阳台壁挂式太阳能热水器 -5 2.3. 太阳能光伏发电 -6 2.4. 太阳能光伏发电系统原理 -6 2.5. 太阳能光伏发电系统地组成-7 2.6. 太阳能采暖与制冷 -8 一、可再生能源与建筑节能地范畴 【摘要】 我国建设领域地节能减耗和污染减排工作越来越受到国内外. 业内 外以及人民群众地普遍关注, 已经成为国家战略地重要组成部分, 提高建筑能源 利用效率是一个非常综合性地问题, 也是一个十分复杂地系统工程
2、, 主要是提高 能源转化效率和实现能源地综合利用. 建筑节能是指在满足居住舒适性要求地前 提下, 在房屋地建造和使用过程中, 通过提高能源利用效率 . 少不必要地资源减和 能源消耗 , 从而达到节约能源地目地 . 它包括屋面 . 楼地面墙 . 和门窗地保温隔热 . 控制房屋窗墙比以及通风. 空调. 照明等设备节能并应用新材料. 技术. 新工艺 , 禁 止使用实心黏土砖 . 限制使用黏土制品 . 合理有效利用能源 . 新能源与可再生能源 地含义在我国是指除常规能源和大型水力发电之外地生物质能. 风能. 太阳能 . 小 水电. 洋能. 热海地能 . 能等能源资源 . 我国可再生能源地资源非常丰富,
3、 开发利氢 用潜力很大 , 大力发展可再生能源在建筑领域中地应用, 是人环境与建筑共生共 容. 永续发展地新建筑模式 , 也是节约能源 . 有效利用资源地重要手段 . 可再生能源在建筑中地应用主要包括地下水源热泵. 土壤源热泵 . 污水源热 泵. 地表水源热泵 . 太阳能生活热水供应 . 太阳能采暖 . 太阳能空调 . 太阳能光电照 明等. 二、太阳能与建筑节能 （1）太阳能在建筑节能中地利用方式： 太阳能地热利用是目前建筑中利用太阳能地主要利用形式. 它包括 被动和主 动式两种形式 . 被动式太阳能房地结构相对简单. 造价低 . 不需要任何辅助能源, 通过建筑方位合理布置和建筑构件地恰当处理
4、, 以自然热交换方式来利用太阳能. 在目前及今后地长时间内, 它是太阳能建筑发展地主流. 主动式太阳房结构较为 复杂, 造价较高 , 需要用电作为辅助能源. 采暖降温系统由太阳集热器. 风机. 泵. 散热器及储热器等组成 . 主动式太阳能系统： 原理： 靠常能 ( 泵. 鼓风机) 运行地系统 , 由集热器 . 蓄热器 . 收集回路 . 分配回路组成 , 通过平板集热器 , 以水为介质收集太阳热. 吸热升温地水 , 贮存於地下水柜内 , 柜 外围以石块 , 通过石块将空气加热後送至室内, 用以供暖 . 如将蓄热器埋於地层深 处, 把夏季过剩地热能贮存起来, 可供其他季节使用 . 主动式太阳能系统
5、按传热介 质又可分为空气循环系统. 水循环系统和水 . 气混合系统 . 主动式太阳能系统主要有：液体平板型集热系统, 空气平板型集热系统 , 真 空管型集热系统 , 聚集型集热系统 , 热泵式集热系统 . 被动式太阳能系统 原理： 用建筑物地一部分实体作为集热器和贮热器, 利用传热介质对流分配热能地 系统. 被动式太阳能系统利用建筑材料地吸热性. 蓄热性和传热介质地对流收集 热能, 贮存热能 , 分配热能 . 被动式太阳能系统在冬季吸收热能作为供暖地热源, 在夏季把建筑物内地热量散发出去, 作为调节室内温度地冷源. 被动式太阳能系 统地能量利用比较充分 , 效率较高 , 经济实惠 , 且简而易
6、行 , 发展前途比较广阔 . 在 中国新疆 . 内蒙. 天津. 肃等地区已有多处采用 . 目前被动式系统有以下五种 直接收益式：在房屋地朝阳面设置大面积双层玻璃窗, 利用室内地地面和墙 体, 作为蓄热体吸收太阳能. 蓄热体可用混凝土 . 砖. 石等材料 , 表面最好用深色 . 白天蓄热 , 夜间利用所蓄热能供暖 . 水墙式：将朝阳墙面做成装水地墙体, 墙外设玻璃幕墙 , 两者之间留出空气 隔层. 在冬季地白天 , 阳光把水墙加热後向室内散热夜晚关闭活动地隔热保温 板, 使已蓄热地水墙能保证室内热量不致散失. 夏季还可利用水墙作为隔热墙之 用, 防止辐射热入室 . 蓄热墙式：将朝阳墙面做成厚重实
7、墙, 外涂黑色 , 外层设玻璃幕墙 , 两者之间 留出空气隔层 . 实墙上留出适当地采光面积, 上. 下留洞口 . 白天室内地冷空气通 过下部洞口 , 进入空气隔层受热上升 , 经由上部洞口进入室内 , 如此形成对流循环 , 室内温度即可不断提高. 夜间将洞口关闭 , 并下帘幕 , 使室内热量不致散失. 夏季 开启厚墙和玻璃幕墙上地小窗, 可通风降温 . 太阳温室式：在房屋外部建一玻璃温室, 与室内有洞口相通 . 白天太阳将温 室加热後 , 实墙已蓄热 , 热量即散入室内 . 实墙也可设计成隔热用地水墙. 温室也 可以作为一个附加地 . 阳光充足地空间 , 作为生活起居之用 , 可以种菜 .
8、栽花或作 室内绿化 , 但在夏季要有遮阳措施 . 屋顶水池式：在屋顶上用透明材料做成水袋或水池, 上盖活动式隔热保温板. 在 冬季地白天 , 将保温板拉开 , 太阳将水加热 , 夜间关闭保温板 . 水有较大地热容 , 可 持续向室内散热 . 夏季地白天大部分阳光被保温板所反射, 其馀被水吸收 , 水袋或 水池起隔热作用夜间打开保温板, 使之散热 . 降温. 2.1 太阳能热水 太阳能热水器地原理 1循环原理：利用冷水比热水密度大, 冷水下沉 , 热水上升 , 形成自然对流 循环. 使水箱中地水逐渐变热 , 达到顾客满意地水温为止. 当太阳强度不足以满足 循环需要地时候 , 可以在水循环闭路加一
9、水泵, 实现强制循环 . 2集热器吸热原理 ：太阳能热水器地集热器表面, 有一特殊地涂层 , 此涂层 对太阳能可见光范围具有很大地吸收率, 吸收为热以后 , 集热器地散热热辐射波 长在长波范围 , 该涂层对长波地发射率很低, 这样就有效地“滞留”了太阳能地 热量. 水循环地具体过程是： 水在集热器表面受热膨胀 , 密度变小 , 而循环回路中 地“冷水”密度较大 , 热水上升至保温水箱 , 冷水下降进入集热器受热, 如此循环 . 水流方向如下图箭头所指, 图中红框为集热器 . 2.2. 阳台壁挂式太阳能热水器 阳台壁挂式太阳能热水器地安装使用不受楼层限制, 可实现高层建筑利用太 阳能生产热水地目
10、地 , 符合国家及广大消费者越来越注重建筑和产品环保节能地 趋势. 阳台壁挂式太阳能热水器地组成一般包括：保温水箱. 功能箱 . 循环管路 . 联箱. 尾托. 集热器 . 安装支架 . 控制面板等（如图（ 1）所示） . 保温水箱有两根 加热棒 , 自带电加热功能 . 阳台壁挂式太阳能热水器地集热器同保温水箱分开布 置. 其中, 集热器安装在室外吸收太阳光, 保温水箱布置在室内储存加热后地热水. 保温水箱同集热器分离 , 保温水箱内地水不同集热器内地介质接触, 而是通过水 箱内地换热器进行换热 . 阳台壁挂式太阳能热水器示意图： 2.3. 太阳能光伏发电 太阳能是人类取之不尽用之不竭地可再生能
11、源, 具有充分地清洁性 . 绝对地 安全性 . 相对地广泛性 . 确实地长寿命和免维护性. 资源地充足性及潜在地经济性 等优点 , 在长期地能源战略中具有重要地位. 光伏发电系统主要由太阳能电池. 蓄电池 . 控制器和逆变器构成. 光伏发电系 统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统：独立太阳能光 伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接地发电方式, 典型特征为需要蓄电池来 存储能量 , 在民用范围内主要用于边远地乡村, 如家庭系统 . 村级太阳能光伏电 站；在工业范围内主要用于电讯. 卫星广播电视 . 太阳能水泵 , 在具备风力发电和 小水电地地区还可以组成混合发电系统等. 并网太
12、阳能光伏发电是指太阳能光伏 发电连接到国家电网地发电地方式, 成为电网地补充 . 我国太阳能资源非常丰富 , 开发利用地潜力非常大 . 我国太阳能发电产业地 应用空间也非常广阔 , 可以应用于并网发电 . 与建材结合 . 解决边远地区用电困难 问题等 . 我国政府对太阳能发电产业也给予了充分地扶持, 先后出台了一系列法 律. 政策, 有力地支持了产业地发展 . 2.4. 太阳能光伏发电系统原理 光伏发电系统是利用半导体界面地光生伏特效应而将光能直接转变为电能地一 种技术 . 这种技术地关键元件是太阳能电池. 太阳能电池经过串联后进行封装保 护可形成大面积地太阳电池组件, 再配合上功率控制器等部
13、件就形成了光伏发电 系统装置 . 2.5. 太阳能光伏发电系统地组成 太阳能光伏发电系统由太阳能电池组. 太阳能控制器 . 蓄电池（组）组成 . 如输出 电源为交流 220V或 110V, 还需要配置逆变器 ( 图 5,6 所示). 各部分地作用为： （一）太阳能电池板太阳能电池板 ( 图 4 所示) 是太阳能发电系统中地核心 部分, 也是太阳能发电系统中价值最高地部分. 其作用是将太阳能转化为电能, 或 送往蓄电池中存储起来, 或推动负载工作 . 太阳能电池板地质量和成本将直接决 定整个系统地质量和成本. 图 4 太阳能电池板 （二） 太阳能控制器 太阳能控制器地作用是控制整个系统地工作状态
14、, 并对 蓄电池起到过充电保护 . 过放电保护地作用 . 在温差较大地地方 , 合格地控制器还 应具备温度补偿地功能 . 其他附加功能如光控开关. 时控开关都应当是控制器地 可选项 . （三） 蓄电池 一般为铅酸电池 , 一般有12V 和24V 这两种 , 小微型系统中 , 也可 用镍氢电池 . 镍镉电池或锂电池 . 其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出地 电能储存起来 , 到需要地时候再释放出来 . （四） 逆变器 在很多场合 , 都需要提供 AC220 V.AC110V 地交流电源 . 由于太阳 能地直接输出一般都是 DC12V .DC24V.DC48V. 为能向AC220V 地电器提供
15、电能 , 需要 将太阳能发电系统所发出地直流电能转换成交流电能, 因此需要使用 DC - AC 逆变器 . 在某些场合 , 需要使用多种电压地负载时, 也要用到 DC - DC 逆变器 , 如将24VDC 地电能转换成 5VDC 地电能（注意 , 不是简单地降压） . 太阳能电池 发电系统地组成原理 太阳能电池发电系统地组成原理 2.6. 太阳能采暖与制冷 利用太阳能进行空气调节有两种方法：一是先实现光- 电转换 , 再以电力推 动常规地空调机组；二是进行光-热转换 , 以太阳产生地热能为空调机组进行制 冷. 前者系统比较简单 , 但以目前成本计算 , 其造价约为后者地 3-4 倍；后者与 光
16、-热转换直接利用不同 , 是一个“光 - 热- 冷”地转换过程 , 为太阳能地间接利用 . 系统组成及工作原理 太阳能采暖 - 制冷 - 热水三联供系统（如下图所示）由以下六个子系统组 成：太阳能集热系统 . 低温热水辐射地板采暖系统. 热水供应系统 . 辅助能源系统 . 风冷系统 . 自动控制系统 . 本系统是对太阳能 . 热泵. 低温热水辐射地板采暖地综合利用. 春. 夏. 秋可完 全依靠太阳能提供足够地日常生活用热水；夏季用热泵和风机盘管制冷, 冬季以 太阳能为热源 , 热泵为辅助能源完成采暖和热水供应地任务. 在本系统中太阳能 采用地暖专用集热器 , 集热效率高 , 系统能稳定性强 . 辅助能源为低温热泵机组, 它弥补了太阳能地间歇性和随季节变化带来地不稳定性, 对新一代低温热泵地应 用进一步提高了系统工作效率；而低温热水辐射地板采暖环保节能, 不占用居室 空间, 热稳定性好 , 使用低温热水不结垢 , 可以连续使用 50 年以上 . 夏季制冷系统 使低温热泵机组得到有效利用, 不仅降低初投资费用, 还实现了系统整体化地布 置, 有利于装饰和维护管理 . 太阳能 . 低温热泵机组地有效结合, 优势互补 , 再加上 全智能化控制系统 , 实现了零能耗 +低能耗无污染地运行方式, 符合节能减排地大 政策, 为用户创造了舒适地生活环境, 是值得进一步研究和推广地系统.