太阳能工程

太阳能工程

来自 网络 的图片

近些年雾霾愈发严重，清洁能源的利用亦被各界更多的重视起来。在由高碳走向低碳的碳革命中，作为新型的清洁能源，太阳能工程在节能环保方面备受关注。

太阳能工程本质上是太阳能的利用，包括太阳能的光热利用和光电利用。

目录

基本内容

中文名：太阳能工程

使用介质：太阳

外文名：solar energy engineering

类别：新型的开发方式

发展现状

据统计，太阳能工程太阳能热水系统可以实现建筑节能10%至15%，而住宅采用太阳能供暖系统，将为建筑能耗节省45%左右，优越性不言而喻。

在由高碳走向低碳的碳革命中，太阳能热利用的节能环保备受关注。太阳能光热工程不仅仅是为社会提供产品，而且已经成为中国发展战略一部分，因此应该从太阳能工程发展战略科学评价太阳能工程不同产品，引导太阳能产业健康发展，影响国家太阳能政策对社会资源合理分配，促进太阳能企业健康成长，增强竞争力。

中国太阳能产业布局合理，产业链完善，市场规模巨大。在国内外有知识产权，有定价权，发言权，这是中国各行业中在国外市场权利最多行业。中国太阳能产业在世界太阳能光热市场占有率为95%。

综观太阳能热利用的现状，国外主要以平板太阳能为主，国内则以真空管为主。在能源利用效率方面，平板热效率可达到76%以上。(虽然国外以平板太阳能为主，但是这与国外太阳能社会资源有关），以及所处地理位置有关。平板太阳能热效率可达76/100,是在夏季赤道位置，因为平板太阳能有温室效应，并不是所有地区具有条件。中国太阳能经历平板太阳能向真空管发展选择。真空管太阳能热水器销量减小局面，这与金融危机的经济状况，国家经济政策，真空管太阳能热水器发展规律及企业经营行为有关。并不能说真空管太阳能产品不适应市场。完善真空管太阳能产品，优化我国太阳能产业社会资源，满足社会不断进步需求。在太阳能与建筑一体化应用中，平板太阳能更符合建筑的美观性，并且兼具屋面和集热双重功能。

在中国太阳能热水器市场上，真空管热水器占有绝对优势是一个不争的事实，而且发展势头也异常火爆，前景更是迷人。但我们不可忽视的是近年来平板热水器异军突起，成为展会上的亮点，国内用户的新宠，国际市场的主流，甚至还被一些专家学者认为是未来太阳能热水器的发展方向。如果我们沾沾自喜于真空管热水器的规模和水平，而不去认真地研究平板太阳能热水器的优势与发展，我们就不可能放眼长远，把握未来，掌握进军国际高端市场的主动权。

此外，新型的太阳能工程还有光电转换的发电技术应用、进行电能储蓄的太阳能电池也得到了国内外的广泛关注。

平板型太阳能热水器

构成

主要是由平板集热器、储水箱、水管、支架及配件等部分组成。

平板集热器是平板热水器的关键部件，其热性能高低是衡量热水器好坏的重要指标。它主要包括涂有选择性吸收涂层的吸热板、透光材料盖板、保温层和外壳四大部分。

吸热板的材料国外基本上都用铜和不锈钢，国内已经大量采用铜材、铝合金、钢材、镀锌板，沿海水质较差的地区，则可用塑料或玻璃来替代。金属表面的反射率高，吸收率低，为了增强吸收效果，必须在金属表面也即吸热板上制备涂层。按制备工艺不同，可将涂层分为电镀涂层、电化学转化涂层、真空镀膜涂层和涂料涂层四种主要形式。

在吸热板上面安装透光材料盖板，使盖板透过可见光而不透过远红外线，从而减少能量向周围环境的散失，更有效地提高吸热板和水的温度。国内外采用的盖板材料主要有普通平板玻璃、钢化玻璃和玻璃钢等，其中应用最广泛的还是钢化玻璃。

在吸热板的四周和底部安放保温材料，用来减少集热器向四周环境散失热量，以提高集热器的效率。常用的保温材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯和聚氨脂等。聚苯乙烯在温度较高时会收缩，因此在使用它作保温材料时，往往在它与吸热板之间先放一薄层岩棉或矿棉。

为了将吸热板、透光盖板和保温层组成一个整体，并保持有一定的刚度和强度便于安装，需要有一个较为坚固美观的外壳，一般用铝材、钢材、塑料、玻璃等做成。

原理

当阳光透过玻璃盖板照在平板吸热板上时，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。通过自然循环或强迫循环，而将储水箱内的水加热。

自然循环式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在储水箱及收集器中自然流动。由于密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。

强迫循环的热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水，故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。[1]

发展历程

太阳能工程平板太阳能热水器在我国的发展经历了一个“U”字形过程，现在又在新的起点上逐步抬头，引起了专家学者和企业界的高度关注。

据有关资料表明，1997年中国太阳能热水器的年产量达350万平方米，其中平板太阳能热水器约占45%，真空管热水器约占30%。到2001年平板太阳能热水器的比例就下降到了26.3%，而真空管热水器上升到63.2%。经过近10年的持续下滑，中国平板太阳能热水器产量所占份额也就仅有10%左右了。

然而，在国际市场上，平板太阳能热水器却始终是主导产品，国外(如日本、美国等)90%以上的太阳能热水系统都采用平板型太阳集热器，即使在冬季十分寒冷的丹麦、瑞典等北欧国家也毫不例外。中国有关部门对全球太阳能热水器发展情况进行了统计分析。被统计的欧洲、美洲、大洋洲和亚洲的21个国家中的433家太阳能企业中，有平板太阳能热水器401家，占企业总数的92.61%；有真空管太阳能热水器12家，占企业总数的2.77%；简易太阳能热水器20家，占企业总数的4.62%。显然，在国外太阳能热水器应用中，平板太阳能热水器生产经营企业远远大于其他产品类型企业数量。

随着新能源的推广和普及，以及科技的进步和发展，中国平板太阳能热水器的技术水平和产品性能、质量也在不断提高，并在一体化等多个方面表现出独特的发展优势。2008年北京奥运会工程之一“奥运村”，在大规模太阳能热水系统招标中，选择了德国企业欧科生产的金属—玻璃真空管式（直流式热管）太阳能集热器，让中国真空管太阳能热水器生产企业不得不凝神反思。在第六届中国太阳能品牌产品博览会上，海尔太阳能中标澳洲一万平方米平板集热器大单成为惹人眼红的新闻。海尔集团从德国引进先进平板集热技术，开发出适合中国市场的高温平板太阳能集热器，成功解决了平板太阳能的保温性、密封性等行业难题。一些国内品牌企业也纷纷投资平板太阳能热水器项目。经过太阳能热水器行业和建筑业界的共同努力，中国平板太阳能热水器正从低谷走向了新的发展阶段。

优势特点

太阳能工程平板太阳能热水器经过了几十年的发展，技术已经更趋成熟和完善，并具备了其它类型太阳能所不具备的优势特点。

（1）特别适合与建筑一体化要求。平板太阳能热水器由于其平面结构特性，在太阳能的建筑一体化应用中，形态结构灵活随意，设计时不受形态或尺寸的约束，易于实现与建筑构件的结合。再加上它的集热板为金属材质，可方便采用丝结、焊接等连接方式，为安装、维护和使用提供了便利。

（2）具有较高的热效率。因为真空管太阳能集热器是由若干根真空管组成的，管子之间存在着间隙，在被太阳光照射时，有一部分太阳能没有被集热器所接受。平板太阳能集热器却是一个连续的平面，整个集热器表面都可以接受太阳光。所以，在相同的采光面积和日照强度下，平板太阳能热水器的日平均效率一般要高于真空管太阳能热水器日平均效率6%以上。

（3）具有良好的承压性能。由于平板太阳能集热器的吸热板是由金属材料制成的，集热器与贮水箱的连接也采用金属零件，因此，可承受来自自来水和循环泵的压力。城市用水一般都采用集中供水系统，自来水压力较高，这就要求从太阳能热水器出来的热水要有一定的压力，从而，减小热水器出水口与自来水出水口之间的压差，为用户使用提供方便和舒适。

（4）组成大系统时性能稳定。对于一些大型的场所，如宾馆、游泳馆、工厂等地方，在使用太阳能热水器时，往往需要很多块太阳能集热器组成大规模的供水系统。如果采用平板太阳能集热器，在集热器与系统之间用金属连接，而不是和真空管太阳能热水器那样用橡塑件连接，就可以保证整个系统的稳定性。因此，在建立大规模太阳能热水系统的时候，往往采用平板太阳能集热。此外，由于平板太阳能热水器结构简单，加工方便和易于规模化生产，还使得它具有制造成本低、安装费用省和使用寿命长等特点。当然，平板太阳能集热器存在的热损失偏高和防冻等问题，也需要通过科技创新进一步得到解决。为了积极参与国际竞争，开拓国内高端市场，我们必须重视平板太阳能热水器的研究与开发，以更加开放的心态，提高我国太阳能热利用的技术水平和国际化水平。

光伏发电技术

原理

将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术。是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的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的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。

优势特点

光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点；发电设备主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。

太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源，受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示，2050年前太阳能光伏(PV)系统将最多为全球贡献16%的电力，来自太阳能发电厂的太阳能热力发电(STE)将提供11%的电力。

发电方式

光伏发电是利用太阳能进行发电，其方式有多种。已实用的主要有以下两种。

（1）光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。

（2）光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

发展规划

因地制宜推进太阳能热发电示范工程建设。按照总体规划、分步实施的思路，积极推进太阳能热发电产业进程。太阳能热发电先期发展以示范为主，通过首批太阳能热发电示范工程建设，促进技术进步和规模化发展，带动设备国产化，逐步培育形成产业集成能力。按照先示范后推广的发展原则，及时总结示范项目建设经验，扩大热发电项目市场规模，推动西部资源条件好、具备消纳条件、生态条件允许地区的太阳能热发电基地建设，充分发挥太阳能热发电的调峰作用，实现与风电、光伏的互补运行。尝试煤电耦合太阳能热发电示范的运行机制。提高太阳能热发电设备技术水平和系统设计能力，提升系统集成能力和产业配套能力，形成我国自主化的太阳能热发电技术和产业体系。到 2020 年，力争建成太阳能热发电项目 500 万 kW。

大力推广太阳能热利用的多元化发展。持续扩大太阳能热利用在城乡的普及应用，积极推进太阳能供暖、制冷技术发展，实现太阳能热水、采暖、制冷系统的规模化利用，促进太阳能与其他能源的互补应用。继续在城镇民用建筑以及广大农村地区普及太阳能热水系统，到 2020 年，太阳能热水系统累计安装面积达到 4.5 亿。加快太阳能供暖、制冷系统在建筑领域的应用，扩大太阳能热利用技术在工农业生产领域的应用规模。到 2020 年，太阳能热利用集热面积达到 8 亿。

积极推进光伏扶贫工程。充分利用太阳能资源分布广的特点，重点在前期开展试点的、光照条件好的建档立卡贫困村，以资产收益扶贫和整村推进的方式，建设户用光伏发电系统或村级大型光伏电站，保障 280 万建档立卡无劳动能力贫困户 ( 包括残疾人 ) 每年每户增加收入 3000 元以上；其他光照条件好的贫困地区可按照精准扶贫的要求，因地制宜推进光伏扶贫工程。