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| 太陽能工程 |
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近些年霧霾愈發嚴重，清潔能源的利用亦被各界更多的重視起來。在由高碳走向低碳的碳革命中，作為新型的清潔能源，太陽能工程在節能環保方面備受關注。
太陽能工程本質上是太陽能的利用，包括太陽能的光熱利用和光電利用。
基本內容
中文名：太陽能工程
使用介質：太陽
外文名：solar energy engineering
類別：新型的開發方式
發展現狀
據統計，太陽能工程太陽能熱水系統可以實現建築節能10%至15%，而住宅採用太陽能供暖系統，將為建築能耗節省45%左右，優越性不言而喻。
在由高碳走向低碳的碳革命中，太陽能熱利用的節能環保備受關注。太陽能光熱工程不僅僅是為社會提供產品，而且已經成為中國發展戰略一部分，因此應該從太陽能工程發展戰略科學評價太陽能工程不同產品，引導太陽能產業健康發展，影響國家太陽能政策對社會資源合理分配，促進太陽能企業健康成長，增強競爭力。
中國太陽能產業布局合理，產業鏈完善，市場規模巨大。在國內外有知識產權，有定價權，發言權，這是中國各行業中在國外市場權利最多行業。中國太陽能產業在世界太陽能光熱市場占有率為95%。
綜觀太陽能熱利用的現狀，國外主要以平板太陽能為主，國內則以真空管為主。在能源利用效率方面，平板熱效率可達到76%以上。(雖然國外以平板太陽能為主，但是這與國外太陽能社會資源有關），以及所處地理位置有關。平板太陽能熱效率可達76/100,是在夏季赤道位置，因為平板太陽能有溫室效應，並不是所有地區具有條件。中國太陽能經歷平板太陽能向真空管發展選擇。真空管太陽能熱水器銷量減小局面，這與金融危機的經濟狀況，國家經濟政策，真空管太陽能熱水器發展規律及企業經營行為有關。並不能說真空管太陽能產品不適應市場。完善真空管太陽能產品，優化我國太陽能產業社會資源，滿足社會不斷進步需求。在太陽能與建築一體化應用中，平板太陽能更符合建築的美觀性，並且兼具屋面和集熱雙重功能。
在中國太陽能熱水器市場上，真空管熱水器占有絕對優勢是一個不爭的事實，而且發展勢頭也異常火爆，前景更是迷人。但我們不可忽視的是近年來平板熱水器異軍突起，成為展會上的亮點，國內用戶的新寵，國際市場的主流，甚至還被一些專家學者認為是未來太陽能熱水器的發展方向。如果我們沾沾自喜於真空管熱水器的規模和水平，而不去認真地研究平板太陽能熱水器的優勢與發展，我們就不可能放眼長遠，把握未來，掌握進軍國際高端市場的主動權。
此外，新型的太陽能工程還有光電轉換的發電技術應用、進行電能儲蓄的太陽能電池也得到了國內外的廣泛關注。
平板型太陽能熱水器
構成
平板集熱器是平板熱水器的關鍵部件，其熱性能高低是衡量熱水器好壞的重要指標。它主要包括塗有選擇性吸收塗層的吸熱板、透光材料蓋板、保溫層和外殼四大部分。
吸熱板的材料國外基本上都用銅和不鏽鋼，國內已經大量採用銅材、鋁合金、鋼材、鍍鋅板，沿海水質較差的地區，則可用塑料或玻璃來替代。金屬表面的反射率高，吸收率低，為了增強吸收效果，必須在金屬表面也即吸熱板上製備塗層。按製備工藝不同，可將塗層分為電鍍塗層、電化學轉化塗層、真空鍍膜塗層和塗料塗層四種主要形式。
在吸熱板上面安裝透光材料蓋板，使蓋板透過可見光而不透過遠紅外線，從而減少能量向周圍環境的散失，更有效地提高吸熱板和水的溫度。國內外採用的蓋板材料主要有普通平板玻璃、鋼化玻璃和玻璃鋼等，其中應用最廣泛的還是鋼化玻璃。
在吸熱板的四周和底部安放保溫材料，用來減少集熱器向四周環境散失熱量，以提高集熱器的效率。常用的保溫材料有岩棉、礦棉、聚苯乙烯和聚氨脂等。聚苯乙烯在溫度較高時會收縮，因此在使用它作保溫材料時，往往在它與吸熱板之間先放一薄層岩棉或礦棉。
為了將吸熱板、透光蓋板和保溫層組成一個整體，並保持有一定的剛度和強度便於安裝，需要有一個較為堅固美觀的外殼，一般用鋁材、鋼材、塑料、玻璃等做成。
原理
當陽光透過玻璃蓋板照在平板吸熱板上時，其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收，轉變為熱能，並傳向流體通道中的工質。通過自然循環或強迫循環，而將儲水箱內的水加熱。
自然循環式的儲存箱置於收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱，溫度上升，造成收集器及儲水箱中水溫不同而產生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現像，促使水在儲水箱及收集器中自然流動。由於密度差的關係，水流量於收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環水，維護甚為簡單，故已被廣泛採用。
強迫循環的熱水系統用水使水在收集器與儲水箱之間循環。當收集器頂端水溫高於儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失。由此種型式的熱水系統的流量可得知（因來自水的流量可知），容易預測性能，亦可推算於若干時間內的加熱水量。如在同樣設計條件下，其較自然循環方式具有可以獲得較高水溫的長處，但因其必須利用水，故有水電力、維護（如漏水等）以及控制裝置時動時停，容易損壞水等問題存在。因此，除大型熱水系統或需要較高水溫的情形，才選擇強制循環式，一般大多用自然循環式熱水器。[1]
發展歷程
太陽能工程平板太陽能熱水器在我國的發展經歷了一個「U」字形過程，現在又在新的起點上逐步抬頭，引起了專家學者和企業界的高度關注。
據有關資料表明，1997年中國太陽能熱水器的年產量達350萬平方米，其中平板太陽能熱水器約占45%，真空管熱水器約占30%。到2001年平板太陽能熱水器的比例就下降到了26.3%，而真空管熱水器上升到63.2%。經過近10年的持續下滑，中國平板太陽能熱水器產量所占份額也就僅有10%左右了。
然而，在國際市場上，平板太陽能熱水器卻始終是主導產品，國外(如日本、美國等)90%以上的太陽能熱水系統都採用平板型太陽集熱器，即使在冬季十分寒冷的丹麥、瑞典等北歐國家也毫不例外。中國有關部門對全球太陽能熱水器發展情況進行了統計分析。被統計的歐洲、美洲、大洋洲和亞洲的21個國家中的433家太陽能企業中，有平板太陽能熱水器401家，占企業總數的92.61%；有真空管太陽能熱水器12家，占企業總數的2.77%；簡易太陽能熱水器20家，占企業總數的4.62%。顯然，在國外太陽能熱水器應用中，平板太陽能熱水器生產經營企業遠遠大於其他產品類型企業數量。
隨着新能源的推廣和普及，以及科技的進步和發展，中國平板太陽能熱水器的技術水平和產品性能、質量也在不斷提高，並在一體化等多個方面表現出獨特的發展優勢。2008年北京奧運會工程之一「奧運村」，在大規模太陽能熱水系統招標中，選擇了德國企業歐科生產的金屬—玻璃真空管式（直流式熱管）太陽能集熱器，讓中國真空管太陽能熱水器生產企業不得不凝神反思。在第六屆中國太陽能品牌產品博覽會上，海爾太陽能中標澳洲一萬平方米平板集熱器大單成為惹人眼紅的新聞。海爾集團從德國引進先進平板集熱技術，開發出適合中國市場的高溫平板太陽能集熱器，成功解決了平板太陽能的保溫性、密封性等行業難題。一些國內品牌企業也紛紛投資平板太陽能熱水器項目。經過太陽能熱水器行業和建築業界的共同努力，中國平板太陽能熱水器正從低谷走向了新的發展階段。
優勢特點
太陽能工程平板太陽能熱水器經過了幾十年的發展，技術已經更趨成熟和完善，並具備了其它類型太陽能所不具備的優勢特點。
（1）特別適合與建築一體化要求。平板太陽能熱水器由於其平面結構特性，在太陽能的建築一體化應用中，形態結構靈活隨意，設計時不受形態或尺寸的約束，易於實現與建築構件的結合。再加上它的集熱板為金屬材質，可方便採用絲結、焊接等連接方式，為安裝、維護和使用提供了便利。
（2）具有較高的熱效率。因為真空管太陽能集熱器是由若干根真空管組成的，管子之間存在着間隙，在被太陽光照射時，有一部分太陽能沒有被集熱器所接受。平板太陽能集熱器卻是一個連續的平面，整個集熱器表面都可以接受太陽光。所以，在相同的採光面積和日照強度下，平板太陽能熱水器的日平均效率一般要高於真空管太陽能熱水器日平均效率6%以上。
（3）具有良好的承壓性能。由於平板太陽能集熱器的吸熱板是由金屬材料製成的，集熱器與貯水箱的連接也採用金屬零件，因此，可承受來自自來水和循環泵的壓力。城市用水一般都採用集中供水系統，自來水壓力較高，這就要求從太陽能熱水器出來的熱水要有一定的壓力，從而，減小熱水器出水口與自來水出水口之間的壓差，為用戶使用提供方便和舒適。
（4）組成大系統時性能穩定。對於一些大型的場所，如賓館、游泳館、工廠等地方，在使用太陽能熱水器時，往往需要很多塊太陽能集熱器組成大規模的供水系統。如果採用平板太陽能集熱器，在集熱器與系統之間用金屬連接，而不是和真空管太陽能熱水器那樣用橡塑件連接，就可以保證整個系統的穩定性。因此，在建立大規模太陽能熱水系統的時候，往往採用平板太陽能集熱。此外，由於平板太陽能熱水器結構簡單，加工方便和易於規模化生產，還使得它具有製造成本低、安裝費用省和使用壽命長等特點。當然，平板太陽能集熱器存在的熱損失偏高和防凍等問題，也需要通過科技創新進一步得到解決。為了積極參與國際競爭，開拓國內高端市場，我們必須重視平板太陽能熱水器的研究與開發，以更加開放的心態，提高我國太陽能熱利用的技術水平和國際化水平。
光伏發電技術
原理
將太陽能直接轉換為電能的技術稱為光伏發電技術。是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。不論是獨立使用還是併網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成。
優勢特點
光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地；光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點；發電設備主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發電設備極為精煉,可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。
太陽能在2050年前可能將成為電力的主要來源，受助於發電設備成本大跌。IEA報告表示，2050年前太陽能光伏(PV)系統將最多為全球貢獻16%的電力，來自太陽能發電廠的太陽能熱力發電(STE)將提供11%的電力。
發電方式
光伏發電是利用太陽能進行發電，其方式有多種。已實用的主要有以下兩種。
（1）光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換，後一過程為熱—電轉換。
（2）光—電轉換。其基本原理是利用光生伏特效應將太陽輻射能直接轉換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。
發展規劃
因地制宜推進太陽能熱發電示範工程建設。按照總體規劃、分步實施的思路，積極推進太陽能熱發電產業進程。太陽能熱發電先期發展以示範為主，通過首批太陽能熱發電示範工程建設，促進技術進步和規模化發展，帶動設備國產化，逐步培育形成產業集成能力。按照先示範後推廣的發展原則，及時總結示範項目建設經驗，擴大熱發電項目市場規模，推動西部資源條件好、具備消納條件、生態條件允許地區的太陽能熱發電基地建設，充分發揮太陽能熱發電的調峰作用，實現與風電、光伏的互補運行。嘗試煤電耦合太陽能熱發電示範的運行機制。提高太陽能熱發電設備技術水平和系統設計能力，提升系統集成能力和產業配套能力，形成我國自主化的太陽能熱發電技術和產業體系。到 2020 年，力爭建成太陽能熱發電項目 500 萬 kW。
大力推廣太陽能熱利用的多元化發展。持續擴大太陽能熱利用在城鄉的普及應用，積極推進太陽能供暖、製冷技術發展，實現太陽能熱水、採暖、製冷系統的規模化利用，促進太陽能與其他能源的互補應用。繼續在城鎮民用建築以及廣大農村地區普及太陽能熱水系統，到 2020 年，太陽能熱水系統累計安裝面積達到 4.5 億。加快太陽能供暖、製冷系統在建築領域的應用，擴大太陽能熱利用技術在工農業生產領域的應用規模。到 2020 年，太陽能熱利用集熱面積達到 8 億。
積極推進光伏扶貧工程。充分利用太陽能資源分布廣的特點，重點在前期開展試點的、光照條件好的建檔立卡貧困村，以資產收益扶貧和整村推進的方式，建設戶用光伏發電系統或村級大型光伏電站，保障 280 萬建檔立卡無勞動能力貧困戶 ( 包括殘疾人 ) 每年每戶增加收入 3000 元以上；其他光照條件好的貧困地區可按照精準扶貧的要求，因地制宜推進光伏扶貧工程。[1]
參考文獻
- ↑ 太陽能工程相關計算公式愛問文庫網，2023-01-18