太阳能在新型建筑中的应用

1、建筑工程与力学学院太阳能在新型建筑中的应用太阳能在新型建筑中的应用现状和展望建筑工程与力学学院目录目录 太阳能利用及其重要意义（3-10页） 太阳能光伏发电技术（11-27页） 太阳能光伏的发展现状（11-20页） 太阳能光伏建筑一体化（21-27页） 太阳能的热利用技术（28-38页） 被动式太阳房（29-31页） 主动式太阳房（32-38页） 太阳能的发展趋势和前景（39页）建筑工程与力学学院太阳能利用及其重要意义太阳能利用及其重要意义建筑工程与力学学院太阳能简介太阳能简介 根据推算，太阳每秒钟向外发射的能量为根据推算，太阳每秒钟向外发射的能量为3.743.7410102626 J, J,

2、相当于每秒燃烧相当于每秒燃烧1.281.2810101616 T T标准标准煤所放出的能量煤所放出的能量, ,太阳辐射出来的总功率只有太阳辐射出来的总功率只有二十二十二亿分之一二亿分之一能够到达地球大气层上界，即到达地能够到达地球大气层上界，即到达地球大气层上界的太阳辐射功率约为球大气层上界的太阳辐射功率约为1.731.7310101717 W W, ,相当于相当于1.731.73亿个百万千瓦级亿个百万千瓦级发电厂发出的总功率。发电厂发出的总功率。 能够穿透大气层到达地球表面的太阳辐射总功率能够穿透大气层到达地球表面的太阳辐射总功率约为约为8.18.110101616 W W，约占达到地球大气

3、层太阳辐射，约占达到地球大气层太阳辐射总功率的总功率的47%47%建筑工程与力学学院太阳能简介太阳能简介 优点：清洁的可再生能源 ，取之不尽用之不竭，分布广 获取容易 缺点：能流密度低 (小于1kW /)；能量随时间和天气呈现出不稳定性和不连续性。 广义：太阳辐射能，可再生能和化石能源 狭义：太阳辐射能 利用途径：太阳能热利用和太阳能光伏发电建筑工程与力学学院我国太阳辐射能的分布我国太阳辐射能的分布建筑工程与力学学院能源消耗分布图能源消耗分布图 European Union，总能量1012 MWh建筑工程与力学学院太阳能利用的背景太阳能利用的背景 人类的三大危机：能源、粮食和环境 新能源开发中

4、，太阳能利用成为重中之重。 我国石油进口已经超过50%，且化石能源环境污染严重，因此，发展新能源已成为国家十二五的战略规划。 中国作为全球最大的太阳能技术利用的设备制造基地，已形成完整的设备制造产业链。 太阳能利用，利国利民，前途光明建筑工程与力学学院太阳能在建筑中应用的意义太阳能在建筑中应用的意义 北方城镇建筑采暖用能1.5亿吨标煤/年，相当于非发电用煤15%；空调用电日益增； 过渡地区采暖需求增长； 南方建筑能耗主要为空调除湿（南方城市夏季空调用电占总电量40以上）； 生活热水用能急剧增加。 太阳能可在建筑生活热水供应热水供应、采暖空调采暖空调等高能耗环节发挥重要作用重要作用！建筑工程与力

5、学学院太阳能在建筑中应用的可行性太阳能在建筑中应用的可行性 各类建筑是利用太阳能资源的良好载体 四季供应热水 夏季空调 冬季采暖 强化室内自然通风 自然采光照明 部分电力供应建筑工程与力学学院太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电技术建筑工程与力学学院半导体物理知识的简介半导体物理知识的简介 固体的导电能力：导体，绝缘体和半导体 本征半导体：纯净的半导体 N型半导体：在硅晶体中掺有微量的5价杂质，掺杂后的晶体含有多余的自由电子而带负电。 P型半导体：在硅晶体中掺有微量的3价杂质，掺杂后的晶体造成电子短缺，即空穴，而空穴可以接受相邻的电子而向周围传递，故等同于带正电的自由粒子。建筑工程与力学学院半导体

6、物理知识的简介半导体物理知识的简介 PN结：将P型半导体与N型半导体制作在一起，那么在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。 空间电荷区：由于自由电子的扩散运动和内建电场导致的漂移运动,使PN结的中间部位产生一个很薄的电荷区。建筑工程与力学学院光伏效应的简介光伏效应的简介 太阳能电池(光伏电池)：通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。 光伏效应：暴露在光线下的半导体或半导体与金属组合的部位间产生电势差的现象。 过程：在光照射情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累而形成电势（两端断开时的开路电压）。两侧引出电极并接上负载，从而输出功率。建筑工程与力学学院太阳能光伏发电的

7、工作原理太阳能光伏发电的工作原理 太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子空穴对，称为“光子载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电； 电性相反的光生载流子被半导体p-n结所产生的静电场分离开； 光生载流子，即电子和空穴，分别被太阳能电池的正、负极所收集并在外电路中产生电流，从而获得电能建筑工程与力学学院原理图原理图建筑工程与力学学院世界太阳能电池年增长率和累计安装量世界太阳能电池年增长率和累计安装量 年份项目969798992000200120022003200420042005200620072007年产量/GWP0.0890.126 0.155 0.2010.2870.3

8、910.5610.7462.473.733.73年增长率/%14.24223.13042.935.74432.561.261.246.74250.950.9累计安装量0.6550.791 0.946 1.1471.4351.8252.3873.1314.3314.3316.098.5612.3012.30数据来源：PV News March，2008 Paul Maycock建筑工程与力学学院世界太阳能电池产量排名世界太阳能电池产量排名国家或地区2006年产量/MW2006年地区排名2007年产量/MW2007年地区排名日本926.91920.02欧洲（含德国）680.32

9、1062.81德国507.8810.0中中国国369.53821.03中中国国台台湾湾177.55368.04美国179.64266.15其他140.0295.2合计2473.83733.0数据来源：PV News 2008 March2007年，中国太阳能电池产量飞速增长，达到821MW,比2006年的369.5MW增长451.5MW ,增幅高达1.22倍，占世界总产量的21.99%，跃居世界第二位第二位，但生产的821MW太阳能电池，国内市场应用仅为15MW,98%以上出口至国际市场，主要是欧洲市场。建筑工程与力学学院世界前世界前16位生产厂商以及其产量位生产厂商以及其产量公司名称2006

10、年2007年产量/MWP排名产量/MWP排名Q-Cell(DE)253.12389.21Sharp(JP)（夏普）434.41363.02SuntechSuntech（CHCH）无）无锡尚锡尚德德157.5157.54 43273273 3Kyocera(JP)18032074Firstsolar(US+DE)60132074Motech(TW)(台湾茂迪)10271965Sanyo(JP)15551656Sun Power(PH)62.711150.07保定英利（保定英利（CHCH）35.035.0 142.5142.58 8Solar World(whole)86.09130.09Misu

11、bishi(JP)111612110Jing-AoJing-Ao（CHCH）晶澳）晶澳2525113.2113.21111BP Solar (whole)85.710101.612SolarfunSolarfun（CHCH）江）江苏苏林洋林洋25.025.088.088.01313Isofoton（SP）61128514Schott solar (US+DE)93.0880.015CEEG NanjingCEEG Nanjing南京中南京中电电气电电气54.054.0141478.078.01616数据来源：PV News Vol.27，No.3,March 2008.建筑工程与力学学院太阳能

12、光伏发电系统太阳能光伏发电系统 分类：离网（独立）和并网光伏发电系统 组成：电池阵列,控制器,逆变器和蓄电池建筑工程与力学学院光伏建筑一体化光伏建筑一体化(BIPV) 定义：将传统幕墙、屋顶与光电转换技术相结合的一种新型建筑模式，即将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。主要是利用太阳能发电的一种新型、绿色的能源技术。建筑工程与力学学院光伏建筑一体化的优缺点光伏建筑一体化的优缺点 优点： 1. 不消耗常规的化石燃料，是清洁的绿色能源； 2. 安装在建筑屋顶或南立面上，不占用土地； 3. 没有任何噪声，没有污染物排放； 4. 满足建筑美学、采光和安全性的要求。 缺点： 1. 造

13、价高，成本高。成本：2.5元/度； 2. 不稳定，受天气影响大，有波动性。建筑工程与力学学院实例实例-庞贝庞贝法布拉图书馆法布拉图书馆 1996年，世界上第一座BIPV建筑 53kWp（20kWp南立面+33kWp屋顶）建筑工程与力学学院实例实例-宝马世界宝马世界 2007年底完工，屋顶安装了 3660块太阳能板，面积约8000m2，设计功率为810kWp。建筑工程与力学学院实例实例-日本三洋太阳光电公司日本三洋太阳光电公司 运用建筑意象设计了“诺亚方舟”，表达光伏能源危机中所扮演的任务及角色。建筑工程与力学学院实例实例-世博会会园区的太阳能技术世博会会园区的太阳能技术 使用量最大的绿色能源，

14、总装机容量约4.6兆瓦，远大于历届太阳能的使用规模建筑工程与力学学院图例图例建筑工程与力学学院太阳能在建筑中的热应用技术太阳能在建筑中的热应用技术建筑工程与力学学院太阳能温室（太阳房）的分类太阳能温室（太阳房）的分类 被动式太阳房被动式太阳房是指通过建筑朝向和周围环境的合理布局，内部和外部空间的配合，以自然热交换的方式，使房屋取得冬暖夏凉的效果。特点：结构简单，造价较低。 主动式太阳房主动式太阳房是利用太阳能集热器与载热介质经蓄存及设备传送向室内，其主要由太阳能集热器、储热装置、传递设备、控制部件与备用系统组成。特点：结构复杂，造价较高。建筑工程与力学学院被动式太阳房的分类被动式太阳房的分类

15、直接受益式 蓄热墙式 附加阳光间式 屋顶蓄热池式直接受益式蓄热墙式屋顶蓄热池式建筑工程与力学学院主动式太阳房组件主动式太阳房组件-集热器集热器 太阳能集热器的分类： 平板式集热器：由集热板、透明盖板、吸收涂层、隔热板和外壳组成。特点：集热温度和能流密度低低。 热管式真空管集热器：由集热器、储水箱、循环水泵和控制系统组成。特点：集热温度和能流密度高高。建筑工程与力学学院主动式太阳能系统主动式太阳能系统 太阳能采暖系统建筑工程与力学学院主动式太阳能系统主动式太阳能系统 太阳能采暖系统的特点：太阳能采暖系统的特点： 太阳能由于热密度较低，集热温度很难达太阳能由于热密度较低，集热温度很难达到较高水平。

16、到较高水平。 普通散热器对热媒温度要求较高（普通散热器对热媒温度要求较高（70），），而太阳能系统不易达到该出水温度要求。而太阳能系统不易达到该出水温度要求。 地板采暖所需要的低温热水在地板采暖所需要的低温热水在35-55之间，之间，正好是太阳能集热器所能提供的适合温度。正好是太阳能集热器所能提供的适合温度。 地板采暖系统以整个地面作为散热面，热地板采暖系统以整个地面作为散热面，热量主要以辐射方式传播，舒适性好。量主要以辐射方式传播，舒适性好。建筑工程与力学学院主动式太阳能系统主动式太阳能系统 太阳能空调系统建筑工程与力学学院主动式太阳能系统主动式太阳能系统 太阳能空调系统的优缺点： 太阳能空

17、调的最大优点是季节适应性好。夏季烈日当头，太阳辐射能量大，人们迫切需要空调。夏季太阳辐射能量增加，用太阳能来驱动空调系统可产生更多的冷量。 太阳能制冷空调可以用多种方式来实现。 现有太阳集热器价格较高，太阳能空调系统的初始投资偏高。 在自然条件下太阳能辐照密度不高。建筑工程与力学学院实例实例-德国的别墅德国的别墅l32 户, 3826 m2, 连接到区域热网l外围护结构：0.11KW/(m2) l三层玻璃 ： 0.83 KW/(m2)l机械通风l热回收80%l区域供热 ：15 kWh/(m2a)建筑工程与力学学院实例实例-奥地利的太阳房奥地利的太阳房l61 户，2600 m2 l430 m2 太阳能集热器 + 100 m3 生活热水 + 采暖 35%l窗户: 0.9 KW/m2l低温采暖 0.4KW/m2l被动和主动太阳能利用建筑工程与力学学院实例实例-秦皇岛的在水一方秦皇岛的在水一方工程名称：“在水一方”住宅小区 地址：河北省秦皇岛市 类型：阳台壁挂式系统 规模：4000台/6000m2 施工日期：2008年 总节能（标准煤）：1.18万吨 二氧化碳减排量：2.97万吨 建筑工程与力