太阳能的应用

《土木工程材料》实验报告小组成员：专业班级：指导老师：日期：合肥学院建筑工程系太阳能的应用随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们在追求更加舒适的居住环境的同时，也在消耗着越来越多的能源。据报道，在发达国家，建筑能耗约占总能耗的40％，在我国，这一比例为25％左右，居各种能耗首位，其中50％以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空调上。随着世界范围内能源供应紧张状况日益加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。为此，我国提出了社会经济和能源可持续发展的战略，建设节约型社会，在实现国民经济快速发展的同时努力降低单位GDP的能源消耗。而建筑行业作为耗能大户，节能潜力巨大，大力发展和推广外墙保温、太阳能光热和光电、地源热泵、热管和相变蓄热材料等新型建筑节能技术，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，降低建筑耗能总量，有效缓解能源的供需矛盾，既具有实际经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。人类利用太阳能历史悠久，太阳传送到地球上的能源，每40s就有相当于210亿桶石油的能量送到地球，相当于全球1天所消耗的能源。中国拥有丰富的太阳能资源，目前太阳能的开发利用量还不到可开发量的1/1000。据统计，我国2/3以上国土面积的年日照时间在2200h以上，年辐射总量在502万kJ/m2以上，为太阳能的利用创造了丰富的资源和有利条件。本文就太阳能光热利用、光电转换以及太阳光利用三个方面进行简要的介绍。1.太阳能光热技术太阳能光电技术是利用太阳能电池将太阳能转化为电能，通过控制器，白天由蓄电池将太阳电池产生的电能储存起来，夜间再释放出来，提供照明以及其它需要。其组成部分有：（1）光电池组件是由多个单晶硅（或多晶硅、非晶硅等）单体电池串并联组成，并经专门封装而成。其中的单晶硅电池单元就是将太阳的光线吸收发生光伏打效应产生一定的电压、电流，根据需要进行串并联达到要求的工作电压、电流，由电缆送至充电控制器对蓄电池充电。（2）充放电控制器，是对蓄电池进行自动充电、放电的监控装置，当蓄电池充满电时，它将自动切断充电回路，使蓄电池不致过充，当蓄电池过放时，它会报警提示并自动切断用电电路。太阳电池组件工作时，系统自动恢复充电，往复循环。同时，系统还具有反向放电保护功能和极性反接的电路保护功能。此外，控制器还能够提供对系统的遥控、遥测、遥信功能，能够对系统的工作运行情况进行实时监控并进行数据的采集和存储。（3）逆变器是将直流电转化为交流电的装置。（4）蓄电池为系统的储能部件，它将太阳电池所产生的电能存储起来，供用户需要时随时用电。太阳能光热技术的利用通常可分直接利用和间接利用两种形式。常见的直接利用方式有：(1)利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥；(2)利用太阳能热水器提供生活热水；(3)基于集热一储热原理的间接加热式被动太阳房；(4)利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。目前技术比较成熟且应用比较广泛的是蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥及太阳能热水器等。其他几种技术还处于研究开发阶段，且由于一次性投资较大，要想走向市场和大范围推广尚需时日。太阳能间接利用的主要形式有：(1)太阳能吸收式制冷；(2)太阳能吸附式制冷；(3)太阳能喷射制冷。但目前也还处于研究阶段，有的仅仅制造出了样机，尚未形成定型产品和批量生产。太阳能光伏发电与市电及其它发电方式相比较有诸多优越性：长期工作运行费用低；维修和维护费用低，几乎接近于零；设计合理，运行稳定不会产生停电、断电事故；电源清洁、无污染、无二次能耗，是真正的“绿色能源”；系统的应用领域广泛，使用寿命长；安装、使用简单，操作安全、简便；系统自动化程度高，无人监控性能好；系统的可靠性、稳定性高；系统的扩建工程实施方便，并且与其他能源、电力系统的互补性能好；我国太阳能资源丰富、日照时数大，系统工作效率高；高新技术含量高，开发、应用前景十分广阔。2.太阳能光电技术太阳能光电技术是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来，晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。太阳能光电转换系统主要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、负荷等部分组成。其中，光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成，其主要作用是把光能转化为电能；充放电控制器主要用来控制蓄电池的充电和放电，并具有反向放电保护功能和极性反接电路保护功能，还能够实现对系统的监控和数据采集；蓄电池为系统的储能设备，它的主要作用是将太阳能电池所产生的电能储存起来，在用户需要时提供能源。3.太阳光的利用——太阳能光纤照明虽然人们对太阳能的利用越来越广泛，但是目前对太阳能的利用主要集中在将太阳能转化为电能和热能上，而光纤照明正是将太阳光直接加以利用的技术。自20世纪30年代就被人们所认识和接受的光纤照明技术由于材料的成本以及光衰减率太高等原因一直无法实现大批量的产业化和商品化，但是在20世纪60年代美国的杜绑公司初次采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为芯材制备出塑料光纤以及在20世纪70年代末，日本三菱丽阳公司以高纯MMA单体聚合PMMA，使光纤损耗下降到200dB/km。虽然这仍然没有实现光纤照明的大批量产业化和商品化，但是这将光纤装饰照明真正推向了实用阶段。目前太阳能光纤照明已形成多种产品并陆续投放市场。太阳能光纤灯利用太阳能作为能源主要有两种方式，一是直接地把太阳光引入室内进行照明。二是采取光伏发电,再通过光纤系统进行照明。太阳能光纤照明系统是由聚光装置，传导装置和放射装置三部分构成。室外的自然光透过聚光装置导入到照明系统中进行重新分配，经过传导装置（光纤）传输和强化后由系统底部的放射装置(室內末端投射装置)把自然光均匀高效的照射到室内，带来自然光照明的特殊效果。我国的照明约占总耗电量10%，而目前普遍使用的照明灯具只有约15%转化成光能，也就是说有80%多的能量是以热形式耗去的。而使用光纤照明可以避免能量转化中的能量损失，从而提高能源的利用效率。而且合理利用自然资源，让廉价的太阳能资源充分发挥出它的效能，营造出一个绿化的社会，缓解电能的需求，延长不可再生能源（如煤等）的使用寿命，符合国家产业政策，是国家大力提倡和支持的产业方向。由于光纤照明的独特优点,它已广泛地应用于各种场合,并在不断地推广中.它主要适合在商场、运动场馆、写字楼、地下室、飞机、剧院等地的昼间照明。例如很多大商场在白天都需要保证足够的照明度，因此装备了较多的灯具，虽然这些灯具具有一定的美化环境的作用，但却浪费了大量的电能。如果采用阳光照明系统来保证日间的照明，不仅节省电费开支，减少环境的污染，而且还提供了来自大自然的舒适光线。20世纪太阳能科技发展和太阳能利用实践,为21世纪大规模利用太阳能奠定了坚实基础.近来,世界上一些著名分析预测研究机构、跨国公司、太阳能专家和一些国家政府纷纷预测,认为21世纪中叶即2050年前后,太阳能在世界能源构成中将占50%的份额,那时太阳能将成为世界可持续发展的基础能源.随着技术进步，国家政策、标准出台以及人民生活水平不断提高，太阳能热水装置使用将日