亓懷剛，路俊杰

山東省能源建筑設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250014

0 引言

地球作為人類生存的家園，其能源資源大多數(shù)都是屬于不可再生的，而在當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展的狀態(tài)下，各種能源資源的消耗也不斷加劇。在我國(guó)，雖然地域遼闊，總體上的各種資源儲(chǔ)量相對(duì)較大，但是其作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，而且人口基數(shù)較大，對(duì)能源的消耗上是十分嚴(yán)重的，加之科學(xué)技術(shù)的發(fā)展落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，在能源的利用上其效率又呈現(xiàn)普遍偏低的想象。因此，合理開發(fā)新能源對(duì)于我們這樣的國(guó)家來(lái)說意義巨大。太陽(yáng)能作為一種可再生資源，其既環(huán)保又安全，在開發(fā)利用上具有非常高的價(jià)值和效益。本文主要針對(duì)當(dāng)前太陽(yáng)能的使用情況進(jìn)行論述，并對(duì)太陽(yáng)能供熱供電的一體化作出相關(guān)構(gòu)想，以期設(shè)計(jì)出合理的方案，運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中來(lái)。

1 太陽(yáng)能利用情況

太陽(yáng)能作為一種無(wú)污染，能量又巨大而且在某種程度上屬于不會(huì)枯竭的能源，其能夠?yàn)槿藖?lái)帶來(lái)非比尋常的價(jià)值。雖然太陽(yáng)能具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際利用上，仍然存在一些難以解決的問題。比如太陽(yáng)輻射到地球的能量很大，但是其投射面較廣，分布過于散漫，這在搜集利用的過程中對(duì)設(shè)備的要求及造價(jià)比較高；而于此同時(shí)，太陽(yáng)能的利用還存在氣候環(huán)境的影響，尤其是雨雪天氣下，太陽(yáng)能的接受將受到嚴(yán)重的制約，在某些特定的地區(qū)，其運(yùn)用基本不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；取?/p>

就目前對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)利用上，主要有直接利用太陽(yáng)能的熱效應(yīng)，將水等物質(zhì)加熱，像現(xiàn)在比較普遍的太陽(yáng)能熱水器等；還有就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過一定的條件，將電能儲(chǔ)蓄起來(lái)然后進(jìn)行別的用途，在這方面有光伏發(fā)電等；而另外，在太陽(yáng)能的利用上還可以采用光化學(xué)轉(zhuǎn)換的方式，即直接將太陽(yáng)能用來(lái)分解水等物質(zhì)進(jìn)而制取氫氣。下面主要談?wù)勌?yáng)能發(fā)電技術(shù)和供熱技術(shù)的應(yīng)用。

1.1 太陽(yáng)能發(fā)電

1.1.1 熱力發(fā)電

太陽(yáng)能熱力發(fā)電即將太陽(yáng)能的能量集中搜集起來(lái)再加以利用的發(fā)電技術(shù)，其基本原理亦是采用太陽(yáng)能搜集器吸收能量，再將能量傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)上。太陽(yáng)能的熱力發(fā)電比傳統(tǒng)的發(fā)電更具優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的火力發(fā)電對(duì)環(huán)境造成的影響比較大，而且消耗的煤炭等資源其花費(fèi)、需求量都非常大，同時(shí)太陽(yáng)能熱力發(fā)電在生產(chǎn)上又相對(duì)安全。

當(dāng)前太陽(yáng)能熱力發(fā)電技術(shù)其所運(yùn)用的系統(tǒng)主要有三種，槽式系統(tǒng)、碟式和塔式系統(tǒng)，三者在太陽(yáng)能的利用的運(yùn)用上程度均不相同，第一種基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；⑸虡I(yè)化的生產(chǎn)，而后兩者仍處于試驗(yàn)階段。我國(guó)的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)自研究以來(lái)雖然已經(jīng)有幾十年，但是由于多種因素的干擾使得這一技術(shù)并未得到廣泛的應(yīng)用。

1.1.2 光伏發(fā)電

在太陽(yáng)能發(fā)電上，光伏發(fā)電是目前比較流行的發(fā)電方式。它主要運(yùn)用半導(dǎo)體材料對(duì)光有一種伏特效應(yīng)，然后將能量轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電一般采用蓄電池來(lái)存儲(chǔ)搜集起來(lái)的能量，到了需要使用的時(shí)候，再將能量釋放出來(lái)運(yùn)輸?shù)桨l(fā)電機(jī)中，最后不斷的產(chǎn)生電能。光伏發(fā)電技術(shù)本身采用三大部分，最主要是由太陽(yáng)能電池板、控制器與逆變器構(gòu)成，而太陽(yáng)能電池板是該系統(tǒng)的核心部分，無(wú)論是在造價(jià)還是在所產(chǎn)生的價(jià)值方面都是最重要的。太陽(yáng)能電池板的基本原理是在太陽(yáng)的輻射下，半導(dǎo)體材料本身就出現(xiàn)了自由電荷，而當(dāng)自由電荷積累并不斷地移動(dòng)過程中，電流就產(chǎn)生了。

光伏發(fā)電技術(shù)在近來(lái)的發(fā)展比較迅速，尤其是在世界上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，他們對(duì)于光伏發(fā)電的技術(shù)研究已經(jīng)進(jìn)入到非常成熟的階段，而且國(guó)家政府部分也都紛紛制定了各種開發(fā)太陽(yáng)能的計(jì)劃與措施，在中國(guó)，其太陽(yáng)能資源的利用前階段上較少，但隨著世界光伏發(fā)電技術(shù)市場(chǎng)的推動(dòng)，使得現(xiàn)今的發(fā)電事業(yè)也進(jìn)入相對(duì)迅猛的時(shí)代。

1.2 太陽(yáng)能供熱

說到太陽(yáng)能供熱，幾乎每個(gè)人都知道太陽(yáng)能熱水器，其對(duì)太陽(yáng)能的利用時(shí)采取直接轉(zhuǎn)化的方式，即不需要轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或者電能。當(dāng)前在太陽(yáng)能直接供熱的設(shè)備中，像太陽(yáng)能熱水器，它們主要用平板集熱器、聚焦集熱器以及真空管集熱器。在太陽(yáng)能的輻射，集熱器開始工作，直接將太陽(yáng)能搜集起來(lái)，化為熱能，現(xiàn)代的太陽(yáng)能熱水器大多都是將水分別通入各個(gè)細(xì)管，其管道能很好的吸收太陽(yáng)能，在經(jīng)過一定時(shí)間的照射下，太陽(yáng)能的熱效應(yīng)就使得管道內(nèi)的水的溫度升高，然后將溫度已經(jīng)很高的水送入到保溫箱中，再用冷水進(jìn)行補(bǔ)充，反復(fù)以此循環(huán)，最終達(dá)到不斷利用的目的。

2 太陽(yáng)能綜合利用一體化構(gòu)想

鑒于現(xiàn)今太陽(yáng)能利用的方式越來(lái)越成熟化，我們便可以嘗試將太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和供熱技術(shù)相結(jié)合起來(lái)，綜合開發(fā)出比較適用而又具規(guī)?；南到y(tǒng)。

2.1 供熱供電系統(tǒng)

2.1.1 對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的改造

首先我們可以考慮將供電系統(tǒng)作進(jìn)一步改造，下面以光伏發(fā)電系統(tǒng)為例來(lái)說明。在電池板方面，我們采取多晶硅電池，而且其在設(shè)備的安裝和搭配上配合使用太陽(yáng)能集熱器，電池表面采用低鐵鋼化絨面玻璃，并且在每塊玻璃的間隔處安裝上熱

其次在發(fā)電方面多采用并網(wǎng)式發(fā)電技術(shù)，雖然當(dāng)前這種技術(shù)的發(fā)展受到一些的因素的制約，例如電站本身要求的投資比較大，建設(shè)耗用的時(shí)間長(zhǎng)等等，但是我們可以采取小型的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有將光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合的例子。

在將太陽(yáng)能傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)之前，把太陽(yáng)能集熱器與太陽(yáng)能電池板結(jié)合起來(lái)，從而在不同的環(huán)境和需求中相互切換，由此，我們就可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的供電供熱。

2.1.2 新的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

在太陽(yáng)能的利用上，其發(fā)電技術(shù)的使用本身就可以提供供熱效果，將電能轉(zhuǎn)化為熱能對(duì)于現(xiàn)代的科技來(lái)說，非常容易，所以開發(fā)新的發(fā)電技術(shù)尤為重要。針對(duì)需要的大小情況而言，我們完全可以研發(fā)出新型的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的發(fā)電與供暖設(shè)備，其主體應(yīng)該由太陽(yáng)能集熱器或者吸收裝置和化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成。隨著未來(lái)科技的進(jìn)一步發(fā)展，這種轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)得到更為廣泛的利用。

2.2 面臨的問題

2.2.1 開發(fā)利用的成本

在太陽(yáng)能的開發(fā)利用上，無(wú)論是供熱系統(tǒng)的建立還是在發(fā)電系統(tǒng)的投入、生產(chǎn)方面，其所消耗的成本都比較大，尤其是新型的發(fā)電系統(tǒng)，它們一般采用先進(jìn)的原料與設(shè)備，而當(dāng)前的技術(shù)水平又不能實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)，所以成本的加大嚴(yán)重的限制了新技術(shù)的普及。而像太陽(yáng)能建筑一體化的實(shí)際運(yùn)用則更加考慮了各方面的條件，建筑本身所投入的成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通建筑的造價(jià)。因此，現(xiàn)階段開發(fā)利用太陽(yáng)能仍然需要考慮著高昂的造價(jià)成本。

2.2.2 氣候環(huán)境因素

客觀上來(lái)講，天氣因素對(duì)于太陽(yáng)能的吸收上有著明顯的影響。在雨雪天氣里，太陽(yáng)能的輻射大部分都被云層所遮擋，直接照射到地面的太陽(yáng)能非常的少，這使得太陽(yáng)能發(fā)電供熱系統(tǒng)能夠吸收的太陽(yáng)能能量大大減少。

另外，我們知道，越是靠近赤道，太陽(yáng)能的強(qiáng)度越強(qiáng)，而向兩極化方向，隨著維度的增加，其太陽(yáng)能強(qiáng)度逐漸下降，所以地域的影響也將制約著太陽(yáng)能的開發(fā)利用。

2.2.3 技術(shù)條件

技術(shù)條件作為開發(fā)利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵部分，其發(fā)展雖然迅速，但是就國(guó)內(nèi)而言，仍然不能滿足預(yù)期的目標(biāo)，而且新技術(shù)的研究往往需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益反而并不是很快就能實(shí)現(xiàn)，所以利用太陽(yáng)能資源往往直接受到技術(shù)條件的制約。

2.3 應(yīng)對(duì)方案及未來(lái)展望

2.3.1 應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)上述問題，我們需要吸取發(fā)達(dá)國(guó)家的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并且合理的控制開發(fā)成本，結(jié)合我國(guó)國(guó)內(nèi)的具體環(huán)境條件，再做出相關(guān)計(jì)劃和發(fā)展戰(zhàn)略。同時(shí)，有效的利用國(guó)家政府的支持，加大力量發(fā)展開發(fā)利用太陽(yáng)能資源。而在氣候環(huán)境條件中，我們可以借鑒日本等國(guó)家的例子，采取在戈壁灘或者天空中利用太陽(yáng)能發(fā)電。在技術(shù)方面，國(guó)家應(yīng)該著重注意培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)人才，只有培養(yǎng)好了人才，才能推動(dòng)國(guó)家的綜合發(fā)展，才能走上強(qiáng)國(guó)之路。

2.3.2 未來(lái)展望

太陽(yáng)能資源本身帶有的特點(diǎn)，注定了它在未來(lái)發(fā)展中地位，將會(huì)非常的重要，雖然現(xiàn)今的開發(fā)利用還存在著許多方面的缺陷，但是相信在不久的將來(lái)，隨著社會(huì)的進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類在利用太陽(yáng)能方面將會(huì)更加的完善。

3 結(jié)論

本文主要講述了太陽(yáng)能的開發(fā)利用現(xiàn)狀以及現(xiàn)今的主流開發(fā)技術(shù)，并對(duì)太陽(yáng)能的供電供熱一體化作出相關(guān)構(gòu)想，盡管就現(xiàn)階段國(guó)家的實(shí)際情況而言，其發(fā)展受到了一定的限制，但是我們相信，更加合理化、完善化的系統(tǒng)或技術(shù)將會(huì)被研究開發(fā)出來(lái)，那時(shí)，我們將會(huì)真正的享受太陽(yáng)能給人類帶來(lái)的福利。

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