淺析中國太陽能建筑應用現(xiàn)狀及發(fā)展

建筑節(jié)能是當今全世界建筑界共同面對的重要技術領域，也是緩解全球能源短缺和改善環(huán)境質(zhì)量的有效發(fā)展途徑。我國能源消費全球排名一直居高不下，龐大的能源需求導致了我國能源供需的矛盾，能源安全問題日益突出。因此，發(fā)展可再生能源對于我國保證能源供應和環(huán)境的改善都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

　　1、建筑節(jié)能

　　建筑節(jié)能的重要理念就是在現(xiàn)有的建筑技術條件下，盡可能的利用自然能量來達到環(huán)境的健康和熱舒適需要，也就是要做到合理地最大限度利用自然能源和高效率地最小限度利用人工能源。我國是全球最大發(fā)展中國家，能源消耗量位居全球第二，而其中建筑能耗約為全國總能耗的12%，建筑能耗主要是指采暖、空調(diào)、熱水供應、照明、家用電器、炊事、電梯等方面的能耗。隨著我國的經(jīng)濟騰飛和氣候變暖，再加之我國的地理位置與氣候特點以及人民生活水平的不斷提高，這一比例還在持續(xù)升高。在我國，建筑節(jié)能已占據(jù)節(jié)能領域的“半壁江山”。根據(jù)近半個世紀以來能源界的探索和實踐，當前普遍認為建筑節(jié)能是各種節(jié)能形式中最直觀、最有效且發(fā)展?jié)摿薮蟮墓?jié)能形式，它對于緩解當前緊張的能源問題，平衡經(jīng)濟發(fā)展與能源保護之間的關系有重大現(xiàn)實意義。

　　1.1、太陽能建筑應用

　　長期以來，世界能源主要以石油、煤炭等礦物燃料為主。礦物燃料屬于不可再生資源，近年來其儲量不斷減少，而且當?shù)V物燃料再使用的過程當中，會產(chǎn)生大量的二氧化碳，這也是造成全球變暖一個重要原因之一。再建筑能耗中，暖通空調(diào)系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)所占的比例接近60%。太陽能作為無污染且用之不竭的可再生資源，有著普遍、無害、巨大、長久的特點，再建筑節(jié)能應用中得到了廣泛關注和研究，并已經(jīng)得到了快速的發(fā)展。太陽能在建筑中的應用包括整體式、平板式、分體式（陽臺壁掛）太陽能熱水器、太陽能中央熱水器、陽臺欄板太陽能熱水器、太陽能集熱系統(tǒng)、太陽能采暖系統(tǒng)、光熱光電一體化等太陽能產(chǎn)品。

　　1.2、太陽能利用與建筑節(jié)能

　　太陽能建筑一體化是全球建筑發(fā)展的主流趨勢，它并不是太陽能與建筑的簡單相加，而是真正讓太陽能成為建筑的一部分?，F(xiàn)代建筑設計提倡綠色節(jié)能理念，就是以推動建筑節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保型建材企業(yè)的市場化運用為建設設計標準，以就低能耗、低排放為目標進行建設設計，重點是提高可再生資源的利用率。采用節(jié)能型的建筑技術、設備、材料等，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷效率都是當今節(jié)能型建筑的主要研究和解決對象。因此，大力支持和發(fā)展利用可再生資源顯得尤為重要。

　　2、太陽能建筑應用技術及現(xiàn)狀

　　2.1、被動式太陽房

　　被動式住房是指將自然通風、自然采光、太陽能輻射，和室內(nèi)非供暖熱源得熱等各種被動式節(jié)能手段，與建筑圍護結構高效節(jié)能技術相結合，建造而成的低能耗房屋建筑。這種建筑在顯著提高室內(nèi)環(huán)境舒適性的同時，可大幅度減少建筑使用能耗，最大限度地降低對主動式機械采暖和制冷系統(tǒng)的依賴。相比傳統(tǒng)建筑，被動式住房節(jié)能可達85%以上。被動式住房優(yōu)越的節(jié)能和“零排放”性能，與我國政府大力提倡的“節(jié)能減排”政策高度契合。近幾年來在國家宏觀政策的指引下，在住建部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心的促進下，在各級政府和行業(yè)領導的支持鼓勵下，許多地區(qū)的廠區(qū)辦公樓建設中都開始采用“被動式房屋”技術進行設計和建設。

　　2.1.1、被動式太陽房的分類及技術要點

　　被動式太陽房的種類很多，其主要分為兩大類，即直接受益和間接受益。直接受益和間接受益類型的被動式太陽房又可分為以下四種

　?、僦苯邮芤媸竭@是讓太陽光通過透光材料直接進入室內(nèi)的采暖形式，是太陽能采暖中和普通房差別最小的一種。冬天陽光透過南向玻璃窗照射到房屋的地面墻壁和家具上，使之吸收太陽光熱后升溫。所吸收的一部分太陽光熱直接儲存在能夠緩慢釋放熱量的蓄熱體內(nèi)，另外一部分則通過對流或輻射的形式在房屋空間內(nèi)傳遞，使房屋內(nèi)部空間始終處于恒溫狀態(tài)。這種太陽房的南窗面積很大，為了避免窗扇不嚴密而損失大量光熱能源，首先窗扇必須有良好的密封性能。另外，建議裝配一套保溫窗簾，以降低熱損。

　?、谛顭釅κ叫顭釅κ教柲芙ㄖO計理念太陽光從南面的大面積玻璃窗照進屋內(nèi)，在南向安裝垂直集熱蓄熱墻來收集太陽光熱，然后將其通過傳導、輻射或?qū)α鞯男问絺鬏斨廖輧?nèi)。室內(nèi)使用能吸收太陽光熱的深色桌椅。目前市面上常見的集熱蓄熱墻主要有水墻式的、實體式的、花格式的、相變材料的以及快速集熱的。

　　③附加陽光間式陽光間附建在建筑南側，它采用透光材料作為墻體圍護結構。陽光間和房屋之間的公共墻上設門、窗等孔洞結構。陽光間得到陽光照射被加熱，其內(nèi)部溫度始終比室外溫度高。因此，白天可以通過陽光間向房間內(nèi)供給熱能，夜晚也可以作為緩沖區(qū)，防止房間內(nèi)損失大量熱能。

　?、苜A熱屋頂式主要利用屋頂構造進行集熱蓄熱。其中有一種是利用裝滿水的密封塑料袋作為儲熱體，裝在頂棚上，可以用保溫蓋板覆蓋在塑料袋上面，防止熱量損失。冬季白天晴天時，敞開保溫板，使儲熱水袋吸收并儲存太陽光熱，然后通過對流、輻射的方式傳至屋內(nèi)。夜間則關閉保溫板，避免屋內(nèi)的熱量向外散失。夏季室內(nèi)溫度偏高，白天必須關閉保溫蓋板，防止室外高溫的空氣和陽光向房內(nèi)傳導，可以用涼水袋吸收下面房間的熱量來降溫；夜晚則要敞開保溫蓋板，使水袋冷卻。保溫蓋板還可根據(jù)房間溫度、水袋內(nèi)水溫和太陽輻照度，進行自動調(diào)節(jié)啟閉。此種方式適用于冬季不屬寒冷，但夏季較為炎熱的地區(qū)。

　　2.1.2、存在的問題及解決辦法

　　被動式太陽房的推廣及利用已經(jīng)經(jīng)歷了近30年的發(fā)展歷程，積累了一定的經(jīng)驗，但是仍舊存在很多問題和不足。我們國家目前就被動式太陽房發(fā)展中存在的主要問題有

　?、傥葱纬山y(tǒng)一化生產(chǎn)。被動式太陽房集熱構件在生產(chǎn)組裝的過程中，仍未能有效執(zhí)行工廠化、標準化、規(guī)模化這樣的集中統(tǒng)一生產(chǎn)方式，這是影響太陽能建筑推廣的主要原因之一。積極鼓勵房地產(chǎn)開發(fā)商企業(yè)設計并安裝太陽能應用設施，在此基礎上還要加強太陽房集熱構件產(chǎn)品知識培訓，提高生產(chǎn)企業(yè)的積極性，鼓勵并引導相關生產(chǎn)企業(yè)對集熱構件工廠化、標準化和規(guī)?；纳a(chǎn)。

　　②建筑材料有待進一步開發(fā)。我們國家目前對新型建筑材料的研究和發(fā)展一定程度上制約了太陽房的發(fā)展和推廣?，F(xiàn)在在我們國家的建材市場上很少能夠看得到適合太陽能建筑的透光、保溫、儲熱等性能高價格低的建筑材料。鼓勵企業(yè)加強太陽能建筑應用的自主創(chuàng)新，積極開發(fā)太陽房的新型建材，爭取做到“就地取材”、“因地制宜”，充分利用當?shù)氐馁Y源。所以今后還需進一步加大自主開發(fā)此類材料的措施和力度。

　?、凼┕ぜ百|(zhì)量問題。太陽能建筑在施工上較普通建筑而言要復雜得多，其施工質(zhì)量的好壞直接影響到它的集熱效果，所以其成本和造價都較高，一定程度上影響了它的推廣和利用。太陽房的施工需要執(zhí)行普通建筑有關的施工規(guī)范之外，還要嚴格按照太陽房的特殊要求進行施工。并且太陽房的驗收還因按照《被動式太陽房熱工技術條件和測試方法》（GB/T15405-2006）。

　　2.2、太陽能光伏發(fā)電

　　光伏發(fā)電近些年來發(fā)展很快，同時也在可再生能源領域當中最具經(jīng)濟潛力。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達5.6×1012千瓦小時，相當于世界上能耗的40倍。從美國貝爾實驗室第一塊結晶體硅太陽電池的產(chǎn)生，到現(xiàn)在國防、民用的大量應用，近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，世界上已經(jīng)建成了多座兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)。

　　2.2.1、光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)按照與電網(wǎng)的連接方式，可分為離網(wǎng)光伏發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

　?、匐x網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。當光伏發(fā)電系統(tǒng)不與公共的電網(wǎng)相連接而獨立供電的這種形式被稱為離網(wǎng)光伏發(fā)電。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應用于遠離公共電網(wǎng)的無電池區(qū)以及一些特殊場所，如為較為偏僻的農(nóng)村、海島、高原或者沙漠等提供照明、電視、廣播等基本生活用電，為通信站、航標、輸油輸氣管氣象站、邊防哨所等特殊場所提供電源。

　　②并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。與公共電網(wǎng)共同連接并承擔供電任務的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。并網(wǎng)系統(tǒng)由太陽能電池方陣、并網(wǎng)逆流器組成。并網(wǎng)光伏發(fā)電技術是太陽能光伏發(fā)電進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電的階段，成為電力工業(yè)組成部分的重要發(fā)展方向，是當今世界太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展的主流趨勢。

　　2.2.2、存在的問題及解決措施

　　目前，我國在并網(wǎng)光伏建筑的應用存在以下問題，有待解決。

　?、俳ㄖ夥O計能力存在諸多不足。最理想的建筑光伏是集成設計、集成制造、集成安裝，這就要求在建筑設計之初考慮光伏與建筑相結合。我國建筑光伏集成設計能力較弱，經(jīng)驗累計也不充分，建筑設計、光伏技術人員用積極學習國外的先進經(jīng)驗和技術，加強國內(nèi)合作，提高光伏建筑一體化的的設計能力對于現(xiàn)有建筑因地制宜的地開展光伏系統(tǒng)地應用，市場潛力十分巨大。通過國家地相關激勵政策，業(yè)主應積極同建筑設計單位、光伏系統(tǒng)營銷單位共同開發(fā)各類高性價比地建筑光伏系統(tǒng)設計。

　　②建筑光伏人才隊伍尚未成型。截止至2013年底，我國建筑光伏地安裝總量僅26MWp左右，設計、安裝、運行維護產(chǎn)業(yè)隊伍尚未完全成型，人才培養(yǎng)體系也不完善?，F(xiàn)必須繼續(xù)加大發(fā)展力度，迅速擴建和完善我國建筑光伏人才地培養(yǎng)體系。

　　③并網(wǎng)光伏關鍵技術研發(fā)力量薄弱。并網(wǎng)光伏中專用逆變器是并網(wǎng)光伏地關鍵設備。相比較而言，國內(nèi)光伏發(fā)電專用逆變器地研究起步較晚，研究難度大大增加。我國已經(jīng)開發(fā)一些小型的光伏逆變器，對直接和高壓網(wǎng)并網(wǎng)的逆變器的研究還需加大科研力度。

　　3、總結

　　隨著環(huán)境問題的日益凸顯和經(jīng)濟發(fā)展向更可持續(xù)的路徑轉(zhuǎn)向，我國政府開始以更積極和強力的姿態(tài)介入綠色建筑領域。同時在霧霾不斷的今天，生活和辦公場所是否健康、舒適、綠色、環(huán)保，得到了全社會的普遍關注。隨著對環(huán)境保護的不斷重視，越來越多的現(xiàn)代企業(yè)將“綠色建筑”作為辦公、生產(chǎn)場所選擇和建設的重要標準?？梢哉f，綠色建筑已經(jīng)越來越成為工、商業(yè)設施發(fā)展的大勢所趨。太陽能建筑設計需要考慮當?shù)氐臍夂蛱攸c和建筑形式，盡量使太陽能融入建筑形式中。另外，所選取的太陽能設備也應該符合當?shù)氐臍夂蛱攸c和建筑設計要求，以確保所設計的太陽能建筑能夠真正發(fā)揮節(jié)能效用。