太陽能的應(yīng)用

《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)報(bào)告小組成員：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)老師：日期：合肥學(xué)院建筑工程系太陽能的應(yīng)用隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們?cè)谧非蟾邮孢m的居住環(huán)境的同時(shí)，也在消耗著越來越多的能源。據(jù)報(bào)道，在發(fā)達(dá)國家，建筑能耗約占總能耗的40％，在我國，這一比例為25％左右，居各種能耗首位，其中50％以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空調(diào)上。隨著世界范圍內(nèi)能源供應(yīng)緊張狀況日益加劇，能源將成為制約各國經(jīng)濟(jì)的主要因素。為此，我國提出了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，在實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)努力降低單位GDP的能源消耗。而建筑行業(yè)作為耗能大戶，節(jié)能潛力巨大，大力發(fā)展和推廣外墻保溫、太陽能光熱和光電、地源熱泵、熱管和相變蓄熱材料等新型建筑節(jié)能技術(shù)，在不斷提高人們居住環(huán)境舒適度的同時(shí)，降低建筑耗能總量，有效緩解能源的供需矛盾，既具有實(shí)際經(jīng)濟(jì)意義，又具有重要的社會(huì)意義和環(huán)保價(jià)值。太陽能作為清潔的可再生能源，越來越受到人們的重視，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。人類利用太陽能歷史悠久，太陽傳送到地球上的能源，每40s就有相當(dāng)于210億桶石油的能量送到地球，相當(dāng)于全球1天所消耗的能源。中國擁有豐富的太陽能資源，目前太陽能的開發(fā)利用量還不到可開發(fā)量的1/1000。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2/3以上國土面積的年日照時(shí)間在2200h以上，年輻射總量在502萬kJ/m2以上，為太陽能的利用創(chuàng)造了豐富的資源和有利條件。本文就太陽能光熱利用、光電轉(zhuǎn)換以及太陽光利用三個(gè)方面進(jìn)行簡要的介紹。1.太陽能光熱技術(shù)太陽能光電技術(shù)是利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過控制器，白天由蓄電池將太陽電池產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來，夜間再釋放出來，提供照明以及其它需要。其組成部分有：（1）光電池組件是由多個(gè)單晶硅（或多晶硅、非晶硅等）單體電池串并聯(lián)組成，并經(jīng)專門封裝而成。其中的單晶硅電池單元就是將太陽的光線吸收發(fā)生光伏打效應(yīng)產(chǎn)生一定的電壓、電流，根據(jù)需要進(jìn)行串并聯(lián)達(dá)到要求的工作電壓、電流，由電纜送至充電控制器對(duì)蓄電池充電。（2）充放電控制器，是對(duì)蓄電池進(jìn)行自動(dòng)充電、放電的監(jiān)控裝置，當(dāng)蓄電池充滿電時(shí)，它將自動(dòng)切斷充電回路，使蓄電池不致過充，當(dāng)蓄電池過放時(shí)，它會(huì)報(bào)警提示并自動(dòng)切斷用電電路。太陽電池組件工作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)充電，往復(fù)循環(huán)。同時(shí)，系統(tǒng)還具有反向放電保護(hù)功能和極性反接的電路保護(hù)功能。此外，控制器還能夠提供對(duì)系統(tǒng)的遙控、遙測、遙信功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)的工作運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)。（3）逆變器是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的裝置。（4）蓄電池為系統(tǒng)的儲(chǔ)能部件，它將太陽電池所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)起來，供用戶需要時(shí)隨時(shí)用電。太陽能光熱技術(shù)的利用通?？煞种苯永煤烷g接利用兩種形式。常見的直接利用方式有：(1)利用太陽能空氣集熱器進(jìn)行供暖或物料干燥；(2)利用太陽能熱水器提供生活熱水；(3)基于集熱一儲(chǔ)熱原理的間接加熱式被動(dòng)太陽房；(4)利用太陽能加熱空氣產(chǎn)生的熱壓增強(qiáng)建筑通風(fēng)。目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用比較廣泛的是蔬菜溫室大棚、中藥材和果脯干燥及太陽能熱水器等。其他幾種技術(shù)還處于研究開發(fā)階段，且由于一次性投資較大，要想走向市場和大范圍推廣尚需時(shí)日。太陽能間接利用的主要形式有：(1)太陽能吸收式制冷；(2)太陽能吸附式制冷；(3)太陽能噴射制冷。但目前也還處于研究階段，有的僅僅制造出了樣機(jī)，尚未形成定型產(chǎn)品和批量生產(chǎn)。太陽能光伏發(fā)電與市電及其它發(fā)電方式相比較有諸多優(yōu)越性：長期工作運(yùn)行費(fèi)用低；維修和維護(hù)費(fèi)用低，幾乎接近于零；設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定不會(huì)產(chǎn)生停電、斷電事故；電源清潔、無污染、無二次能耗，是真正的“綠色能源”；系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，使用壽命長；安裝、使用簡單，操作安全、簡便；系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，無人監(jiān)控性能好；系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性高；系統(tǒng)的擴(kuò)建工程實(shí)施方便，并且與其他能源、電力系統(tǒng)的互補(bǔ)性能好；我國太陽能資源豐富、日照時(shí)數(shù)大，系統(tǒng)工作效率高；高新技術(shù)含量高，開發(fā)、應(yīng)用前景十分廣闊。2.太陽能光電技術(shù)太陽能光電技術(shù)是指利用太陽能電池將白天的太陽能轉(zhuǎn)化為電能由蓄電池儲(chǔ)存起來，晚上在放電控制器的控制下釋放出來，供室內(nèi)照明和其他需要。太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由太陽能電池、充放電控制器、蓄電池、負(fù)荷等部分組成。其中，光電池組件由多個(gè)單晶硅或多晶硅單體電池通過串并聯(lián)組成，其主要作用是把光能轉(zhuǎn)化為電能；充放電控制器主要用來控制蓄電池的充電和放電，并具有反向放電保護(hù)功能和極性反接電路保護(hù)功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集；蓄電池為系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，它的主要作用是將太陽能電池所產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來，在用戶需要時(shí)提供能源。3.太陽光的利用——太陽能光纖照明雖然人們對(duì)太陽能的利用越來越廣泛，但是目前對(duì)太陽能的利用主要集中在將太陽能轉(zhuǎn)化為電能和熱能上，而光纖照明正是將太陽光直接加以利用的技術(shù)。自20世紀(jì)30年代就被人們所認(rèn)識(shí)和接受的光纖照明技術(shù)由于材料的成本以及光衰減率太高等原因一直無法實(shí)現(xiàn)大批量的產(chǎn)業(yè)化和商品化，但是在20世紀(jì)60年代美國的杜綁公司初次采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為芯材制備出塑料光纖以及在20世紀(jì)70年代末，日本三菱麗陽公司以高純MMA單體聚合PMMA，使光纖損耗下降到200dB/km。雖然這仍然沒有實(shí)現(xiàn)光纖照明的大批量產(chǎn)業(yè)化和商品化，但是這將光纖裝飾照明真正推向了實(shí)用階段。目前太陽能光纖照明已形成多種產(chǎn)品并陸續(xù)投放市場。太陽能光纖燈利用太陽能作為能源主要有兩種方式，一是直接地把太陽光引入室內(nèi)進(jìn)行照明。二是采取光伏發(fā)電,再通過光纖系統(tǒng)進(jìn)行照明。太陽能光纖照明系統(tǒng)是由聚光裝置，傳導(dǎo)裝置和放射裝置三部分構(gòu)成。室外的自然光透過聚光裝置導(dǎo)入到照明系統(tǒng)中進(jìn)行重新分配，經(jīng)過傳導(dǎo)裝置（光纖）傳輸和強(qiáng)化后由系統(tǒng)底部的放射裝置(室內(nèi)末端投射裝置)把自然光均勻高效的照射到室內(nèi)，帶來自然光照明的特殊效果。我國的照明約占總耗電量10%，而目前普遍使用的照明燈具只有約15%轉(zhuǎn)化成光能，也就是說有80%多的能量是以熱形式耗去的。而使用光纖照明可以避免能量轉(zhuǎn)化中的能量損失，從而提高能源的利用效率。而且合理利用自然資源，讓廉價(jià)的太陽能資源充分發(fā)揮出它的效能，營造出一個(gè)綠化的社會(huì)，緩解電能的需求，延長不可再生能源（如煤等）的使用壽命，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是國家大力提倡和支持的產(chǎn)業(yè)方向。由于光纖照明的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),它已廣泛地應(yīng)用于各種場合,并在不斷地推廣中.它主要適合在商場、運(yùn)動(dòng)場館、寫字樓、地下室、飛機(jī)、劇院等地的晝間照明。例如很多大商場在白天都需要保證足夠的照明度，因此裝備了較多的燈具，雖然這些燈具具有一定的美化環(huán)境的作用，但卻浪費(fèi)了大量的電能。如果采用陽光照明系統(tǒng)來保證日間的照明，不僅節(jié)省電費(fèi)開支，減少環(huán)境的污染，而且還提供了來自大自然的舒適光線。20世紀(jì)太陽能科技發(fā)展和太陽能利用實(shí)踐,為21世紀(jì)大規(guī)模利用太陽能奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).近來,世界上一些著名分析預(yù)測研究機(jī)構(gòu)、跨國公司、太陽能專家和一些國家政府紛紛預(yù)測,認(rèn)為21世紀(jì)中葉即2050年前后,太陽能在世界能源構(gòu)成中將占50%的份額,那時(shí)太陽能將成為世界可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)能源.隨著技術(shù)進(jìn)步，國家政策、標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)以及人民生活水平不斷提高，太陽能熱水裝置使用將日