新能源—太阳能的应用

太阳能的应用

简介

• 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实 行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等。

利用太阳能的优缺点

优点：

(1)没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利 用，且无须开采和运输。

(2)开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

(3)每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

(4)根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

缺点：

(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

(2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。

(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。

人类利用太阳能的历程

开发历史：

第一阶段（1900~1920年）

第二阶段（1920~1945年）

第三阶段（1945~1965年）

第四阶段（1965~1973年）

第五阶段（1973~1980年）

第六阶段（1980~1992年）

第七阶段（1992年~至今）

• 第一阶段（1900~1920年）

在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902 ~1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。

• 第二阶段（1920~1945年）

在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935~1945年）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。

• 第三阶段（1945~1965年）

在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少， 呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。 在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：1945年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有： 1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨——水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。1961年， 一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。

• 第四阶段（1965~1973年）

这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

• 第五阶段（1973~1980年）

自从石油在世界能源结构中担当主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，1973年10月爆发中东战争，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击。 于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机”（有的称“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房 、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和财力。70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶 ，在城市研制开发太阳能热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用……。

1975年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，进一步推动了我国太阳能事业的发展。这次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所，纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始筹建太阳能研究所。当时，我国也兴起了开发利用太阳能的热潮。 这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，具有以下特点：1、各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。2、研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、 光解水制氢、太阳能热发电等。3、各国制定的太阳能发展

计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足，希望在较短的时间内取代矿物能源，实现大规模利用太阳能。例如，美国曾计划在1985年建造一座小型太阳能示范卫星电站，1995年建成一座500万kW空间太阳能电站。事实上，这一计划后来进行了调整，至今空间太阳能电站还未升空。4、太阳热水器、太阳电池等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想。

• 第六阶段（1980~1992年）

70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。 受80年代国际上太阳能低落的影响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太阳能利用投资大、效果差、贮能难、占地广，认为太阳能是未来能源，主张外国研究成功后我国引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，但十分有害，对我国太阳能事业的发展造成不良影响。这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使 人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。

• 第七阶段（1992年~至今）

由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》， 《21世纪议程 》《联合国气候变化框架公约》等一系

列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了 可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在 一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确 了太阳能重点发展项目。

1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》 在（1996 ~ 2010年）制出，明确提出我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施 。这些文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。 1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言 》，会上讨论了《世界太阳能10年行动计划》（1996 ~ 2005年），《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动 ，广泛利用太阳能。

1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是：太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发 展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。通过以上回顾可知，在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦，一般每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同，人们对其认识差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲

折。尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都快。

太阳能现代生活中的应用

1、太阳能发电

利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。 ①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。 ②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

• 太阳能离网发电系统

太阳能离网发电系统包括1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。 太阳能离网发电系统主要产品分类 A、光伏组件 B、风机 C、控制

器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。

• 太阳能并网发电系统

可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。 太阳能并网发电系统主要产品分类 A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器 （双馈变流器，全功率变流器）。

2、太阳能集热器

太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需 。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能集热器应该能用20～30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修。

3、太阳能热水系统

早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。

太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。

依循环方式太阳能热水系统可分两种：

1、自然循环式: 此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。

2、强制循环式: 热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水，故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。

4、暖房

利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗，设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经

收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。

当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间，或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中（固体、液体或相变化的储热系统），然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，再把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，在利用风扇吹送被加热空气至室内，而达到暖房效果。

5、空间太阳能电源

第一个空间太阳电池载于1958年发射的Vangtuard I，体装式结构，单晶Si衬底，效率约10%（28℃）。到了1970年代，人们改善了电池结构，采用BSF、光刻技术及更好减反射膜等技术，使电池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太阳电池大约每5.5年全球产量翻番；而空间太阳电池在空间环境下的性能，如抗辐射性能等得到了较大改善。由于80年代太阳电池的理论得到迅速发展，极大地促进了地面和空间太阳电池性能的改善。到了90年代，薄膜电池和Ⅲ-Ⅴ电池的研究发展很快，而且聚光阵结构也变得更经济，空间太阳电池市场竞争十分激烈。在继续研究更高性能的太阳电池，主要有两种途径：研究聚光电池和多带隙电池。

我国太阳能利用的现状

• 中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池

生产国。我国比较成熟太阳能产品有两项：太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。

• 中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。2008年太阳能电池的产量达到了200万千瓦。2009年中国太阳能电池/模组制造商的产能较2008年倍增，达到8,000MW，电池产量超过4,000MW。

• 中国太阳能热水器产业已形成较为完整的产业化体系。2008年我国太阳能热水器行业继续稳步快速发展。其中，产值达430亿，出口达1亿美元。2009年我国太阳能热水器年产量突破4000万平方米，保有量达到1.45亿平方米，已成为太阳能热水器的世界超级大国。

• 2009年是太阳能产业在中国高速发展的时期，国家的补贴扶持政策陆续推出。3月，财政部、住房和城乡建设部印发《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》及《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，确定对光电建筑2009年的补助标准为20元/瓦。7月，财政部、科技部、国家能源局发出《关于实施金太阳示范工程的通知》，提出对光伏并网项目和无电地区离网光伏发电项目分别给予50%及70%的财政补贴。11月，财政部、科技部、国家能源局下发了《关于做好“金太阳”示范工程实施工作的通知》，要求加快实施“金太阳”示范工程。随着这些政策的陆续出台，中国光伏产业将进入第二个阶段。

• 2009年我国太阳能热水器“下乡”是太阳能热水器行业的一件大事，标志着太阳能热水器得到国家认可，我国太阳能热水器行业已迈入新的时代。

我国太阳能发展前景

• 社会在发展，与此同时，全球能源危机也越来越严重，煤炭、石油价格在上涨，煤炭和石油正面临枯竭。

• 中国《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；原油价格的上涨，中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。

• 2005年9月，上海市政府公布“上海开发利用太阳能行动计划”。

• 2006年6月，中国成立风能太阳能资源评估中心。

• 2009年3月23日，财政部印发《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴。

• 从2010年~2020年，我国可再生能源将有更大地发展。其中，太阳能发电达到180万千瓦；太阳能热水器总集热面积达到3亿平方米。根据规划提出的目标，到2020年，我国一次能源消费结构可再生能源比例将由目前的7%提升到16%。

未来太阳能的发展方向

.新建筑未来发展利用太阳能

.超高温太阳能聚光技术

.太阳能电池

.太阳能发电

1、新建筑未来发展利用太阳能

太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。

目前，建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。在我国，它要占到建筑物总能耗的约70%。用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量，带来的外界的环境污染，而且并不能给室内人员带来健康的环境。在太阳能用于采暖方面，除造价较高的被动式太阳房有一些示范建筑外，还没有大规模的采用。主动式太阳能供能由于成本更高，与我国的经济发展也是远不相适应。因此，建筑供能的主动与被动相结合的思想及太阳能与常规能源相结合单位思想，按照房间的功能，采用不同方案的配合及交叉，这样可以大大降低太阳能用于建筑功能的一次投资和运行成本，使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性。

太阳能与建筑一体化技术的特点：

1. 把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响；

2. 利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层，可减少成本，提高效益；

3. 可用于平屋顶或斜屋顶，一般对平屋顶而言用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌式；

太阳能与建筑一体化应用技术适用对象：

1 、适用于城建较严格，要求安装规范、美观、不损害市容市貌的单位、集体、小区等。

2 、适用于在建筑设计之处，就将太阳能作为建筑的一部分考虑在内，与建筑一同设计。

3 、适用于各种形式的建筑，例如：住宅小区、高层楼群、别墅等等。

4 、单台集体购买统一安装，该种形式主要适合于新建住宅小区和旧房改造。

优点：

（1）对于物业管理来说，安装规范、便于管理。

（2）对于房地产商来说，可以作为楼盘销售的卖点。

（3）可以单独为某个小区设立售后服务点，专门为该小区服务，免去客户的后顾之忧。

太阳能技术推广“内外”受困

与建筑的“分离”状态，也使得太阳能技术的推广举步维艰。太阳能技术实现良好效果的前提是与建筑实现一体化，但是目前实现“太阳能建筑一体化”仍有难度。

开发商已经认识到太阳能的种种优点，但还是不愿意选用。这是他推广太阳能采暖技术时的一大苦恼。开发商之所以对采用太阳能存有顾虑，很大程度上是由于投资方和受益方并非同一主体的矛盾所造成。开发商投资，最终受益的却是消费者，所以开发商采用的积极性不高。解决这一问题，需要政府建立经济激励机制。

在新建建筑中实现太阳能建筑一体化，需要在设计之初，就对太阳能运用加以考虑。但是实际中，很多建筑的建设，由于建筑行业对太阳能产品的不了解，常规的建筑规范中也未对太阳能技术运用作相关要求，导致很多建筑物在设计阶段，并没有考虑太阳能技术。而在后期另行安装太阳能，不但成本将加大，节能效果也会受到影响。在老建筑安装太阳能，更是面临被改造的命运。

目前的太阳能行业尚不规范，太阳能技术设计规范、检测标准处于缺失状态。太阳能企业也很少进行自发检测行为，所以良莠不齐的产品，影响着整个行业的信誉度。对此需要太阳能技术开发企业苦练内功，以完善企业自身研发行为。

发展太阳能与建筑的策略

• 一是成熟的被动太阳能技术与现代的太阳能光伏光热技术的综合利用；

• 二是保温隔热的维护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；

• 三是传统建筑构造与现代技术和理念的融合；

• 四是建筑的初投资与生命周期内投资的平衡；

• 五是生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透；

• 六是综合考虑区域气候特征、经济发达程度、建筑特征和人们的生活习惯等相关因素。

太阳能建筑未来的发展

打造“无电城市”

太阳能建筑技术发展至今已经很先进了，而太阳能建筑产品应用也已经很广泛。”国家住宅与居住环境工程技术研究中心副主任仲继寿解释说，比如玻璃就有许多种，能够保温、隔热、防紫外线等；比如燃气，通过发电余热产生热水或者采暖；还比如跟踪遮阳的窗帘，可以根据太阳辐射强度判定并自动调节玻璃颜色，重新决定引入多少阳光，屏蔽多少紫外线。如果室内二氧化碳浓度超标的话，自动感应窗帘还能启动窗户感应器，自动调整空气流通量。

综合考虑社会进步，技术发展和经济能力等因素，在建筑物的策划、建筑设计、使用、维护以及改造等活动中，主动与被动的利用太阳能的建筑统称为太阳能建筑。在云南昆明，陆良等地，在一些别墅式建筑的屋面，尝试把平板太阳能集热器镶嵌在具有瓦屋面的斜屋顶上，热水箱则隐蔽在斜屋顶的阁楼中，使太阳能热水器与建筑有机结合，外观形象是比较漂亮的，只是适合此类结构的建筑较少，推广应用受到局限。

综合考虑社会进步，技术发展和经济能力等因素，在建筑物的策划、建筑设计、使用、维护以及改造等活动中，主动与被动的利用太阳能的建筑统称为太阳能建筑。在云南昆明，陆良等地，在一些别墅式建筑的屋面，尝试把平板太阳能集热器镶嵌在具有瓦屋面的斜屋顶上，热水箱则隐蔽在斜屋顶的阁楼中，使太阳能热水器与建筑有机结合，外观形象是比较漂亮的，只是适合此类结构的建筑较少，推广应用受到局限。

多功能休闲亭集太阳能热水器，光电板和纳凉休闲功能于一体，流线型设计既美观又减少亭子结构的风力和承重荷载，优美的造型为屋顶，建筑物和周围环境增添了一道亮丽的风景，打造出一座别致美丽的楼顶花园，成为融合建筑美学，园林设计和人本文化内涵的典范之作，而且结构简单灵活，安装方便的特点，使之能够自然地与庭院，泳池，花园等场所融为一体。

2、超高温太阳能聚光技术

超高温太阳能聚光技术，就是利用很小的投资可以获取1000度----3000度以上的，太阳能高温光斑。大力推广使用廉价超高温太阳能聚光技术对人类来说意义非比寻常。

举一个非常简单的例子：

一个直径1米面积0.76平方米的左右，温度在2000度左右的的太阳能聚光光斑。它的太阳能聚光光热发的电量。最少可以供2万户人家使用1年。如果用它（指面积0.76平方米，温度2000度左右的太阳能聚光光斑）冶炼金属的话。比如：金、银、铜、铁等。可以在1天内冶炼几十吨！甚至几百吨！都没有问题。而且冶炼的金属不仅纯度高，没有污染。还可以节约大量的矿产能源。那它的社会价值是可想而知的。

廉价超高温太阳能聚光技术。不仅在太阳能聚光光伏、光热发电体现其重要价值。而且高温太阳能制氢。太阳能发电制氢方面都有重要意义。比如我刚才讲的2000度左右，直径1米面积0.76平方米的的太阳能聚光光斑。他可以直接加热容器分解水，提炼出，氢气和等核聚变元素。成本非常低廉。如果刚才的两种方法用于太阳能聚光发电。电解水制氢成本也是很低的。并且电解水制氢，制的氢气纯度也是最高的。将来我们的汽车、

飞机如果都用氢气做为燃料动力的话。不仅动力强劲、安全环保而且还可以得到取之不竭，用之不完的可再生能源。这样能源危机基本可以解决。

超高温太阳能聚光技术，不仅是包括我现在讲的廉价超高温太阳能聚光技术。像我们现在所应用的抛物面太阳灶、塔式、碟式、巢式太阳能光伏光热发电技术。我认为都属于超高温太阳能聚光技术。但是以凹面镜为代表的凹面镜的抛物线聚光原理.在做小规模、小面积应用还可以,但是做大面积、大规模投资成本就会以几何方式增长，光损很大，技术复杂。使人类无法承受。所以说以凹面镜为代表的太阳能聚光技术的应用，虽然给人类做出了巨大的贡献，但是随着时间的推移，廉价超高温太阳能聚光技术的出现已经走到了终点。因此我认为以凹面镜为代表的超高温太阳能聚光技术，不能代表未来太阳能聚光技术的发展方向。廉价超高温聚光技术不仅可以在未来几年取代以凹面镜为代表的太阳能聚光光伏、光热发电。冶炼金属。太阳能制氢的位置。

现在利用廉价超高温聚光技术批量制造和生产的太阳灶，不仅聚光温度高，而且可以在室内使用。就是在室外使用，太阳光也不会照到人身上。人也不会感到热。而且可以在早上7：00到下午4：00长时间使用。这在以前的太阳灶都是不能做到的。并且现在用廉价超高温聚光技术所生产的太阳灶也正在向价格越来越低廉的方向发展。

3、太阳能电池

从未来光伏产业的发展趋势来看，首先，晶硅太阳能电池继续追求降低成本与制造能耗。新一代多晶硅工艺技术研究，硅片高效化、薄型化和大面积化，生产设备由半自动化向自动化、智能化过渡等方面工艺技术和设备的提升都将有利于降低太阳能电池的成本与制造能耗;

薄膜太阳能电池由于具有大面积沉积、低材料消耗及可在低成本基板上制作，有较大的成本下降潜力的优点，其发展前景非常看好，成为近阶段发展研究的重点。而薄膜电池的最大机遇是在建筑上应用，包括商业、工业和住宅市场。由于薄膜技术固有的灵活性，能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁，将电池集成到建筑材料有着极大的降低成本的潜力。

太阳能电池可分为：

1、硅太阳能电池；

2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；

3、功能高分子材料制备的大阳能电池；

4、纳米晶太阳能电池等。

1 硅系太阳能电池

<1>单晶硅太阳能电池

硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。现在单晶硅的电池工艺己近成熟。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，想大幅度降低其成本是非常困难的。

<2>多晶硅薄膜太阳能电池

多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又没有效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。

<3> 非晶硅薄膜太阳能电池

开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展。但是它在实际应用中还存在一些诸如稳定性和转化率较低等问题，如果能进一步解决这些问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

2 多元化合物薄膜太阳能电池

为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V 族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。这几种电池尽管效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，它并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代品。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率而成为很理想的电池材料。

3 、聚合物多层修饰电极型太阳能电池

在太阳能电池中以聚合物代替无机材料的原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机P－N 结的单向导电装置。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利

用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。

4 纳米晶化学太阳能电池

在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索.但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。

太阳能利用是新能源产业中最具有发展潜力的产业之一，历经数十年的研发，技术已日臻成熟。今后太阳能电池技术将围绕提高效率、降低成本至平价化能源为发展目标，薄膜电池以最具有成本下降潜力的优势，将成为各国研究的重点领域。

4、太阳能发电

在多种再生资源利用上，太阳能的比例是最大的，是人类持续发展的主要动力。近段时间，在太阳能利用上，太阳能热发电利用以其环保经济逐渐受到业内的关注。

据悉，引来能源业内注目的项目是由北京中航空港通用设备有限公司自主研发、自主涉及并具有全部自主知识产权的槽式太阳能热发电可工程化成套设备样机。通过与中科院工程热物理研究所合作，实现了曲面聚光镜从技术到生产的完全国产化，采用了成本低廉的太阳能对日跟踪驱动系统和具有强化换热功能的线聚焦强化集热管系统的重大突破，大大降低了槽式太阳能热发电的成本。中航通用公司副总经理张志明在接受采访时表示，以利用国产设备建造一个50MW规模大小的槽式太阳能热发电站，总的设备投资在1.5万元/KW左右，此技术应用前景十分广阔乐观。

在此次由中航通用公司组织的专家媒体座谈会上，众专家也对太阳能热发电前景十分看好。国务院参事，中国可再生能源学会理事长石定寰预测，热发电是未来太阳能发展的重要方向，创新空间很大。世界新一轮科技革命当中，我们一定抢占制高点。美国、西班牙早在70年代就开始做太阳能热发电方面的研究，但至今未形成有一定规模的发电站。这给我们留下一个创新的机会和空间。

我国大规模发展太阳能发电的困难

<1> 太阳能光伏产业链的上游即多晶硅原料的生产严重依赖进口自给率仅为2.6%；半导体级硅材料短缺导致光电池价格居高不下，而太阳能级硅料存在巨大的成本下降空间。

<2> 太阳能光伏产业的市场还很小。

虽然目前已经在偏远地区通过“送电到乡”等国家工程推广了一些户用光伏发电系统和小型光伏电站，解决了部分无电地区的供电问题，但是由于太阳能光伏发电的成本较高，全国目前太阳能发电的确规模还是很小，很难将太阳能发电普及。