太阳能在建筑中的应用技术

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1、太阳能在建筑中的应用技术太阳能在建筑中的应用技术PART 1 太阳能的简单介绍PART 2 太阳能光伏发电技术PART 3 太阳能的热利用技术PART 4 太阳能利用未来趋势展望The Application of Solar Energy in Building太阳能在建筑中的应用太阳能在建筑中的应用太阳能在建筑中的应用，实际上是利用建筑结构本身所形成的集热、蓄热和隔热系统以及附加在建筑物上的专用太阳能部件，对太阳光进行光电和光热转换来满足建筑物的热水供应、采暖、空调及照明等方面的能耗需求，从而达到减少建筑物能耗，节约常规能源，改善生态环境的目的。太阳能简介太阳能简介太阳能是一种清洁的可再生

2、能源 ，取之不尽用之不竭，分布广 获取容易.太阳能利用的两个缺点：一是它的能流密度低 通常每不到1kW 二是它的能量随时间和天气呈现出不稳定性和不连续性从广义角度讲，太阳能不仅包括直接 投射到地球表面等同样起源于太阳辐 射的间接的太阳能的辐射能，还包括 像生物质能，水能，风能，海浪能量 ，而且现在广泛使用的石油、天然气 和煤炭等化石能源，也都是古代太阳 能资源的产物。 通常意义上的太阳能，指的是对直接 投射到地球表面的太阳辐射能的利用 。 目前太阳能利用的主要两个方面：太 阳能热利用和太阳能光伏发电太阳是距离地球最近的一颗恒星，是一个炽热的气态球体，直径约为1.39109m, 体积为1.421

3、027 m3 ，太阳是地球体积的130万倍，太阳的质量为1.981030 kg，大约是地球质量的33万倍，其平均密度为1.4103 kg/m，只有地球密度的1/4. 根据推算，太阳每秒钟向外发射的能量为3.741026 J,相当于每秒燃烧1.281016 T标准煤所放出的能量,太阳辐射出来的总功率只有二十二亿分之一能够到达地球大气层上界，即到达地球大气层上界的太阳辐射功率 约为1.731017 W,相当于1.73亿个百万千瓦级发电厂发出的总功率。能够穿透大气层到达地球表面的太阳辐射总功率约为8.11016 W，约占达到地球大气层太阳辐射总功率的47%一组数据一组数据我国太阳辐射能的分布我国太阳

4、辐射能的分布太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池（solar cell），又称光伏 电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应（photovoltaic effect） 当太阳光或其他光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子 空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端 出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在 内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而 获得功率输出。太阳能光伏发电的工作原理太阳能光伏发电的工作原理半导体物理知识简介 根据导电能力的好坏，固体可以分为导体，绝缘体和半导体三类。 本征半导体：纯净的半

5、导体成为本征半导体 N型半导体：在硅晶体中掺有微量的5价杂质，如磷原子，掺杂后的晶 体含有多余的自由电子。由于自由电子带负电，故称这种掺杂后的硅为 N型半导体(N=Negative) P型半导体：在硅晶体中掺有微量的3价杂质，如硼原子，掺杂后的晶 体造成电子短缺。那些失去电子的地方成为空穴，由于空穴可以接受相 邻的电子而向周围传递，故等同于带正电的自由粒子，故称这种掺杂后 的硅为P型半导体(P=Positive)太阳能电池将光能转 换为电能的工作原理主要 为3个过程： 1.太阳能电池吸收一定能 量的光子后，半导体内产 生电子空穴对，称为“光 子载流子”，两者的电性相 反，电子带负电，空穴带 正

6、电； 2.电性相反的光生载流子 被半导体p-n结所产生的 静电场分离开； 3.光生载流子电子和空穴 分别被太阳能电池的正、 负极所收集并在外电路中 产生电流，从而获得电能 。太阳能光伏发电的工作原理太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池太阳能电池太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能变换成为电能，这个 把太阳能（或者其他光能）变换成电能的能量转换器，就叫做太阳能电池。太阳能电池1954年诞生于美国贝尔实验室，随后1958年被用作“先锋1号”人 造卫星的电源上了天，这种电池使人造卫星的电源可以安全工作达20年之久，从 而彻底取代了化学电池，为航天事业提供了一种新的能源动力。同质结太阳能电池异

7、质结太阳能电池肖特基太阳能电池多结太阳能电池液结太阳能电池按照结构分类硅太阳能电池（用的最多）化合物半导体太阳能电池有机半导体太阳能电池薄膜太阳能电池按照材料分类年份 项目9697989920002001200220032004200520062007年产量 /GWP0.0890.1260.1550.2010.2870.3910.5610.7441.21.762.473.73年增长率/%14.24223.13042.935.74432.561.246.74250.9累计安装量0.6550.7910.9461.1471.4351.8252.3873.1314.3316.098.5612.30表1

8、 世界太阳能电池年增长率和累计安装量数据来源：PV News March，2008 Paul Maycock世界太阳能电池产量排名世界太阳能电池产量排名国家或地区2006年产量/MW2006年地区排名2007年产量/MW2007年地区排名日本926.91920.02欧洲（含德国）680.321062.81德国507.8810.0中国369.53821.03中国台湾177.55368.04美国179.64266.15其他140.0295.2合计2473.83733.0数据来源：PV News 2008 March表三：表三：20072007世界前世界前1616位太阳能电池生产位太阳能电池生产 厂

9、商以及其在厂商以及其在20062006年、年、20072007年的产量年的产量公司名称2006年2007年产量/MWP排名产量/MWP排名Q-Cell(DE)253.12389.21Sharp(JP)（夏普）434.41363.02Suntech（CH）无锡锡尚德157.543273Kyocera(JP)18032074Firstsolar(US+DE)60132074Motech(TW)(台湾茂迪)10271965Sanyo(JP)15551656Sun Power(PH)62.711150.07保定英利（CH）35.0142.58Solar World(whole)86.09130.09M

10、isubishi(JP)111612110Jing-Ao（CH）晶澳25113.211BP Solar (whole)85.710101.612Solarfun（CH）江苏苏林洋25.088.013Isofoton（SP）61128514Schott solar (US+DE)93.0880.015CEEG Nanjing南京中电电电电气54.01478.016数据来源：PV News Vol.27，No.3,March 2008.中国太阳能光伏发电国内应用市场现状中国太阳能光伏发电国内应用市场现状市场分类累计安装量/MWP市场份额/%农村电气化3838.0通信和工业应用3232.0太阳能光伏

11、照明及其他光伏产品2424.0城市并网光伏系统5.85.8开阔地并网光伏系统0.20.2合计1001002007年，中国太阳能电池产量飞速增长，达到 821MW,比2006年的369.5MW增长451.5MW ,增幅高 达1.22倍，占世界总产量的21.99%，跃居世界第 二位， 但生产的821MW太阳能电池，国内市场应用仅为 15MW,98%以上出口至国际市场，主要是欧洲市场。太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能电 池阵列控制器蓄电池逆变器交流负载直流负载吸收光能发电直流电充电直流电放电直流电直流电交流电太阳能电池

12、方阵太阳能电池方阵单体 光电转换的最 小单元组件 将太阳能电池单体进行串并 联并封装后，就形成太阳能 电池组件，可以单独作为电 源使用方阵控制器 主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在简单的太阳电 池蓄电池系统中，控制器的作用包括保护蓄电池、避免过充电和 过放电，保持电池组的输出在最大功率输出点，向负载提供合适的 电压和电流等。 若光伏电站并网供电，控制器系统则需要有自动监测、控制、调节 、转换等多种功能。逆变器 如果负载用的是交流电，则在负载和蓄电池之间还应该配备逆变器 ， 逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220V的 交流电，供给负载使用。逆变器有单相和三相之分，

13、输出波形有阶 梯波，方波，正弦波等，独立和并网电站主要采用单项和三相正弦 波逆变器。蓄电池蓄电池是将电能转换为化学能贮存起来，需要时，在把化学能转化为 电能的一种储能装置，在光伏发电系统中，蓄电池组是一个很关键的部件 。在白天阳光照射下，太阳电池组在给负载供电的同时，向蓄电池充电， 到了夜晚或是在阴雨天，负载电能有蓄电池提供。目前与光伏发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池，特别是阀控 式密封铅酸蓄电池。温度对太阳能光伏发电系统的影响温度对太阳能光伏发电系统的影响概念：光电转换效率 太阳能电池的光电转换效率是指电池受光照时的最大输出功率与照射 到电池上的入射光的功率Pin 的比值，用符号表示

14、。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数， 它与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损 伤和环境变化有关。 目前硅太阳能电池的理论光电转换效率的上限为33%左右，目前商品 单晶硅太阳能电池的光电转换效率一般为16%20%，商品多晶硅太 阳能电池的光电转换效率一般为15%18%。 温度对太阳能光伏发电系统的影响温度对太阳能光伏发电系统的影响对常用的晶体硅太阳电池,温度的影响最终表现在电池电功率的变化:式中, Pmax 电池最高输出功率; -0.4 %/K理论值; -0.65 %/K测量值。可见,温度的升高会导致电池功率的下降。在没有特别考虑电池 冷却的情况下

15、,太阳电池的工作温度可达到70 或更高,此时电池的 实际功率将比标准条件下的功率减少18 %29 %。 所以为了保证电池的电功率, 应该保持较低的电池温度，电池板的冷 却对光伏发电具有重要的意义。数据参考： 卢智恒，姚强；平板式太阳能电热联用面板：太阳能学报，2006.6太阳能电池常用的冷却方法太阳能电池常用的冷却方法1. 空气冷却方式在太阳电池背面通过空气自然或强制对流带走热量,可以达到降温目的。采用自然对流冷却时把铜、铝等高导热材料作为电池背板,并安装肋片,可以加强自然对流换热。采用强制对流换热,组件背面被制成通风流道,流道的入口(或同时在出入口)设置风机增强空气流动,但风机的使用会额外消

16、耗一部分电能。2.水冷却方式水冷却方式可分为自然循环冷却和强制循环冷却;水冷却系统的设计关键是保证太阳电池与换热器表面间良好的热传导和电绝缘。典型的水冷却系统由换热器、水箱、若干连接阀门等部件组成,换热器的结构通常有管板式、流道式和水箱底座式等。太阳能电池常用的冷却方法太阳能电池常用的冷却方法3.热管冷却技术热管是一种高效传热元件,同时具有很好的均温性能,非常适用于聚光条件下的电池冷却；采用热管冷却热管的蒸发端紧贴太阳电池的背面,冷凝段暴露在大气中与周围空气进行自然对流换热,安装翅片增加散热面积可以提高冷凝段的换热效果。（冷凝端采用加翅片风冷）采用热管冷却，重力平板热管紧贴电池板的背面，蒸发段在下，冷凝段在上，与水箱相连，冷凝段放出的热量被水箱中水带走，水的温度上升，可以达到45左右，可以直接供给生活用水、供暖空调用水，从而实现热电联产！太阳能电池常用的冷却方法太阳能电池常用的冷却方法太阳能光伏电池热电 联产系统 针对非聚光太阳能光 伏发电电池板，利用微热 管阵列超导热平