太陽能于綠色建筑中的優(yōu)勢及發(fā)展

周卉

摘 要：太陽能是一種極清潔的能源，目前在各個領(lǐng)域均有發(fā)展趨勢，未來在建筑領(lǐng)域也將大力發(fā)展。本文主要針對太陽能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，如在光電、光熱，制冷等方面的應(yīng)用展開分析描述，對于太陽能光板在建筑外觀上的裝飾、綠色建筑的環(huán)保優(yōu)勢及節(jié)能發(fā)展做出了簡要闡述。

關(guān)鍵詞：太陽能；綠色建筑；建筑應(yīng)用；節(jié)能

0 引言

隨著時代的進步與科技的發(fā)展，建筑規(guī)模的擴大化，現(xiàn)代建筑的能源消耗量越來越大。而且人們對生態(tài)環(huán)境保護的意識越來越強，越來越多的大型企業(yè)希望綠色環(huán)保作為自己的產(chǎn)業(yè)化標(biāo)志。由于現(xiàn)代建筑對美的要求以及對環(huán)保的需求，我們需要以更為環(huán)保的方式來發(fā)展建筑。太陽能在該領(lǐng)域的應(yīng)用可以幫助人們達到綠色建筑的目的。隨著太陽能的普及，這種近似于可以無限索取的能量已為人們所熟知，被大眾所認可。從最初的太陽能熱水器到如今的太陽能發(fā)電，這項能源確實給人類帶來很多好處。通過大量的太陽能應(yīng)用，能夠讓建筑成為能源的生產(chǎn)者而不是消耗者，能夠?qū)㈦娔芟慕档偷皆瓉淼?/3及以下。雖然目前太陽能的使用并沒有那么方便，大多數(shù)太陽能用器在夜晚及陰雨天就失去了作用。未來的發(fā)展方向就是將太陽能儲存功能變得實際方便，像電力一樣穩(wěn)定可靠。

1 原理概述

太陽能在綠色建筑中的應(yīng)用大致分為光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換。

1.1 光電轉(zhuǎn)換

太陽能可與常規(guī)發(fā)電裝置進行轉(zhuǎn)換，太陽能電池板通過光能產(chǎn)生的直流電力通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，然后向用電負荷供電，另外，多余的電量又通過控制器向蓄電池組充電。太陽能光電技術(shù)主要是利用單晶硅或多晶硅將光能轉(zhuǎn)化為電能。在無日照或光線不足的情況下，使用逆變器由蓄電池向用電負荷供電，當(dāng)蓄電池的電力不足時，自動切換到常規(guī)發(fā)電裝置，由常規(guī)發(fā)電裝置給用電器提供電能。整個系統(tǒng)全自動運行，自己調(diào)控，無需人工管理。

如圖1為某家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)實例。

1.2 光熱轉(zhuǎn)換

太陽能的光熱利用主要是用于生暖和制冷，供熱主要是太陽能高溫利用，日常的生活熱水供應(yīng)主要是低溫利用。通過采集太陽能的熱量，而將其轉(zhuǎn)換成熱能，提供生活熱水，它主要包括兩部分：一是集熱部分，二是末端用熱部分，根據(jù)用熱部分的不同又分為太陽能熱水、太陽能供熱和太陽能制冷。

2 太陽能于綠色建筑的優(yōu)勢

2.1 低能耗

國內(nèi)建筑能耗占全社會總能耗的比重比較大，熱水、空調(diào)和采暖能耗占建筑能耗的65%左右，而綜合利用太陽能，太陽能熱水可補充15%的建筑能耗，采暖、制冷系統(tǒng)可解決50%的建筑能耗，光伏發(fā)電可節(jié)約30%的建筑能耗，就可建成最理想的零能耗房。

2.2 使用安全

煤氣、天然氣等燃燒都有危險如爆炸，發(fā)生泄漏等。使用上會產(chǎn)生困難，時常需要人工加以管理監(jiān)督。比如目前城市燃氣管網(wǎng)老化現(xiàn)象比較嚴重。部分管道已連續(xù)使用幾十年從未進行檢測維修，其安全可靠性無法確定，隨時有發(fā)生事故的可能性。地下燃氣管網(wǎng)由于城市建設(shè)的需要，局部管道的位置發(fā)生了變化，道路拓寬、樓群的遷移等使燃氣管道置于缺少保護沒有加固，極易發(fā)生燃氣泄漏。在與建筑相互融合的情況下，太陽能可以與建筑相輔相成，完美運行，安全性較高所以太陽能對老人、孩子等使用起來更安全。

2.3 其他優(yōu)點

利用太陽能設(shè)施完全取代或部分取代屋頂覆蓋層，可減少成本，提高效益。而且可使建筑外觀獨特，把太陽能的利用納入環(huán)境的總體設(shè)計，把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體，太陽能設(shè)施成為建筑的一部分，相互間有機結(jié)合，取代了傳統(tǒng)太陽能的結(jié)構(gòu)所造成的對建筑的外觀形象的改變。

太陽能的使用率極高， 可用于平屋頂或斜屋頂，一般對平屋頂可采用覆蓋式，對斜屋頂則采用鑲嵌式，應(yīng)用范圍廣。

最大的好處是它是一種清潔能源，太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，具有安全、無污染、可再生和分布范圍廣等特點，越來越受到人們的重視，是今后代替能源發(fā)展的戰(zhàn)略性能源。

3 太陽能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 太陽能熱水器

太陽能熱水器是將水從低溫加熱到高溫，太陽光能轉(zhuǎn)化為加熱的裝置，可以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，需要用真空集熱管，再利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生上下的小型循環(huán)而提供生活所需熱水。

3.2 太陽能地暖

太陽能地板輻射采暖簡稱太陽能地暖，是一種以采集的太陽能作為熱源，通過敷設(shè)于地板中的盤管加熱地面進行供暖的系統(tǒng)，是太陽能作為熱源與地暖作這末端的結(jié)合體。

3.3 太陽能發(fā)電

除提供能源外，太陽能光伏發(fā)電還有許多特殊優(yōu)勢，尤其是它可以為邊遠地區(qū)、特殊場合進行供電。發(fā)展太陽能光伏在經(jīng)濟、社會和環(huán)境保護等方面具有積極的現(xiàn)實意義。光伏發(fā)電不產(chǎn)生傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)（例如燃煤發(fā)電）帶來的污染物排放和安全問題，沒有廢氣或噪音污染。系統(tǒng)報廢后也很少有環(huán)境污染的遺留問題。

光伏發(fā)電也是一種簡單的低風(fēng)險技術(shù)，幾乎可以安裝在任何有光的地方。這意味著在公共、私人和工業(yè)建筑的屋頂和墻面上都有廣泛的安裝潛力。與建筑物結(jié)合的光伏在提供大量電力供應(yīng)的同時，避免占用更多的土地。

3.4 其他應(yīng)用

新型的應(yīng)用是在于空氣凈化，利用太陽能的光電原理轉(zhuǎn)化成電能然后經(jīng)過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧離子和負氧離子，專用于凈化汽車內(nèi)房間內(nèi)空氣中的異味、有毒有害氣體、細菌病毒等污染的空氣凈化器。

同時，制冷也是一項重要的新型應(yīng)用。利用太陽能驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)一方面可以大大減少不可再生能源及電力資源消耗，另一方面因較低的耗電減少了因燃燒煤等常規(guī)燃料發(fā)電帶來的環(huán)境污染問題，是當(dāng)前空調(diào)制冷技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。根據(jù)不同的能量轉(zhuǎn)換方式，太陽能驅(qū)動制冷主要有以下兩種方式，一是先實現(xiàn)光─電轉(zhuǎn)換，再以電力制冷；二是進行光─熱轉(zhuǎn)換，再以熱能制冷。

4 未來的發(fā)展方向

4.1 太陽能與建筑的融合

將建筑的使用功能與太陽能發(fā)熱發(fā)電的功能相互結(jié)合，形成多功能的建筑構(gòu)件。從太陽輻射能采集能量，最好將其能量屬性為不連續(xù)、間歇性、低密度的特點，保證系統(tǒng)的輸出必須是具有穩(wěn)定的、連續(xù)的、能流密度。同時，應(yīng)該要在建造過程中同步計劃如何設(shè)計，與建筑一同存在，以此節(jié)省安裝成本。由此將太陽能發(fā)電發(fā)熱系統(tǒng)與建筑一體化，也可美化外觀。

4.2 大力推廣

政府部門應(yīng)該對新建筑提出強制性節(jié)能要求，規(guī)定應(yīng)該做到哪些節(jié)能的標(biāo)準，并且同時引導(dǎo)老建筑進行改造。按照個人意愿，給予部分補貼獎勵熱心參與改造的人員。激勵大家為環(huán)境做貢獻。應(yīng)該制定相關(guān)的扶持、鼓勵政策，鼓勵相應(yīng)企業(yè)發(fā)展，幫助社會更好的了解和認識太陽能的優(yōu)勢。最重要的是建立權(quán)威機構(gòu)來保證太陽能建筑的質(zhì)量管理，給民眾放心的數(shù)據(jù)，將太陽能的安全性證明出來，時時刻刻保護人民安全及財產(chǎn)安全。

5 結(jié)論

本文從太陽能對綠色建筑帶來的優(yōu)勢，如光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換，這些能在給人們帶來便利使用的同時為綠色環(huán)保作出貢獻。太陽能是一種具有低能耗、高利用的并且取之不盡的清潔能源，目前在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用有熱水器、地暖、發(fā)電、制冷凈化等，確實將對環(huán)境的破壞降低并且能穩(wěn)定的為建筑提供服務(wù)。在未來的綠色建筑中我們應(yīng)該大力宣傳推廣，通過政府部門的支持，將太陽能與建筑一體化的發(fā)展目標(biāo)深入到社會的各個階層。

參考文獻

[1]劉洋洋.綠色生態(tài)住宅小區(qū)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用芻議[J].科技風(fēng)，2011，（3）：225-226.

[2]張守一，葛新權(quán)，張真真.把沙漠建成太陽能發(fā)電的基地[J].華北電力技術(shù)，2010，（2）：42-46.

[3]陳卓，李子牛.太陽能光電建筑的發(fā)展及展望[J].河南科技，2010，11：86.

[4]田甜.太陽能一體化建筑熱利用的經(jīng)濟評價[D].西安科技大學(xué)，2012.

[5]楊紅霞，龍云濤，高文忠.陜北地區(qū)實施太陽能建筑一體化的可行性分析[J].節(jié)能技術(shù)，2014，（5）：452-454.

[6]趙喜存.城市管道供氣企業(yè)安全管理研究[D].北京交通大學(xué)，2006.

[7]張園.淺析太陽能制冷技術(shù)的研究與發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2009，（30）：315，286.

（作者單位：上海市行知中學(xué)）