光伏專業(yè)畢業(yè)論文--太陽能光伏利用的前景

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題　　目 太陽能光伏利用的前景</p><p>　　學 院 光伏工程學院</p><p>　　?！　I(yè) 光伏材料加工與應用技術</p><p>　　摘要：目前太陽能的利用技術已是當今世界各國索取新能源和利用新能源，進行節(jié)能、

2、環(huán)保的重要研究項目之一。本文介紹了國內外的節(jié)能政策和法規(guī)，總結了太陽能在建筑內的利用和在其他方面的嘗試，對今后太陽能的利用和發(fā)展提出了一些建議。 </p><p>　　關鍵詞：太陽能 ，節(jié)能政策 ，太陽能熱水器， 太陽能熱泵 ，建筑一體化</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言4</

3、b></p><p>　　2 國內外的節(jié)能政策與法規(guī)[1]4</p><p>　　2.1 我國的節(jié)能政策與法規(guī)4</p><p>　　2.2 國外的節(jié)能政策與法規(guī)4</p><p>　　3 太陽能在建筑內的利用5</p><p>　　3.1 主動式太陽能建筑5</p><p>　

4、　3.1.1 太陽能熱水器系統(tǒng)5</p><p>　　3.1.2 太陽能熱泵采暖系統(tǒng)6</p><p>　　3.2 被動式太陽能建筑6</p><p>　　3.3 太陽能在制冷方面的開發(fā)和設計6</p><p>　　3.4 家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)[8]7</p><p>　　4 太陽能在通訊中的利用7</

5、p><p>　　5 太陽能在其他方面的應用8</p><p>　　6 今后太陽能利用的發(fā)展前景8</p><p><b>　　7.致謝9</b></p><p><b>　　8.參考文獻9</b></p><p><b>　　1 引言</b><

6、/p><p>　　自1973年世界性的石油危機爆發(fā)以來，能源危機給人們敲響了警鐘，大家開始關注占國家全部能源消耗的30-40%的建筑能耗的問題。1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開了“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件，進一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。</p><p&

7、gt;　　2 國內外的節(jié)能政策與法規(guī)[1]</p><p>　　2.1 我國的節(jié)能政策與法規(guī)</p><p>　　從我國的國情來看，建筑節(jié)能是社會經濟發(fā)展的需要，是減輕大氣污染的需要，是改善建筑熱環(huán)境的需要，還是發(fā)展建筑業(yè)的需要。我國從80年代中期開始推行建筑節(jié)能，當時確定的第一個建筑節(jié)能設計標準，即《民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-86)，用于采暖居住建筑，節(jié)能率

8、為在1980~1981年當地通用設計能耗標準水平的基礎上節(jié)能30%。1995年12月建設部發(fā)布了第二個標準JGJ26-95，以取代第一個標準。1996年9月，建設部在北京發(fā)布了《建設部建筑節(jié)能“九五”計劃和2010年規(guī)劃》以及《建筑節(jié)能技術政策》文件。1997年2月18日建設部、國家計委、國家經貿委、國家稅務局發(fā)文推行節(jié)能50%的JGJ26-95，由建設部批準的《采暖居住建筑節(jié)能檢驗標準》(JGJ132-2001)于2001年6月1日起

9、實施。1998年1月1日施行的《中華人民共和國節(jié)約能源法》是指導全國節(jié)能的大法，也是中國建筑節(jié)能工作的立法依據。</p><p>　　2.2 國外的節(jié)能政策與法規(guī)</p><p>　　各發(fā)達國家都把對建筑節(jié)能的要求體現(xiàn)在建筑規(guī)范和標準中，他們每過幾年就修訂一次建筑標準。近20多年來，每次修訂標準都將節(jié)能要求提高一步，從而推動節(jié)能工作逐步發(fā)展。例如美國，據有關資料顯示，美國在70年代就制定了

10、一系列的建筑節(jié)能法規(guī)，如《新建建筑節(jié)能暫行標準》、《新建筑節(jié)能設計及評價標準》。1978年制定了五項法律：公益事業(yè)管理政策法(PURPA)、電力工業(yè)燃料使用法(PIFUA)、能源稅法(ETA)、天然氣政策法(NGPA)、國家節(jié)能政策法(NECPA)，統(tǒng)稱國家能源法。1986年美國制定的節(jié)能新標準中的主要措施是普遍降低室內溫濕度的標準，改善維護結構的隔熱、保溫性能。1989年ASHRAE制定的《除低層住宅以外的新建建筑物的節(jié)能設計標準》(

11、ASHRAE/IESNA 90.1-1989)以及《新建低層住宅建筑節(jié)能設計標準》(ASHRAE 90.2-1993)，全國性的節(jié)能標準還有由美國建筑官員理事會制訂的《簡明能源規(guī)范》(Model Energy Code —1993)。</p><p>　　3 太陽能在建筑內的利用</p><p>　　一般說來，太陽能在建筑中的利用主要是在建筑中采取一定措施利用太陽能進行冬季采暖或夏季制冷。

12、趙敬源，邱永亮等人[2]、高芳葳[3]、陸維德[4]等分別研究了太陽能在建筑中的應用。</p><p>　　3.1 主動式太陽能建筑</p><p>　　主動式太陽能建筑是通過高效集熱裝置來收集獲取太陽能，然后由熱媒將熱量送入建筑物內的建筑形式。它對太陽能的利用效率高，不僅可以供暖、供熱水，還可以供冷，而且室內溫度穩(wěn)定舒適，日波動小，在發(fā)達國家應用非常廣泛。但因為它存在著設備復雜、先期投資

13、偏高，陰天有云期間集熱效率嚴重下降等缺點，在我國長期未能得到推廣。</p><p>　　3.1.1 太陽能熱水器系統(tǒng)</p><p>　　由于將太陽能轉化為溫度不太高的熱水，只要用簡單的裝置即可實現(xiàn)，因而被廣泛采用。供應熱水可以采取集中的方式，也可以用于單獨的住宅中。集中供應熱水，需要有一定的場地和基建投資，經濟效益較高，適用于人口較集中的城鎮(zhèn)。單獨供應熱水，設備簡單，不需要專門的管理人員

14、，在城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村均可采用。</p><p>　　目前在我國市場上常見的太陽熱水器有以下幾類：</p><p>　　(1)平板太陽熱水器。它由平板集熱器與熱水箱組成，一般采用自然循環(huán)運行方式。</p><p>　　(2)真空管熱水器。它由多支玻璃真空集熱管直接插入水箱構成，一般采用自然對流換熱；每支真空集熱管與水箱插孔間放置硅橡膠制成的密封圈。真空集熱管的熱損系數小，故

15、用它做成的太陽熱水器在冬季有較好的熱性能，適合在北方地區(qū)使用。</p><p>　　(3)悶曬式熱水器。它是集熱與貯熱合二為一的整體式熱水器，一般由二至三個涂黑的圓筒組成，以結構簡單、造價較低為特色，缺點是夜間散熱大，熱水不能過夜使用，在冬季也不能用。它在農村有較大的推廣面。</p><p>　　平板集熱器、玻璃真空管和家用太陽熱水器的技術條件均有國家標準。</p><

16、p>　　?平板太陽集熱器熱性能試驗方法GB/T4271-2000(為原標準GB/T4271-84的修訂版)</p><p>　　?平板太陽集熱器產品技術條件GB/T6424-1997(為原標準GB/T6424-86的修訂版)</p><p>　　?全玻璃真空集熱管GB/17049-1997</p><p>　　?全玻璃真空管太陽集熱器GB/T17683-199

17、9</p><p>　　?家用太陽熱水器的熱性能試驗方法GB12915-1991</p><p>　　3.1.2 太陽能熱泵采暖系統(tǒng)</p><p>　　太陽能熱泵采暖系統(tǒng)是利用集熱器進行太陽能低溫集熱，然后通過熱泵，將熱量傳遞到溫度為35-50℃的采暖熱媒中去。冬季太陽輻射量較小，環(huán)境溫度很低，使用熱泵則可以直接收集太陽能進行采暖。將太陽能集熱器作為熱泵系統(tǒng)中

18、的蒸發(fā)器，換熱器作為冷凝器，這樣就可以得到較高溫度的采暖熱媒。</p><p>　　太陽能熱泵采暖系統(tǒng)主要特點是花費少量電能就可以得到幾倍于電能的熱量，同時可以有效地利用低溫熱源，減少集熱面積，這是太陽能采暖的一種有效手段。若與夏季制冷相結合，應用于空調，它的優(yōu)點更為突出。</p><p>　　3.2 被動式太陽能建筑 </p><p>　　被動式太陽能建筑是指太陽

19、能向室內的傳遞不借助于機械動力，完全由自然的方式，即蓄熱體進行的建筑形式。所謂蓄熱體一般指可以儲存熱量的集熱體，蓄熱體相對于建筑物構造體有附屬于或不附屬于兩種存在方式。若屬于構造一部分，則一方面支撐建筑物，另一方面具有儲熱體的功能。不為構造體的蓄熱體能很簡單地設置于建筑物中，可靈活增減，配合季節(jié)調節(jié)室內溫度。</p><p>　　用于蓄熱體的材料很簡單，可以是液態(tài)的水、鹽水、油等液體，也可以是固體的磚瓦、預制混凝

20、土、沙、粘土、石塊等。蓄熱體設置在太陽能接收式冷暖系統(tǒng)的建筑物的任何位置都會發(fā)揮功用，但為能發(fā)揮最大限度的功能，必須選擇理想的位置。</p><p>　　3.3 太陽能在制冷方面的開發(fā)和設計</p><p>　　目前，太陽能制冷技術在研究和開發(fā)方面已做了大量的工作，日趨完善。一般來說，太陽能制冷有兩種方式：一是通過太陽能集熱器將太陽能轉換成熱能，驅動吸附式或吸收式制冷機；二是將太陽能由光電

21、池轉換成電能，驅動常規(guī)電冰箱制冷。比較以上兩種方式，利用熱能制冷具有造價低、系統(tǒng)運行費用低和結構簡單的特點，特別適合發(fā)展中國家和偏遠農村采用。該類系統(tǒng)的研究和利用得到了國際上極大的關注。</p><p>　　太陽能吸附式系統(tǒng)通常包括太陽能集熱器、吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器，整個系統(tǒng)一般工作在負壓狀態(tài)下。通常將太陽能集熱器和吸附床合二為一。從前期的研究和使用情況來看，這樣的系統(tǒng)在使用一段時間后，制冷性能會變壞，最終會停

22、止工作。據推測，這可能是由于活性炭、甲醇與銅在一定條件下發(fā)生了化學反應，或者是系統(tǒng)中有二甲基、甲醇的存在，使系統(tǒng)在工作中產生了一些雜質氣體，導致系統(tǒng)真空度下降，致使系統(tǒng)性能下降。</p><p>　　為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，李云蒼等人[5]提出用化學性能穩(wěn)定的玻璃做吸附床和太陽能集熱器(真空管集熱器)。為了驗證該種系統(tǒng)的可行性，他們建立了一個試驗系統(tǒng)。試驗的結果及討論是：整個系統(tǒng)在模擬自然環(huán)境中工作正常，證明該系

23、統(tǒng)的構想是可行的。同時發(fā)現(xiàn)，隨著試驗次數的增加，解附出來的甲醇溶液的數量有所減少，系統(tǒng)的工作壓力(無光照時)變化不大，但系統(tǒng)的性能下降。系統(tǒng)重新抽真空后，整個性能得到恢復和改善，但沒有完全恢復到以前的水平。估計是重新抽真空時，在抽出雜質氣體的同時也將一些甲醇氣體抽走，使系統(tǒng)的性能下降。因此，對系統(tǒng)補充了300mL甲醇，試驗看出，整個系統(tǒng)的性能幾乎得到了恢復。當系統(tǒng)處于制冷狀態(tài)時，吸附床的散熱狀態(tài)直接影響其制冷速率的大小，散熱狀態(tài)越好，制

24、冷速率越快。</p><p>　　張學軍等人[6]研究了太陽能吸附制冷系統(tǒng)的COP和制冷量的問題，他們提出應該構建更合理的吸附循環(huán)和吸附床結構。基于對固體吸附制冷系統(tǒng)的大量實驗和理論研究，提出了一種新型的太陽能驅動連續(xù)型固體吸附制冷及供熱復合機的設計方案。該復合機與間歇式的太陽能固體吸附制冷系統(tǒng)相比，有以下一些優(yōu)點：日照時能實現(xiàn)連續(xù)制冷；既制冷又供熱；系統(tǒng)中能量利用率較高。</p><p>

25、;　　陳光明等人[7]也研究了如何提高系統(tǒng)的COP問題，他們提出了一個新的循環(huán)。與傳統(tǒng)吸收循環(huán)比較，新循環(huán)較傳統(tǒng)循環(huán)多了一個壓縮機。通過用熱力學第一、二定律對循環(huán)進行分析，COP比傳統(tǒng)循環(huán)明顯提高。</p><p>　　3.4 家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)[8]</p><p>　　家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)的不同之處是引進了一個與傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)相連接的測量系統(tǒng)，我們稱之為計量箱。計量箱包

26、括一個將太陽能模塊發(fā)出的直流電轉換為交流電再與電網聯(lián)接的逆變器。測量裝置測出太陽能系統(tǒng)的發(fā)電量，電力部門從用戶消耗的總電量中扣除太陽能系統(tǒng)的發(fā)電量，電力部門也可以買進用戶未用完的多余電量。</p><p>　　4 太陽能在通訊中的利用</p><p>　　岳靜等人[9]提出了將太陽能用于黃河通訊網中，并且取得了預期的效果。1993年，鄭州—濟南數字微波通信工程中，個別中繼站供電采用農用電供

27、電，供電極不正常，經常停電，造成微波干線中斷。為了解決個別站點的供電問題，他們在河南境內的渠村站實驗安裝了太陽能供電系統(tǒng)。根據該站的環(huán)境條件和微波設備耗電情況，考慮到渠村也不是完全沒有市電供電，因此在設計時供電以太陽能電池為主，市電為輔。該系統(tǒng)具有防反充、防過充、過放告警、輸出電壓自動調節(jié)以及自動切換功能等特點。</p><p>　　5 太陽能在其他方面的應用</p><p>　　流金[1

28、0]曾提到利用太陽能，黑夜變白晝、烈日造冰。</p><p>　　俄羅斯科學家使北極的黑夜變得陽光燦爛的試驗過程是：利用一艘叫“進步號”的無人駕駛小飛船從已處于太空的“和平號”空間站上脫離，并以每秒鐘570度的速度旋轉，產生離心力，使上面的一把折疊傘式的太陽反射鏡展開成形。折疊的反射鏡完全張開后，小飛船的旋轉速度降低到每秒84度，這個速度足夠使反射陽光的傘處于繃緊狀態(tài)。這時，反射鏡把陽光反射到北極，照亮了處于黑暗

29、之中的地面。</p><p>　　這次試驗成功后，俄羅斯的空間科學家開始制定規(guī)模更大的計劃，準備在圍繞地球的1550~5530千米的高空中，布置100個這樣的太陽反射鏡。它們既可以使地球的黑夜變白晝，還能把陽光聚焦成光束，射到飛船的太陽能電池帆板上作為能源來投進飛船，或者用光束的熱能燒毀留在空間的各種太空垃圾，以保證正在運行中的宇宙飛船的安全。</p><p>　　法國一家船舶公司的科學家

30、研制出了太陽能冰箱，這種太陽能自動制冰機，外形就像一個恒溫箱，僅靠一個太陽能接收器。在接收器里裝活性炭顆粒，向這些活性炭的孔中“灌進”甲醇。夜晚因氣溫下降，活性炭粒吸進液態(tài)的甲醇，白天太陽一曬，活性炭粒中的甲醇氣化。氣化后的甲醇流到制冰箱的冷凝器變成液體，夜晚時又被活性碳吸進小孔內，每天就這樣日夜循環(huán)制冰。這種制冰機有一個缺點，就是在陰天時因活性炭中的甲醇不能氣化吸熱，不能制造冰塊。</p><p>　　《光機電

31、信息》1/2002(No.35)[11]還介紹了太陽能水池的利用。俄羅斯國立敖德薩理工大學的研究人員提了一項新設想，用水池吸收并儲備太陽能，然后再加以利用。在一個深水池中，如果沒有對流和層流，那么在陽光照射下，水面和底層之間會存在相當大的溫差，有時候會高達數十度。</p><p>　　6 今后太陽能利用的發(fā)展前景</p><p>　　現(xiàn)在太陽能的利用已得到世界各國的普遍重視，太陽能的利用也

32、到了一個新的發(fā)展階段，稱為建筑一體化設計，即不再采用屋頂上安裝一個笨重的裝置來收集太陽能，而是用那些能把陽光轉換成電能的半導體太陽能電池板直接嵌入到墻壁和屋頂內。這種一體化的設計思想是由美國太陽能協(xié)會創(chuàng)始人施蒂文?斯特朗20年前所倡導的，由于當時太陽能電池過于昂貴，無法實施。如今太陽能電池的價格只有80年代的三分之一，所以現(xiàn)在推廣的可能性大大增加。</p><p>　　我們在大力提倡使用太陽能的同時，也要強調要在

33、工程設計中建筑的整體美、造型新以及技術的先進性，注意設計中屋頂墻面所用的太陽能電池板的設置位置，面積大小與建筑立面的造型與環(huán)境是否協(xié)調等多方面的因素。</p><p><b>　　7.致謝</b></p><p>　　在本次論文設計過程中，**老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業(yè)論文設計。在學習中,老師嚴謹的治學態(tài)度、豐

34、富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ </p><p>　　最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。</p>

35、<p><b>　　8.參考文獻</b></p><p>　　【1】 楊善勤，郎四維，涂逢祥，編著.建筑節(jié)能.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999</p><p>　　【2】 趙敬源，邱永亮.主動式太陽能建筑在西北地區(qū)的應用前景.西北建筑工程學院學報(自然科學版)，2001，18(4)：81-84</p><p>　　【3】 高芳葳.太

36、陽能在住宅中的應用. 住宅科技，1989，2：33-35</p><p>　　【4】 陸維德.我國太陽能建筑發(fā)展對策. 太陽能，1999，1：2-3</p><p>　　【5】 李云蒼，Eric，J.Hu，等.新型太陽能吸附式制冷系統(tǒng)研究.新能源，2000，22(11)：1-5，15</p><p>　　【6】 張學軍，王如竹.新型太陽能連續(xù)型固體吸附制冷及供熱復合

37、機設計及性能模擬.太陽能學報，2002，23(2)：160-165</p><p>　　【7】 陳光明，馮仰浦，飛原英治，等.一個用太陽能驅動的新型吸收制冷循環(huán).低溫工程，1999 ，1：50-54</p><p>　　【8】 豐衛(wèi)平.家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng). 大眾用電，2002，2：22</p><p>　　【9】 岳靜，黃文軒.太陽能電源的應用和展望. 通訊世界，2