太陽能供熱供電的一體化構(gòu)想

亓懷剛，路俊杰

山東省能源建筑設(shè)計院，山東濟(jì)南 250014

0 引言

地球作為人類生存的家園，其能源資源大多數(shù)都是屬于不可再生的，而在當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展的狀態(tài)下，各種能源資源的消耗也不斷加劇。在我國，雖然地域遼闊，總體上的各種資源儲量相對較大，但是其作為一個發(fā)展中國家，而且人口基數(shù)較大，對能源的消耗上是十分嚴(yán)重的，加之科學(xué)技術(shù)的發(fā)展落后于發(fā)達(dá)國家，在能源的利用上其效率又呈現(xiàn)普遍偏低的想象。因此，合理開發(fā)新能源對于我們這樣的國家來說意義巨大。太陽能作為一種可再生資源，其既環(huán)保又安全，在開發(fā)利用上具有非常高的價值和效益。本文主要針對當(dāng)前太陽能的使用情況進(jìn)行論述，并對太陽能供熱供電的一體化作出相關(guān)構(gòu)想，以期設(shè)計出合理的方案，運用到現(xiàn)實生活中來。

1 太陽能利用情況

太陽能作為一種無污染，能量又巨大而且在某種程度上屬于不會枯竭的能源，其能夠為人來帶來非比尋常的價值。雖然太陽能具有如此多的優(yōu)點，但是在實際利用上，仍然存在一些難以解決的問題。比如太陽輻射到地球的能量很大，但是其投射面較廣，分布過于散漫，這在搜集利用的過程中對設(shè)備的要求及造價比較高；而于此同時，太陽能的利用還存在氣候環(huán)境的影響，尤其是雨雪天氣下，太陽能的接受將受到嚴(yán)重的制約，在某些特定的地區(qū)，其運用基本不能實現(xiàn)規(guī)模化等。

就目前對太陽能的開發(fā)利用上，主要有直接利用太陽能的熱效應(yīng)，將水等物質(zhì)加熱，像現(xiàn)在比較普遍的太陽能熱水器等；還有就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過一定的條件，將電能儲蓄起來然后進(jìn)行別的用途，在這方面有光伏發(fā)電等；而另外，在太陽能的利用上還可以采用光化學(xué)轉(zhuǎn)換的方式，即直接將太陽能用來分解水等物質(zhì)進(jìn)而制取氫氣。下面主要談?wù)勌柲馨l(fā)電技術(shù)和供熱技術(shù)的應(yīng)用。

1.1 太陽能發(fā)電

1.1.1 熱力發(fā)電

太陽能熱力發(fā)電即將太陽能的能量集中搜集起來再加以利用的發(fā)電技術(shù)，其基本原理亦是采用太陽能搜集器吸收能量，再將能量傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)上。太陽能的熱力發(fā)電比傳統(tǒng)的發(fā)電更具優(yōu)勢，傳統(tǒng)的火力發(fā)電對環(huán)境造成的影響比較大，而且消耗的煤炭等資源其花費、需求量都非常大，同時太陽能熱力發(fā)電在生產(chǎn)上又相對安全。

當(dāng)前太陽能熱力發(fā)電技術(shù)其所運用的系統(tǒng)主要有三種，槽式系統(tǒng)、碟式和塔式系統(tǒng)，三者在太陽能的利用的運用上程度均不相同，第一種基本實現(xiàn)了規(guī)模化、商業(yè)化的生產(chǎn)，而后兩者仍處于試驗階段。我國的太陽能熱發(fā)電技術(shù)自研究以來雖然已經(jīng)有幾十年，但是由于多種因素的干擾使得這一技術(shù)并未得到廣泛的應(yīng)用。

1.1.2 光伏發(fā)電

在太陽能發(fā)電上，光伏發(fā)電是目前比較流行的發(fā)電方式。它主要運用半導(dǎo)體材料對光有一種伏特效應(yīng)，然后將能量轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電一般采用蓄電池來存儲搜集起來的能量，到了需要使用的時候，再將能量釋放出來運輸?shù)桨l(fā)電機(jī)中，最后不斷的產(chǎn)生電能。光伏發(fā)電技術(shù)本身采用三大部分，最主要是由太陽能電池板、控制器與逆變器構(gòu)成，而太陽能電池板是該系統(tǒng)的核心部分，無論是在造價還是在所產(chǎn)生的價值方面都是最重要的。太陽能電池板的基本原理是在太陽的輻射下，半導(dǎo)體材料本身就出現(xiàn)了自由電荷，而當(dāng)自由電荷積累并不斷地移動過程中，電流就產(chǎn)生了。

光伏發(fā)電技術(shù)在近來的發(fā)展比較迅速，尤其是在世界上的一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，他們對于光伏發(fā)電的技術(shù)研究已經(jīng)進(jìn)入到非常成熟的階段，而且國家政府部分也都紛紛制定了各種開發(fā)太陽能的計劃與措施，在中國，其太陽能資源的利用前階段上較少，但隨著世界光伏發(fā)電技術(shù)市場的推動，使得現(xiàn)今的發(fā)電事業(yè)也進(jìn)入相對迅猛的時代。

1.2 太陽能供熱

說到太陽能供熱，幾乎每個人都知道太陽能熱水器，其對太陽能的利用時采取直接轉(zhuǎn)化的方式，即不需要轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或者電能。當(dāng)前在太陽能直接供熱的設(shè)備中，像太陽能熱水器，它們主要用平板集熱器、聚焦集熱器以及真空管集熱器。在太陽能的輻射，集熱器開始工作，直接將太陽能搜集起來，化為熱能，現(xiàn)代的太陽能熱水器大多都是將水分別通入各個細(xì)管，其管道能很好的吸收太陽能，在經(jīng)過一定時間的照射下，太陽能的熱效應(yīng)就使得管道內(nèi)的水的溫度升高，然后將溫度已經(jīng)很高的水送入到保溫箱中，再用冷水進(jìn)行補(bǔ)充，反復(fù)以此循環(huán)，最終達(dá)到不斷利用的目的。

2 太陽能綜合利用一體化構(gòu)想

鑒于現(xiàn)今太陽能利用的方式越來越成熟化，我們便可以嘗試將太陽能發(fā)電技術(shù)和供熱技術(shù)相結(jié)合起來，綜合開發(fā)出比較適用而又具規(guī)模化的系統(tǒng)。

2.1 供熱供電系統(tǒng)

2.1.1 對發(fā)電系統(tǒng)的改造

首先我們可以考慮將供電系統(tǒng)作進(jìn)一步改造，下面以光伏發(fā)電系統(tǒng)為例來說明。在電池板方面，我們采取多晶硅電池，而且其在設(shè)備的安裝和搭配上配合使用太陽能集熱器，電池表面采用低鐵鋼化絨面玻璃，并且在每塊玻璃的間隔處安裝上熱

其次在發(fā)電方面多采用并網(wǎng)式發(fā)電技術(shù)，雖然當(dāng)前這種技術(shù)的發(fā)展受到一些的因素的制約，例如電站本身要求的投資比較大，建設(shè)耗用的時間長等等，但是我們可以采取小型的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，國內(nèi)已經(jīng)有將光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合的例子。

在將太陽能傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)之前，把太陽能集熱器與太陽能電池板結(jié)合起來，從而在不同的環(huán)境和需求中相互切換，由此，我們就可以實現(xiàn)太陽能的供電供熱。

2.1.2 新的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

在太陽能的利用上，其發(fā)電技術(shù)的使用本身就可以提供供熱效果，將電能轉(zhuǎn)化為熱能對于現(xiàn)代的科技來說，非常容易，所以開發(fā)新的發(fā)電技術(shù)尤為重要。針對需要的大小情況而言，我們完全可以研發(fā)出新型的太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的發(fā)電與供暖設(shè)備，其主體應(yīng)該由太陽能集熱器或者吸收裝置和化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)成。隨著未來科技的進(jìn)一步發(fā)展，這種轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的應(yīng)用將會得到更為廣泛的利用。

2.2 面臨的問題

2.2.1 開發(fā)利用的成本

在太陽能的開發(fā)利用上，無論是供熱系統(tǒng)的建立還是在發(fā)電系統(tǒng)的投入、生產(chǎn)方面，其所消耗的成本都比較大，尤其是新型的發(fā)電系統(tǒng)，它們一般采用先進(jìn)的原料與設(shè)備，而當(dāng)前的技術(shù)水平又不能實現(xiàn)這些設(shè)備的規(guī)模化生產(chǎn)，所以成本的加大嚴(yán)重的限制了新技術(shù)的普及。而像太陽能建筑一體化的實際運用則更加考慮了各方面的條件，建筑本身所投入的成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通建筑的造價。因此，現(xiàn)階段開發(fā)利用太陽能仍然需要考慮著高昂的造價成本。

2.2.2 氣候環(huán)境因素

客觀上來講，天氣因素對于太陽能的吸收上有著明顯的影響。在雨雪天氣里，太陽能的輻射大部分都被云層所遮擋，直接照射到地面的太陽能非常的少，這使得太陽能發(fā)電供熱系統(tǒng)能夠吸收的太陽能能量大大減少。

另外，我們知道，越是靠近赤道，太陽能的強(qiáng)度越強(qiáng)，而向兩極化方向，隨著維度的增加，其太陽能強(qiáng)度逐漸下降，所以地域的影響也將制約著太陽能的開發(fā)利用。

2.2.3 技術(shù)條件

技術(shù)條件作為開發(fā)利用太陽能的關(guān)鍵部分，其發(fā)展雖然迅速，但是就國內(nèi)而言，仍然不能滿足預(yù)期的目標(biāo)，而且新技術(shù)的研究往往需要相當(dāng)長的時間，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益反而并不是很快就能實現(xiàn)，所以利用太陽能資源往往直接受到技術(shù)條件的制約。

2.3 應(yīng)對方案及未來展望

2.3.1 應(yīng)對方案

針對上述問題，我們需要吸取發(fā)達(dá)國家的開發(fā)經(jīng)驗，并且合理的控制開發(fā)成本，結(jié)合我國國內(nèi)的具體環(huán)境條件，再做出相關(guān)計劃和發(fā)展戰(zhàn)略。同時，有效的利用國家政府的支持，加大力量發(fā)展開發(fā)利用太陽能資源。而在氣候環(huán)境條件中，我們可以借鑒日本等國家的例子，采取在戈壁灘或者天空中利用太陽能發(fā)電。在技術(shù)方面，國家應(yīng)該著重注意培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)人才，只有培養(yǎng)好了人才，才能推動國家的綜合發(fā)展，才能走上強(qiáng)國之路。

2.3.2 未來展望

太陽能資源本身帶有的特點，注定了它在未來發(fā)展中地位，將會非常的重要，雖然現(xiàn)今的開發(fā)利用還存在著許多方面的缺陷，但是相信在不久的將來，隨著社會的進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類在利用太陽能方面將會更加的完善。

3 結(jié)論

本文主要講述了太陽能的開發(fā)利用現(xiàn)狀以及現(xiàn)今的主流開發(fā)技術(shù)，并對太陽能的供電供熱一體化作出相關(guān)構(gòu)想，盡管就現(xiàn)階段國家的實際情況而言，其發(fā)展受到了一定的限制，但是我們相信，更加合理化、完善化的系統(tǒng)或技術(shù)將會被研究開發(fā)出來，那時，我們將會真正的享受太陽能給人類帶來的福利。

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