第二章中外太阳能建筑的比较

第二章:中外太阳能建筑的比较研究第一节:中外太阳能建筑的发展现状国外太阳能建筑已经发展到主动式太阳房阶段主动式太阳房:是一种以太阳能集热器、管道、散热器、风机或泵以及蓄热装置等组成的强制循环太阳能采暖系统或吸收式制冷机组成的太阳能供暖和空调的建筑。主动式太阳房所采用的太阳能供暖系统主要有：热风集热式供热系统、热水集热式地板辐射采暖系统、太阳能空调系统、地下蓄热式供冷暖系统等一、美国早在上个世纪40年代，美国麻省理工学院就开始利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了w号实验太阳房。这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。到70年代以后；特点：技术上可行，经济上不可行。w号实验太阳房又有华盛顿近郊的托马森太阳房和科罗拉多州丹佛市的洛夫太阳房等主动式太阳房的示范建筑建成。这些太阳房的成功运行，说明太阳能供热、空调系统在技术上是完全可行的，但由于投资较大，推广普及程度不及被动式太阳房。直到进入90年代，由于开发出更加高效的太阳集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。20世纪90年代，因开发出更加高效的太阳集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。太阳能住宅称为建筑物一体化设计，即将太阳能电池直接嵌入墙壁和屋顶内。美国太阳能建筑的发展极为迅速，在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。比较著名的示范建筑有：位于新泽西州普林斯顿的凯尔布住宅；位于新墨西哥州科拉尔斯的贝尔住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太阳房；位于加利福尼亚州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉尔斯的戴维斯住宅。这些建筑采用壁炉或电散热器作辅助热源，但太阳能供暖率均在75％以上，有的已达到100％，例如阿塔斯卡德洛住宅。二、日本1974年日本通产省制订了“阳光计划”，并按此计划建造了数幢太阳能采暖空调试验建筑（矢崎实验太阳房），多年来日本太阳能采暖、空调建筑稳步发展。从1994年实施的“朝日七年计划”，到2000年将安装16.2万户房顶太阳能系统,总容量达18.5万kw。据最新数据，到2001年底，日本国内已建设光伏系统5.2万套，光伏组件总安装容量312MW。日本岐阜羽岛，诺亚方舟三、德国目前，德国每年生产的太阳能电池的发电能力为2.5MW。1990年开始实施由政府投资支持，提出“10万套太阳能屋顶”，当前已建起了许多不同类型的太阳能建筑，其中主要的三种类型：德国柏林，中央车站1、生太楼太阳能电池代替玻璃幕墙，屋顶安装太阳能电池，屋顶设置储水设备，收集和储存雨水，用来浇灌屋顶上的草地。2、太阳能房屋能在基座上转动跟踪阳光的太阳房屋，由小型太阳能电动机带动，它跟踪太阳能所消耗的电力仅为该房屋太阳能发电功率的1%。3、零能量住房这种住宅100%靠太阳能，其向南开放的平面是扇形平面，可获得很高的太阳辐射能，其墙面采用蓄热能力较好的灰砂砖、隔热材料及装饰材料。中国台湾高雄，腾龙体育场，1.1MW瑞士伯尔尼,万科多夫球场，1.3MW第二节:国内外住宅建筑太阳能应用状况一、国外太阳能热水器：成熟技术光伏发电技术：一定程度的推广和利用。二、国内太阳能热水器：技术成熟，应用世界第一。种类：（1）闷晒式热水器是将集热器与储水箱合为一体，结构简单，价格低廉（2）循环式热水系统集热器有平板式、全玻璃真空管。光伏发电：同国外相比还有很大差距。闷晒式热水器循环式热水系统光伏发电第三节:太阳能建筑的发展动态一、我国发展现状我国太阳能建筑的研究和应用还停留在第一阶段“九五”期间，“太阳能空调”列入科技攻关计划。成功地建成两座有一定规模的实用性太阳能空调系统一是中科院广州能源所在广东省江门市建成的100kW太阳能空调系统。二是北京市太阳能研究所在山东省乳山市建成的100kW太阳能空调系统。太阳能空调及供热系统的成功应用，为第二阶段的主动式太阳房创造了条件，随着太阳电池不断提高效率、降低成本，利用光伏技术解决建筑物用电问题是切实可行的。我国发展第三阶段的太阳能建筑时机现已经成熟。中科院广州能源所在其实验大楼建一座全部依靠太阳能供电，供热和供冷的示范性太阳能建筑，太阳能利用总效率高达80%以上。我国被动式太阳能房屋的技术已日臻成熟。主要表现：以提高室内舒适度为目标，由群体太阳能建筑向住宅小区、太阳村、太阳城发展。各地还制订了包括推广太阳能建筑的阳光计划：兰州市“阳光计划”，投资4.28亿元，计划在郊区建设73.3万平米的太阳能住宅小区。甘肃省临夏市建成了占地9.8ha（公顷），建筑面积9.2万平米的太阳能小区。2000年10月，我国首座太阳能建筑系统样板房在常州天合铝板幕墙建造有限公司研制成功，该样板房的使用面积达90平米，具有发电、节能、环保和增值功能，可提供生活、办公用电，最短使用时间期限为30年中国无锡，尚德研发中心大楼，1MW中国青岛火车站,非晶硅103KW保定市电谷锦江国际酒店江苏无锡拍摄的巨型太阳能发电幕墙二、国内外发展趋势（一）国外太阳能建筑的发展趋势首先是“主动式太阳房”成为太阳能建筑的主导产品并大规模开发。其次是“零能建筑”投入商业运营。零能建筑：这种建筑由“太阳能屋顶”提供全部建筑所需要的能量，一般在屋顶安装2—4kW太阳能电池，且与电网并网。由于太阳能电池价格较高，尚处实验阶段。美国“百万太阳能屋顶计划”：1997年提出，是美国面向21世纪的一项由政府倡导、发展的中长期计划。该计划目标是：到2000年将安装101.4万套太阳能住宅（包括联网屋顶光伏系统和太阳能供热系统），光伏组件的总装机容量达302.5万KW.欧盟也计划在2010年建成50万套太阳能屋顶.英国政府推出“百万幢绿色能源建筑”。国外太阳能发电产业发展迅猛。（二）我国太阳能建筑的发展趋势综合考虑我国的社会经济发展水平，被动与主动相结合是太阳能建筑现实的发展方向。第四节太阳能建筑发展的国内外对比研究目前世界范围内90%以上利用的是太阳能的光热和光电两大类型。能反映太阳能建筑光热应用的状况最直接的指标是太阳能热水器的各类数据，目前学术界和产业界较为通用的是太阳集热器面积的数量指标。能反映太阳能建筑光电应用状况最直接的指标是光伏电池的各类数据，目前较为通用的是光伏电池容量指标和成本指标。一、太阳能建筑光热应用国内外对比（一）数量对比1、应用数量对比太阳能热水器的保有量及年新装量，稳居世界第一位。截至２００６年，我国太阳能热水器运行保有量达９０００万平方米，占到世界太阳能热水器应用面积的６０％左右；年生产能力超过２０００万平方米。使用量和年产量均占世界总量的一半以上。2、人均占有量对比在人均拥有太阳集热器面积数量上，我国处在较低的水平。（二）太阳能建筑光热应用国内外技术形式对比目前太阳能热水器主要有四种应用形式：平板型、真空管型、简易型（闷晒型）、聚光型1、聚光型主要是利用反射光在反射镜面的焦点处将能量聚集的特性，在技术上属于较为高端的产品，其热效率较高。目前只有美国对其实现了产业化。全自动聚光式太阳能热水器系统槽式聚焦器：塔式聚焦器碟式聚焦器2、真空管型其结构类似热水瓶胆，二层玻璃之间抽成真空，大大地改善了集热器的绝热性能，提高了集热温度。其热损耗率最低，热效率最高。120型真空管太阳能热水器3、平板型是在集热器中利用铜、铝或者铜铝合金等金属制作的热管来吸收太阳能。易吸收，但热损耗较高，热效率低，但其成本和价格较低。4、简易型属早期产品，以家庭自制居多，主要是通过一个较大储水容器进行闷晒，热效率非常低，且受天气影响很大。太阳能保温水箱真空管型在我国应用最广。截至2003年，真空管型太阳能热水器在我国的市场分额已达到了83%以上，而简易型太阳能热水器市场份额已经缩小至2%左右。(三)太阳能建筑光热应用国内外应用领域对比发达国家:除利用太阳能热器提供家庭热水和热水工程以外,分别还用于采暖、空调、工业用水、游池加热等对技术要求较高的领域。我国：太阳能热水器主要用于生活热水和热水工程领域，其中生活热水占绝对优势地位。国外太阳能采暖系统应用实例二、太阳能建筑光电应用国内外对比（一）数量对比全世界光伏电池产量以每年超过30%的速度增长，2003年世界光伏电池产量762MW.2003年我国光伏产业总的生产能力达到了38MW,实际产量达到了15MW,占世界产量的1.96%,世界排名在印度和中国台湾之后.(二)太阳能建筑光电应用国内外技术类别对比1、电池品种方面光伏电池可分为：多晶硅电池、单晶硅电池、非晶硅电池和其他金属化物电池。其中多晶硅和单晶硅统称为晶硅，占光伏市场近90%。多晶硅技术最为成熟，所占市场份额近50%。我国光伏电池生产能力中非晶硅电池3MW，晶硅电池35MW，在晶硅电池中，多晶硅电池为27MW。2003年我国光伏电池的实际生产量为15MW，其中晶硅电池13MW，非晶硅电池2MW。2、在电池技术性能方面衡量光伏电池技术性能的一项重要指标是光电转化效率，即对于吸收的光能转换为电能的量的度量标准。单晶硅电池在研究水平下的光电转化效率：世界是24.7%我国是20.3%在生产水平下的光电转化效率世界是20.1%我国是14.7%多晶硅电池在研究水平下的光电转化效率世界是19.8%我国是14.5%在生产水平下的光电转化效率世界是16.8%我国是12.5%我国的技术水平距离世界水平还是有一定距离.3、电池成本方面世界主要生产商成本2.3—2.5美元/W,发电成本0.1—0.25美元/Kw.h我国成本26—30元/W高于世界水平(三)太阳能建筑光电应用国内外相关企业对比无锡尚德太阳能电力有限公司2002年底建成一条10MW多晶硅电池生产线,2003年扩大为25MW,2004年中达到50MW的生产规模,为光伏产量世界排名第八.(四)太阳能建筑光电应用国内外发展规划对比21世纪初始,许多国家纷纷制定推动光伏技术和工业发展的各项规划.日本光伏发电装机容量在2010年达到5GW美国2010年美国光伏发电装机容量将达4.7GW澳大利亚2010年光伏发电的装机容量达0.75GW中国2010年光伏发电的装机容量达320MW(五)国内外太阳能建筑光电利用对比研究结论对国内外各类数据资料进行详尽的对比,因而在我国太阳能建筑光电利用方面可以得出如下几条结论(1)与成熟国际市场相比,国内市场的容量还非常小,应用推广程度还是非常落后.(2)技术进步较快,但仍有差距,无自己优势产品,技术设备需引进,无自主知识产权.(3)光电企业规模,实力及投入力度都不大,难以形成规模效应.(4)光电发展规划偏于保守,规划中的发展速度及总体数量都远远低于世界水平.太阳能建筑作为一种新型的,符合可持续发展要求的建筑,在目前的发展阶段还存在着造价偏高的问题,这使其与仅利用常规能源的建筑难以形成有效竞争,没有相应的激励机制和政策,是难以被开发商和用户接受的.(七)国际太阳能发电产业加速发展的原因能源安全的需要保护环境的需要第五节国内相关激励机制和政策国务院提出了“因地制宜，多能互补，综合利用，讲求效益”的十六字方针，有力地推动了可再生能源的开发利用工作。（一）推动可再生能源发展的法律法规综述（1）电力法：其中关于可再生能源的内容表述为，国家鼓励和支持可再生能源和清洁能源发电，电力生产企业要求并网运行，电力经营企业应当接受。（2）节约能源法：其中关于可再生能源的内容表述为，国务院和省级政府应当安排用于支持能源合理利用及新能源和可再生能源开发的资金。（3）森林法：其中关于可再生能源的内容表述为，森林包括以生产燃料为主要目的的薪炭林。（4）水法其中关于可再生能源的内容表述为，鼓励开发利用水能资源，建设水电站。（5）大气污染防治法其中关于可再生能源的内容表述为，实行总量控制，实行大气污染物排放征收排污费制度，推广清洁能源的生产和使用。（6）水污染防治法其中关于可再生能源的内容表述为，与水电工程，火电厂含热废水排放，地热利用，大中型沼气工程等有关。（7）环境噪声污染防治法其中关于可再生能源的内容表述为，与风电建设有关。（8）原电力部“并网风力发电的管理规定”其中关于可再生能源的内容表述为，规定电网管理部门应允许风电场就近上网，并收购全