太阳能供热供电的一体化构想

2012-08-15亓怀刚路俊杰

科技传播 2012年15期

亓怀刚，路俊杰

山东省能源建筑设计院，山东济南 250014

0 引言

地球作为人类生存的家园，其能源资源大多数都是属于不可再生的，而在当前世界经济急速发展的状态下，各种能源资源的消耗也不断加剧。在我国，虽然地域辽阔，总体上的各种资源储量相对较大，但是其作为一个发展中国家，而且人口基数较大，对能源的消耗上是十分严重的，加之科学技术的发展落后于发达国家，在能源的利用上其效率又呈现普遍偏低的想象。因此，合理开发新能源对于我们这样的国家来说意义巨大。太阳能作为一种可再生资源，其既环保又安全，在开发利用上具有非常高的价值和效益。本文主要针对当前太阳能的使用情况进行论述，并对太阳能供热供电的一体化作出相关构想，以期设计出合理的方案，运用到现实生活中来。

1 太阳能利用情况

太阳能作为一种无污染，能量又巨大而且在某种程度上属于不会枯竭的能源，其能够为人来带来非比寻常的价值。虽然太阳能具有如此多的优点，但是在实际利用上，仍然存在一些难以解决的问题。比如太阳辐射到地球的能量很大，但是其投射面较广，分布过于散漫，这在搜集利用的过程中对设备的要求及造价比较高；而于此同时，太阳能的利用还存在气候环境的影响，尤其是雨雪天气下，太阳能的接受将受到严重的制约，在某些特定的地区，其运用基本不能实现规模化等。

就目前对太阳能的开发利用上，主要有直接利用太阳能的热效应，将水等物质加热，像现在比较普遍的太阳能热水器等；还有就是将太阳能转化为电能，通过一定的条件，将电能储蓄起来然后进行别的用途，在这方面有光伏发电等；而另外，在太阳能的利用上还可以采用光化学转换的方式，即直接将太阳能用来分解水等物质进而制取氢气。下面主要谈谈太阳能发电技术和供热技术的应用。

1.1 太阳能发电

1.1.1 热力发电

太阳能热力发电即将太阳能的能量集中搜集起来再加以利用的发电技术，其基本原理亦是采用太阳能搜集器吸收能量，再将能量传输到发电机上。太阳能的热力发电比传统的发电更具优势，传统的火力发电对环境造成的影响比较大，而且消耗的煤炭等资源其花费、需求量都非常大，同时太阳能热力发电在生产上又相对安全。

当前太阳能热力发电技术其所运用的系统主要有三种，槽式系统、碟式和塔式系统，三者在太阳能的利用的运用上程度均不相同，第一种基本实现了规模化、商业化的生产，而后两者仍处于试验阶段。我国的太阳能热发电技术自研究以来虽然已经有几十年，但是由于多种因素的干扰使得这一技术并未得到广泛的应用。

1.1.2 光伏发电

在太阳能发电上，光伏发电是目前比较流行的发电方式。它主要运用半导体材料对光有一种伏特效应，然后将能量转换为电能。光伏发电一般采用蓄电池来存储搜集起来的能量，到了需要使用的时候，再将能量释放出来运输到发电机中，最后不断的产生电能。光伏发电技术本身采用三大部分，最主要是由太阳能电池板、控制器与逆变器构成，而太阳能电池板是该系统的核心部分，无论是在造价还是在所产生的价值方面都是最重要的。太阳能电池板的基本原理是在太阳的辐射下，半导体材料本身就出现了自由电荷，而当自由电荷积累并不断地移动过程中，电流就产生了。

光伏发电技术在近来的发展比较迅速，尤其是在世界上的一些发达国家和地区，他们对于光伏发电的技术研究已经进入到非常成熟的阶段，而且国家政府部分也都纷纷制定了各种开发太阳能的计划与措施，在中国，其太阳能资源的利用前阶段上较少，但随着世界光伏发电技术市场的推动，使得现今的发电事业也进入相对迅猛的时代。

1.2 太阳能供热

说到太阳能供热，几乎每个人都知道太阳能热水器，其对太阳能的利用时采取直接转化的方式，即不需要转化为化学能或者电能。当前在太阳能直接供热的设备中，像太阳能热水器，它们主要用平板集热器、聚焦集热器以及真空管集热器。在太阳能的辐射，集热器开始工作，直接将太阳能搜集起来，化为热能，现代的太阳能热水器大多都是将水分别通入各个细管，其管道能很好的吸收太阳能，在经过一定时间的照射下，太阳能的热效应就使得管道内的水的温度升高，然后将温度已经很高的水送入到保温箱中，再用冷水进行补充，反复以此循环，最终达到不断利用的目的。

2 太阳能综合利用一体化构想

鉴于现今太阳能利用的方式越来越成熟化，我们便可以尝试将太阳能发电技术和供热技术相结合起来，综合开发出比较适用而又具规模化的系统。

2.1 供热供电系统

2.1.1 对发电系统的改造

首先我们可以考虑将供电系统作进一步改造，下面以光伏发电系统为例来说明。在电池板方面，我们采取多晶硅电池，而且其在设备的安装和搭配上配合使用太阳能集热器，电池表面采用低铁钢化绒面玻璃，并且在每块玻璃的间隔处安装上热

其次在发电方面多采用并网式发电技术，虽然当前这种技术的发展受到一些的因素的制约，例如电站本身要求的投资比较大，建设耗用的时间长等等，但是我们可以采取小型的并网发电系统，国内已经有将光伏发电与建筑相结合的例子。

在将太阳能传输到发电机之前，把太阳能集热器与太阳能电池板结合起来，从而在不同的环境和需求中相互切换，由此，我们就可以实现太阳能的供电供热。

2.1.2 新的转化系统

在太阳能的利用上，其发电技术的使用本身就可以提供供热效果，将电能转化为热能对于现代的科技来说，非常容易，所以开发新的发电技术尤为重要。针对需要的大小情况而言，我们完全可以研发出新型的太阳能转化为化学能的发电与供暖设备，其主体应该由太阳能集热器或者吸收装置和化学反应器构成。随着未来科技的进一步发展，这种转化系统的应用将会得到更为广泛的利用。

2.2 面临的问题

2.2.1 开发利用的成本

在太阳能的开发利用上，无论是供热系统的建立还是在发电系统的投入、生产方面，其所消耗的成本都比较大，尤其是新型的发电系统，它们一般采用先进的原料与设备，而当前的技术水平又不能实现这些设备的规模化生产，所以成本的加大严重的限制了新技术的普及。而像太阳能建筑一体化的实际运用则更加考虑了各方面的条件，建筑本身所投入的成本将远远超出普通建筑的造价。因此，现阶段开发利用太阳能仍然需要考虑着高昂的造价成本。

2.2.2 气候环境因素

客观上来讲，天气因素对于太阳能的吸收上有着明显的影响。在雨雪天气里，太阳能的辐射大部分都被云层所遮挡，直接照射到地面的太阳能非常的少，这使得太阳能发电供热系统能够吸收的太阳能能量大大减少。

另外，我们知道，越是靠近赤道，太阳能的强度越强，而向两极化方向，随着维度的增加，其太阳能强度逐渐下降，所以地域的影响也将制约着太阳能的开发利用。

2.2.3 技术条件

技术条件作为开发利用太阳能的关键部分，其发展虽然迅速，但是就国内而言，仍然不能满足预期的目标，而且新技术的研究往往需要相当长的时间，其产生的经济效益反而并不是很快就能实现，所以利用太阳能资源往往直接受到技术条件的制约。

2.3 应对方案及未来展望

2.3.1 应对方案

针对上述问题，我们需要吸取发达国家的开发经验，并且合理的控制开发成本，结合我国国内的具体环境条件，再做出相关计划和发展战略。同时，有效的利用国家政府的支持，加大力量发展开发利用太阳能资源。而在气候环境条件中，我们可以借鉴日本等国家的例子，采取在戈壁滩或者天空中利用太阳能发电。在技术方面，国家应该着重注意培养科学技术人才，只有培养好了人才，才能推动国家的综合发展，才能走上强国之路。

2.3.2 未来展望

太阳能资源本身带有的特点，注定了它在未来发展中地位，将会非常的重要，虽然现今的开发利用还存在着许多方面的缺陷，但是相信在不久的将来，随着社会的进步、科学技术的飞速发展，人类在利用太阳能方面将会更加的完善。