太阳能光热转换技术在建筑中的应用
1、前言
太阳能光热转换技术在建筑中的应用，实际上是利用建筑构本身所形成的集热、蓄热和隔热系统以及附加建筑物上的专用太阳能部件，对太阳光进行光—热转换等来满足建筑物的热水供应、采暖、空调等方面的能耗需求，从而达到减少建筑能耗，节约常规能源，改善生态环境的目的。太阳能光热转换技术和建筑结合具有很高的研究价值，热水、供暖、空调对太阳能的利用已成为太阳能与建筑结合的关键之一。
2、我国太阳能资源储量与分布
一般以全年总辐射量（单位为兆焦/米2·年）和全年日照总时数表示。我国属太阳能资源丰富的国家之一地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰，辐射总量在3.3′ 103～8.4′ 106兆焦/米2·年之间。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。属世界太阳能资源丰富地区之一；各地区资源分类见表1
表1 我国各地区的太阳能资源及分布
研究成果表明，在太阳能利用方面具有经济价值的地区是年辐射总量高于2200小时的地区。各区的分界情况可见太阳能资源分布图。
3、太阳能光热转换技术
根据我国的实际情况，在建筑中大力推广应用太阳能光热转换技术必将会把我国的建筑节能推广到一个新的阶段。在这些新技术中从其成熟的程度来讲，首推太阳能热水器，其次是太阳能采暖和太阳能空调。一下从这三个方面逐一进行介绍。
（1）太阳能热水器
1、太阳能热水器的结构
太阳能热水器从结构上分类可分为整体式和分体式。见下图
整体式分体式
整体式是将其主要部件集热器和水箱安装在统一的支架上由用户选用，这种型式只考虑了自身的结构和功能，而没有考虑与建筑的一体化结合，因此只适用于四周空旷的低层建筑，
不属于我们的研究内容。
分体式是将其主要部件集热器和水箱分别安装在适合的部位，既有利于设备功能的发挥，又考虑到了建筑结构和外立面要求。以下我们主要是研究分体式太阳能热水器的情况。
2、太阳能集热器的排布角度
太阳能集热器是太阳能热水器的主要收集设备，其排布方法是有一定的要求的。应朝南向安装，四周无遮挡，集热器和水平的夹角为当地纬度+10度。如果要求不能满足，将会使太阳能热水器的收集效率降低。
3、别墅型太阳能中央热水系统
目前，在别墅建筑中普遍采用大容量电热水器或燃气中央热水器2种形式。大容量电热水器设有大容量的储热水箱，配以先进的控制系统，使用安全方便，但是耗电量大，热水成本较高，一般生产50℃的热水费用大于18元∕t。燃气中央热水器可以即时供应生活热水，使用方便，热水生产成本也比较低，如果使用天然气生产的热水费用一般在10元∕t 左右，但是别墅小区大都在郊区，使用燃气热水系统往往受配套气源的限制或者需要单独购买瓶装燃气。
别墅型太阳能中央热水系统是一种新型的热水供应形式。它采用先进的太阳能集热技术和系统控制技术，将太阳能热水器与电热水器技术有机结合，克服了普通太阳能热水系统效率低，热水量小，冬季易冻裂，供水不稳定，和电加热中央热水系统运行费用高等缺点；利用免费的清洁无污染的太阳能，不受能源供应的限制，运行费用远低于电热水器。
别墅型太阳能中央热水系统主要有太阳能集热系统、循环系统、电辅助加热储热水箱和控制系统4部分组成。太阳能集热系统采用高效、耐久、抗冻、安全的建筑构件型热管真空管式太阳能集热器，屋面上的太阳集热器构件与坡屋面外观协调，和谐。带辅助电加热的承压热水箱置于室内，水箱内设置浮动盘管式换热器。太阳能循环系统将集热器和水箱换热器组成一个闭式回路，通过控制系统来控制太阳能循环泵的运行，将集热器收集的太阳能热量输送到储热水箱，加热生活热水。在太阳能辐照不足的阴雨天气，当水箱水温不能满足使用要求时，辅助电加热装置启动。以下是别墅型太阳能中央热水系统原理
1别墅型太阳能中央热水系统原理图
当集热器感温探头处的温度T1高于设定的水箱出口温度T2时,控制器启动循环泵运行。循环泵使回路中的传热流体循环运行，通过热交换器将太阳能集热器收集的热量传递到贮热水箱中。在循环泵运行过程中，当温差小于一定值时，循环泵将停止工作。当贮热水箱水温达到设定水温最大值时，控制器关闭循环泵。单向阀阻止贮热水箱中的热水上升到集热器中（在晚间）。在日照不足时，贮热水箱的水可能达不到可用水温，电辅助加热器可加热贮热水箱的水，使其达到可用水温。
与普通的太阳能热水器和其它热水加热形式相比较，别墅型太阳能中央热水系统具有如下优异特点：采用最新设计的热管集热器，系统效率高；采用双回路系统，不怕冻，四季都能使用；太阳能电热水箱，安全可靠，免维护；关键部件为铜、铝、不锈钢材料，使用寿命15年以上；全自动运行，全天供应热水；即开即热，调温方便，使用舒适；系统承压使用，喷水有力，可多路供水；充分利用太阳能，比电热水器节能60%—90%；与建筑相结合，美观大方。
与几种热水系统的技术经济性比较
为满足别墅家庭住宅生活热水需求，一般有以下3种方案可供选择：①电热水器系统，24小时供应家庭生活热水；②燃气热水器系统，24小时供应家庭生活热水；③别墅型太阳能热水系统太阳热水器，24小时供应家庭生活热水。
对以上几种方案的使用性能、经济性能、环保性能进行了对比（表1）。可以看出，3种方案在住宅家庭热水供应上基本都能满足要求，但从使用、经济、环保等综合比较而言，有明显差别。
表 1 几种热水供应系统方案的综合比较
电热水器系统的使用舒适度、安全性能、环保性能都比较好，安装施工方便，但运行费用过高；燃气热水器系统运行费用相对较低，但舒适程度一般，安全性和使用寿命不高；别墅型太阳能热水系统综合优点明显，其舒适、经济、环保、安全、可靠、寿命长、能全天候供应热水。由此可见，别墅住宅家庭生活热水系统是比较理想的。
4、太阳能热水器在高层住宅上应用遇到的问题
太阳能热水器应用在高层住宅上和建筑的一体化结合是主要难点。体现在以下几方面。
1)用地及规划原因对安装位置的限制
由于现在城市用地的日趋紧张加上北方气候的原因，大部分新建小区仍然为行列式布局，层数也逐渐发展为中高层住宅，这给普通整体式太阳能的安装带来了一定的限制：首先表现在低层用户同层使用太阳能热水器在日照时间上无法保证，而且同层没有安装位置；如果安装在屋顶上，就存在管线过长、管线内凉水过多、热损失大等缺陷；加上高层部分屋面相对较小，去掉消防通道和设备用房的占用，从面积上也难以满足整栋楼的安装要求，所以在设计上就必须考虑其它的途径。
2)现有系统的限制
目前太阳能热水器系统形式一般为分户集热分户供水系统，各户之间用热水量不平衡，不能充分利用太阳能集热设施，系统的使用效率低，相应占用的空间和需要的成本较高，与建筑的结合性也差。
3)产品本身的问题
目前整体式太阳能热水器自身存在很多问题，很不适合在建筑上安装：
①大水箱带来的视觉效果不好，影响建筑美观，很难与建筑进行完美的结合；
②安装对屋面的影响较大，例如对屋面防水的破坏、结构的影响；
③整体式太阳热水器本身无法解决的一些问题，如真空管易结垢、易炸管碎管、不承压、不易自动控制等，限制了它的推广和使用。
4)建筑设计没有考虑
现在建筑设计对太阳能热水器的情况是连屋面上也没有预留管线接口及安装的基础，更不要说在阳台和墙面上以及对建筑一体化的考虑了。因此，若能把建筑物与太阳能热水设施统一考虑，实现相互间的有机结合，既能提供生活便利，又能保持建筑物的整体性、美观性不受破坏。
5、太阳能热水器在高层住宅的两种做法
1）屋顶架空构架式（集中集热分户供水）
高层住宅楼顶位置最高，周围的遮挡较少，是热水器集热器安装的首选位置，如果把架空构架和太阳能热水器结合起来，使之既能满足形式的需要．又具有实用功能，即可做到形式和功能的统一。
①屋顶架空构架式的做法
1、集热器采用集中成片的热管式真空管太阳能集热器。这种形式的水箱和集热管可以分离。太阳能通过集热管中的介质传递到水箱中和水进行热交换。这种间接式热交换、强迫式双循环的分离式承压系统不怕冻，不会造成真空管结垢、炸管，能承压运行。即使有真空管损坏，系统仍能正常运行。
集热器不是直接放在屋面上，而是利用下部原有结构升出屋面形成架空的构架，使之成为集热器的安装场所。构架可以用混凝土或钢结构做成倾斜式或水平的，细长密集的集熟管作为里面的小构架，达到和构架的完美结合，成为建筑的特色。密集的集热管同时还能作为屋顶的遮阳构架，见下图
2、水箱的设置：水箱可设在出屋面的楼电梯间的上面，对于单元式住宅来说，可以每个单元设计一个单独的水箱。这样水箱的容积较小，对结构影响小；集热器和水箱的管线短，热损失少；另外和用水点的管线联系也非常方便，通过设在楼梯问内的管道井人户即可。
3、供水系统形式：集中供热水系统相对于分户供热水系统，具有用户间用水量可以平衡，集热器利用充分，容易和建筑结合的优点，非常适合集合住宅的形式。因此同等条件下应优先考虑采用这种系统。这样不必每户均设上下水管和电管，只需安装集中的集热器、贮水箱和管道即可。由物业部门统一管理维护，热水采用分户计量的方式，免去了各户自己购买、安装、维修管理的麻烦，还增加了室内使用空间。比较理想的状态应该是采用区域供热，即一个住宅区为一个单位集中集热供热。但由于国内的实际情况难以近期实现。比较现实的做法是采用一个单元集中供热，这样不仅能有效和高效的利用太阳能，对于管理和维修也比较方便，同时还能充分利用空间和降低运行费用。
4、管道井的设置：仍然利用原来楼梯间中的管道井作为进入各用户的管道安装位置。
②屋顶架空构架式的优点
这种把集热器构件与屋顶构架结合起来的做法优点很多：
1、构架处于建筑最高点，遮挡最少，集热效率高，易于连片布置。
2、构架作为建筑造型的一部分，完全和建筑融合；构架造型灵活多变，可以有各种不同的组合方式；集热管位于大的构架内构成小构架，加上距离地面较高，不易成为视觉焦点，不仅不像其它结合形式那样易于形成视觉污染，反而对造型是很大的提升。
3、集热器安装在构架上，而不是在屋面上，对结构、防水、保温不会造成破坏。
4、构架的安装不影响屋顶空间的使用，下方仍然是居民的活动场所和消防通道。另外集热器构架在夏天会成为绝好的遮阳构件，使屋面的隔热作用有所加强，从而降低住宅顶层夏季室内温度。
5、施工维修均非常方便，安全性高。
6、采用集中供热系统，集热器和屋顶水箱连接距离近，热损失少。连接管道可结合构架隐藏设置，不影响景观。
7、在设计阶段就考虑热水器的安装。这样不仅能达到功能和造型的协调一致，还可以相应降低一定的投资，减少不必要的浪费和对其它住户的干扰。
③屋顶架空构架式太阳能热水器的缺点主要是：
1、对于层数太高的住宅建筑，由于户数太多，楼顶的面积安徘不下集热器的面积。现在这种形式可做到20层左右。
2、由于生活热水的系统需要分区供水，楼层越高，分区越多，会占用较大的管道井面积。
2）阳台构架式（分户集热供热）
所谓阳台构架式指集热器安装在建筑南向阳台的做法。
①阳台构架式的做法
1、系统形式及水箱位置：这种形式的系统采用分户集热供热、强制循环式、顶水式的管路。水箱放置于室内或结合阳台布置，可以减小管路的长度。同时避免破坏立面整体效果。
2、集热器的形式及位置：真空管一般为蓝黑色玻璃管，它采用了选择性吸收涂层而具备特殊的色泽和质感，表面非常光亮，具有金属的质感，作为装饰性构架非常合适。可以把集热管设在阳台外部构成遮阳构架的形式，这种形式不受阳台栏板高度的限制，对阳台内部采光影响较小，根据造型需要既可设计在阳台一侧或两户阳台的中间部位，也可外挂在阳台栏板处，使整个建筑在垂直方向上构成一排排的金属质感构架，可以起到非常好的装饰作用，见下图
3、管线室内敷设：因热水器供水管道里面是自来水，故可采用冷水用PP-R管作为输送管材。从热水器至室内的回水管则可采用铝塑复合管(PPR—AL．PPR)、稳态管(AL_PPR)或者PB管(聚丁烯管)。上述管道沿墙、沿地暗敷和室内用水点相连。
②阳台构架式的优、缺点
这种形式的优点是使用、管理、维护由用户自己负责，对别的用户没有干扰，避免了屋顶构架式可能在后期因费用问题带来的纠纷；另外同层使用，连接管道短，相应热损失少，安装检修方便，集热管和建筑结合紧密，成为建筑的一个造型元素；同时集热管还有一定的遮阳作用。缺点是对阳台较小的用户来说有一定的影响，另外低层用户使用受日照影响较大。
屋顶架空构架式和阳台构架式可以说是太阳能热水器和高层住宅两种最好的一体化结合方式，它们必将成为今后太阳能热水器应用在高层住宅上的的发展方向。
6、太阳能热水器利用于北京高层住宅的实际调查
根据北京市太阳能研究所相关人员了解的情况，北京市太阳能热水器大多用于宾馆、会所、学校、医院、办公等建筑中，应用于高层建筑中的极少，位于北京西三环六里桥附近的华源新第住宅小区一期的三栋20层的塔楼是竣工后加装的屋顶架空构架式太阳能热水器，可在春、夏、秋三季供应40度的生活热水，冬季仍需用通用方式提供生活热水。
北京市太阳能热水器的安装费用平均在50元/M2的范围之内。
（2）太阳能采暖
利用太阳能加热的系统，既可以为用户提供生活热水，又可以为住宅供暖。实际上，太阳能采暖系统和太阳能热水系统的基本构成是相似的，因此国外太阳能界已经将太阳能采暖和太阳能热水建成同一套系统—“太阳能组合系统”它不同于由太阳能光热和太阳能光电组成的“太阳能联合系统”更不同于由太阳能和其他可再生能源组成的“混合系统”。
早在20 世纪80 年代中期，法国就着手研究太阳能组合系统，并推出一种称为“直接太阳能地板”的系统，到20 世纪90 年代奥地利、丹麦，芬兰、德国、瑞典，瑞士，荷兰等国家相继设计出各种型式的太阳能组合系统。目前，欧洲标委员会太阳能热利用技术委
员会（CEN/TC 312）正在组织制定有关太阳能组合系统的欧洲标准。在一些欧洲国家，太阳能组合系统在安装的全部太阳能热利用系统中已达到相当高的比例。
我国太阳能采暖的研究开发工作还处于初级阶段，目前，虽然已建成一些太阳能采暖系统的示范工程，但与太阳能组合系统的推广应用尚有一定距离。
（3）太阳能空调
人们不仅可以利用这部分热能为建筑物提供热水和采暖，而且还可以利用这部分热能为建筑物提供制冷空调。从节约能源和保护环境的角度考虑，用太阳能替代（或部分替代）常规能源驱动空调系统，正日益受到世界各国的重视。
当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。利用太阳能进行空调，对节约常规能源，保护自然环境都具有十分重要的意义。
: 太阳能空调的最大优点在于季节适应性好：一方面，夏季烈日当头，太阳辐照能量剧增，人们在炎热的天气迫切需要空调；另一方面，由于夏季太阳辐照能量增加，使依靠太阳能来驱动的空调系统可以产生更多的冷量。这就是说，太阳能空调系统的制冷能力是随着太阳辐照能量的增加而增大的，这正好与夏季人们对空调的迫切要求相匹配。
太阳能制冷空调可以用多种方式来实现，每种方式又都有其自身的特点。将太阳能吸收式空调系统与常规的压缩式空调系统进行比较，除了季节适应性好这个最大优点之外，它还具有以下几个主要优点：
①传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质它对大气层有一定的破坏作用吸收式制冷机以不含氟氯烃化合物的溴化锂为介质无臭无毒无害有利于保护环境
②无论采取何种措施压缩式制冷机都会有一定的噪声而吸收式制冷机除了功率很小的屏蔽泵之外无其他运动部件运转安静噪声很低
③同一套太阳能吸收式空调系统将夏季制冷冬季采暖和其它季节提供热水种功能结合起来做到了一机多用四季常用可以显著地提高太阳能系统的利用率和经济性。
1、太阳能空调原理
太阳能制冷空调，首先是将太阳能转换成热能，再利用热能使系统达到并维持所需的低温。在建筑中应用的太阳能空调属于太阳能制冷的一种实例。太阳能空调就是不断地从建筑物内的空间取出热量，并转移到自然环境中，使建筑物内的温度低于周围环境的温度并维持这个低温。
1、太阳能吸收式制冷系统
太阳能吸收式制冷，就是利用太阳集热器将水加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需要的热媒水，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的。在太阳能制冷中，目前吸收式制冷应用最多。理论分析与实验结果都已经证明，热媒水的温度越高，制冷机的性能系数(COP)就越高，这样空调系统的制冷效率也就越高。
太阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器、吸收式制冷机、空调箱（或风机盘管）锅炉、储水箱和自动控制系统等组成如图2所示。太阳能吸收式空调系统可以实现夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活热水等多项功能。
图2 太阳能吸收式空调系统工作原理图
在夏季被太阳集热器加热的水首先进入储水箱当热水温度达到一定值时从储水箱向吸收式制冷机提供热媒水从吸收式制冷机流出并已降温的热水流回到储水箱再由太阳集热器加热成高温热水吸收式制冷机产生的冷媒水流到空调箱或风机盘管以达到制冷空调的目的当太阳能不足以提供高温的热媒水时可由辅助锅炉补充热量
在冬季，太阳集热器加热的热水温度达到一定值时，从储水箱直接向空调箱（或风机盘管）提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能满足要求时，也可由辅助锅炉补充热量。
在非空调采暖季节，只要将太阳集热器加热的热水直接通向生活热水储水箱中的换热器，通过换热器就可把储水箱中的冷水加热。
2、太阳能空调的实际应用
我国在70年代以后也开始进行太阳能制冷空调的研究，“九五”期间在广东江门和山东乳山两地组织实施了太阳能空调重点科技攻关项目。①1998年在江门建成太阳能空调系统，采用500m2 高效平板太阳能集热器驱动双级嗅化锉吸收式制冷机，COP约为0.40②1999年在乳山建成太阳能空调系统，采用2160支热管式真空管集热器，太阳能驱动单效嗅化铿吸收式制冷机COP可达0.7。它们都是夏季利用太阳能热水作为吸收式制冷机的驱动能源，冬季利用太阳能热水作为热源，末端系统往往采用风机盘管或空调箱，电燃气等常规能源作为辅助能源保证系统的可靠运行。
虽然上述方式是目前利用太阳能进行制冷空调的唯一可行方式，但由于其造价高，COP值低，投资回收期太长而限制了其大范围的推广使用。
4、结论
通过以上对太阳能光热转换技术的在建筑领域的利用情况的研究，我们可以知道:
1、从生活热水、采暖、空调三个方面来看，太阳能生活热水在我国研究、推广的最快，并且已经走向商业化、市场化。而采暖和空调由于其效率、系统的重复投资、造价等问题还有待进一步开发。
2、太阳能热水系统在建筑上的利用已经很普遍，但是它受到建筑形式和外立面等诸多方面的影响，推广的难易程度不同，总的来看别墅型低层建筑系统相对简单、使用人数少、容易推广；高层建筑系统复杂、使用人口多，推广难度大，高层建筑高于20层不宜设置集
中太阳能热水系统。
3、经咨询北京节能环保中心，现在北京市尚没有使用太阳能方面的优惠政策，各地的情况尚不清楚，政策的出台将有利于太阳能技术的进一步推广。
太阳能光热技术在建筑节能中的应用 刘业凤☆ 代彦军 王如竹 (上海交通大学) [摘要] 在建筑节能中利用太阳能光热技术是一种有效而环保的手段。本文结合国内外太阳能建筑节能中应用的最新动态,对各种技术和应用方案进行了总结和探讨,并对这种技术的应用发展提出一些建议。 [关键词] 建筑节能 太阳能光热技术 应用方案 1 概述 建筑能耗是指建筑物使用过程中用于供暖、通风、空调、照明、家用电器、输送、动力、烹饪、给排水和热水供应等的能耗。在发达国家,建筑能耗约占总能耗的39%-40%。这一比例的高低反映了一个国家的经济发展和人民生活水平。我国是最大的发展中国家,建筑能耗约为全国总能耗的11.7%,而北方地区供暖能耗就占了其中的80%[1-2]。随着我国的经济腾飞和气候变暖,这一比例正不断提高。自二十世纪70年代中东石油危机以来,建筑节能成为发达国家关注的热点。而90年代提出可持续发展理论和环境资源保护的紧迫性以后,建筑节能更成为世界各国的关注热点。 人类对建筑的需求,经历了掩蔽所?舒适建筑?健康建筑?绿色建筑这样四个阶段。第一阶段是低能耗甚至无能耗的阶段,第二和第三阶段是高能耗阶段,第四阶段则是高能量效率、大量利用可再生能源和未利用能源、亲近自然和保护环境的阶段。绿色建筑又称可持续建筑,发达国家已处于从第三阶段向第四阶段过渡的时期。我国普遍而言尚处于第一到第二阶段之间,因此我国的能源消费结构中建筑能耗的比重还不大。但我从国经济发展和人民生活水平提高的速度来看,本世纪初必然会走到第二和第三阶段,必然会给能源和环境带来巨大的压力。建筑节能主要是运用现代科技手段降低建筑能耗,减少环境污染,而并不意味着限制发展、降低建筑物的服务标准,而是以提高建筑物的能量效率、用有限的资源和最小的能源消费代价来取得取得最大的经济和社会效益,满足日益增长的需求目标。同时应尽力减少或消除建筑物的固有能耗。 目前工业和民用建筑物中绝大多数的空调系统均采用压缩制冷的方式,它具有使用方便、效率高的优点,但也有两个主要缺点:第一是需要消耗大量的机械能,并且其中大部分是由高品位的电能提供的;第二是环境污染问题污染来自于两方面:一是为生产高品位能源燃烧大量石化燃料产生的C O、C O2、S O2及NO x;二是压缩机中采用的工质CFC/HCFC均会不同程度地破坏臭氧层。含氯氟烃中的R11、R12对臭氧层的破坏特别严重,R22次之。太阳能资源在时间上的变化规律和制冷空调用能在时间上的动规律高度匹配,太阳能资源的地域分布与制冷空调需求的地域分布高度吻合,以及太阳能资源丰富、清洁和无污染性,使得太阳能技术成为一个极为诱人的研究领域,在环保、节能方面显示出无与伦比的优越性。太阳能技术在建筑节能方面的应用展现出了光明的前景。太阳能技术在建筑节能方面的应用根据使用方式可分为直接利用太阳能的方式和间接利用太阳能的方式。 2 直接利用太阳能的方式 2.1 建筑通风与太阳能利用 2.1.1 利用热压实现自然通风 迈克尔.霍普金斯设计的英国国内税务中心位于诺丁汉市的传统街区。他设计了一组顶帽可经升降的圆柱形玻璃通风塔[3],用作建筑的入口和楼梯间(见图1)。 玻璃通风塔可以最大限度地吸收太阳的能量,提高塔内空气温度,从而进一步加强烟囱效应,带动各楼层的空气循环,实现自然通风。冬季时可以将顶帽降下以封闭排风口,这样通风塔便成为一个玻璃暖房,有利于节省采暖能耗。 2.1.2机械辅助式自然通风 在冬季,利用机械装置将位于屋顶太阳能集热器中的热空气吸到房间的地板处,并通过地板上的气孔进入室内,实现利用太阳能采暖的目的,此后利用热压原理实现气体在房间内循环;而在夏季的夜晚,则利用天空背景辐射使太阳能集热器冷却(可比 ? 9 3 ? 建筑热能通风空调
纳米材料应用于光热治疗：综述 摘要：大规模高效的制备大小均一，形貌可控的纳米材料一直是研究的热点问题，在新兴的纳米生物医学领域中，将具有先进功能的纳米材料及具有智能响应特性的纳米结构用于疾病的诊断和治疗研究，目前已实现影像介导的药物递送和治疗、影像指导的手术切除和实时监控的治疗应答等。光热治疗是通过激光照射（近红外光）的方法，改变肿瘤细胞所处环境，将光能转换为热能，达到一定温度，从而杀死肿瘤细胞，达到治疗目的。 具有近红外吸收功能的金属纳米材料是一种理想的红外断层成像的显影剂，本文简述了贵金属包被的碳纳米管、金纳米棒、硫化铜亚微米超结构、金纳米笼等特殊的纳米复合物经过修饰、功能化后应用于肿瘤细胞的光热治疗法之中。 关键字：肿瘤金属纳米材料光热治疗 The Nanomaterials used in Photo-Thermal Therapy:A Review Sui Yanyan (College of chemistry Sciences, Southwest University, Chongqing 400715) Abstract:The development of efficient methods for the controlled synthesis of nanocrystals with monodispersity,stability,and predictable morphology is one of the heartest research.In the burgeoning nano-bio-medicine field,use of advanced nanomaterials and smart stimuli-responsive nanostructures for the diagnosis and treatment of disease can provide the direct evidence to early diagosis,occurrence and development progresses of disease,and also have enabled online imaging of drug for the detection of disease,image-guided drug delivery and treaments,guidanceof surgical resection,and monitoring of treatment response. With the function of near-infrared absording,metal nanomaterials is a ideal material of the developer infrared tomography.This article briefily resume the use of nanomaterials such as noble metal coated nanotube,Gold nanorods,Copper sulfide sub micron ultra structure,Gold nanocage through decorated and functional in the Photo-Thermal Therapy.
太阳能光热发电技术的应用与发展 摘要：太阳能是一种用之不尽、取之不竭的清洁能源，在能源与环境问题日趋严峻的今天，很多国家都对太阳能发电技术进行了研究和实践，并取得了一些成果。太阳能光热发电是太阳能利用的一种有效方式，目前有槽式、碟式和塔式三种典型的太阳能光热发电方式。比之传统的火力发电方式，太阳能有其环保的优势，但是也存在一些问题需要去克服。随着人类对清洁能源的需求太阳能发电技术将会得到更加深入的发展。 1.太阳能热发电技术概述 能源与环境问题是当今世界面临的两个重要问题，随着化石能源的日趋枯竭，一次能源的利用成本也不断增加，由于大量的燃烧矿石燃料，使环境问题日益严重，温室效应、空气污染越来越引起人们的重视。近年来一些可再生能源受到了人们的推崇，为各国所重视。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，利用太阳能直接发电是缓解甚至解决能源问题的一种有效方式，世界各国也都在做积极的努力，已经有很多太阳能发电项目投入运行，太阳能发电技术在未来有着广阔的发展前景。 太阳能是太阳通过辐射的方式想宇宙空间释放的能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、等也都是由太阳能转换来的。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369W/ m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kW/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为 0.20kW/m2，相当于有 102000TW的能量，人类 依赖这些能量维持生存， 其中包括所有其他形式的 可再生能源（地热能资源 除外），虽然太阳能资源总 量相当于现在人类所利用 的能源的一万多倍，但太 阳能的能量密度低，而且 它因地而异，因时而变， 这是开发利用太阳能面临 的主要问题。太阳能的这图 1 世界各国太阳能发电装机容量些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
第42卷第5期上海师范大学学报（自然科学版）Vol．42，No．5 2013年10月Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences）Oct．，2013 有机光热转换纳米材料的研究进展 张红卫，孔斌，方时超，张晨，周治国，杨仕平* （上海师范大学生命与环境科学学院，上海200234） 摘要：光热治疗技术作为一种新型微创治疗技术，已经在癌症治疗方面引起了全世界的高度关注．有机光热转换纳米材料吸收范围容易调控、可生物降解，已经成为了研究的热点．主要综述了有机光热转换纳米材料(包括吲哚菁绿、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和多巴胺黑色素纳米颗粒)的研究进展，最后介绍了其在光热治疗、近红外热成像等生物医药方面的应用． 关键词：有机纳米材料;光热转换;光热治疗;热成像 中图分类号：O611．3文献标识码：A文章编号：1000-5137（2013）05-0537-09 0引言 癌症已经取代心脏疾病成为全球死亡的首要原因［1－2］．根据世界癌症报告，在2008年约760万人死于癌症，到2020年，癌症发病率可能会进一步增加至50%，增加15万新发病例．目前临床上的癌症疗法是有限的放疗、化疗等手术．但这些方法承担着杀死正常细胞，破坏免疫系统，增加第二癌症发病率的风险［3－5］．光热治疗是一种新兴的用于治疗癌症的高选择性和微创技术［6］．其治疗作用只发生在肿瘤部位，通过光热治疗（PTT）试剂积累和局部近红外（NIＲ）的激光照射，有效避免了上述风险．这种技术与传统的技术相比，还具有其他一些潜在的优势，包括过程简便、恢复快、并发症少、住院时间短［7］．肿瘤光热治疗，最近几年越来越为研究者所青睐，这是因为光热治疗高效．而光热治疗，大部分都得借助光热试剂这一介质．研究者发现很多材料在近红外有很好的吸收，并且能很好的将近红外光的能量转变为热能．其光热原理是：材料吸收光子后，一部分能量以光子的形式释放出去，一部分则转变为材料自身的热能，以热量的形式释放出去，故而，材料在近红外有吸收，不一定就是理想的光热试剂，这就需要材料自身有较理想的光热转换效率．其次，光热试剂本身必须具有良好的生物相容性，以及无毒副作用．光热试剂，人们研究较多的主要有金属基材料，碳基材料以及有机材料．这些材料大部分都有良好的光热转换效率，但一部分又存在着不足． 当前可用的光热治疗试剂主要集中在以金、银、钯为基础的新型金属纳米粒子［8］，以铜为基础的半导体纳米粒子［9］，碳基纳米材料［10］和有机聚合物［11］．虽然能够有效治疗癌症，但这些药物尚未达到临床实施，因为其长期安全性受到极大的关注．例如，金属纳米粒子的生物代谢差，与金属本身安全相关的问题，而碳基纳米材料已被证明能够诱使许多毒性反应，例如氧化应激和肺部发炎［12］．开发由在生物体中天然存在的物质组成的光热治疗试剂，对其体内应用，将是非常有益的，因为它可以有效地避免异物在患者体内长期保留引起的严重不良影响，并且对这些药物的生物降解也可以通过新陈代谢实现．现 收稿日期：2013-09-23 基金项目：国家自然科学基金（20971086）；教育部科学技术重点项目（210075） 作者简介：张红卫（1989－），女，上海师范大学生命与环境科学学院硕士研究生；杨仕平（1969－），男，上海师范大学生命与环境科学学院教授． *通信作者
第45卷第11期2017年11月 硅酸盐学报Vol. 45，No. 11 November，2017 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.doczj.com/doc/46443838.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2017.11.03 太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展 王聪，代蓓蓓，于佳玉，王蕾，孙莹 (北京航空航天大学物理学院太阳能物理实验室，北京 100191) 摘要：重点探讨了太阳能光电、光热转换技术领域的材料研究现状与发展，主要包括光伏电池半导体材料和太阳光谱选择性吸收涂层光学材料膜系。太阳电池材料的关键问题还是成本与光电转换效率，钙钛矿太阳电池的研究成为光伏电池新的研究热点。太阳光谱选择性吸收涂层是太阳能光热利用领域的核心材料技术之一。近年来，太阳能的中高温热利用，尤其是聚焦热发电技术，作为与光伏发电平行的另一种主流太阳能发电方式，成为人们日益关注的焦点。另外，还阐述了中高温太阳光谱选择性吸收涂层在国内外的研究成果和最新进展。 关键词：太阳能；光伏电池；太阳能聚焦热发电；太阳光谱选择性吸收涂层 中图分类号：TK519 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2017)11–1555–14 网络出版时间：2017–10–09 13:56:00 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/46443838.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20171009.1356.014.html Recent Development and Advance of Solar Photovoltaic Materials and Photothermal Conversion Materials WANG Cong, DAI Beibei, YU Jiayu, WANG Lei, SUN Ying (Center for Condensed Matter and Material Physics, Beihang University, Beijing 100191, China) Abstract: The research status and advance of solar photovoltaic materials and photothermal conversion materials, which mean semiconductor solar cell materials and solar spectral selective absorbing coatings, were reviewed. The main problems of solar cell materials are cost and photoelectric conversion efficiency (PCE). The investigation of perovskite solar cell becomes a new research hotspot. On the other hand, solar selective absorbing coating is one of the key material technologies of solar thermal utilization. In recent years, medium-high temperature heat utilization of solar energy, especially the technology for concentrated solar power (CSP) as another mainstream of solar energy generation, is becoming a focusing in parallel with photovoltaic power generation. Thus this paper also talks about the research results and recent development of high temperature solar selective absorbing coatings as an important content. Keywords: solar energy; photovoltaic cell; concentrated solar power; solar selective absorbing coating 太阳能作为一种取之不尽的清洁能源成为人类开发的重要绿色能源之一。太阳能的转化与应用主要分为：光电、光热、光化学(光催化)、光生物能4种形式。太阳能光电转换，即光伏发电技术，是利用半导体材料的光生电子效应直接把太阳光能转变为电能的发电方式。目前研究的光伏电池半导体材料包括：硅(单晶、多晶、非晶)电池、无机化合物电池、染料敏化电池、薄膜电池、有机电池、无机- 有机杂化太阳电池(如钙钛矿电池)、其他如石墨烯、量子点太阳电池等。至于太阳能光热转换技术，是将太阳辐射能通过集热系统聚集吸收转化为热能，其热能可直接应用，也可进一步经过热传输系统将聚焦收集的高温热能传给热机，由热机转化为机械能，然后带动发电机发电。这种发电方式又称为太阳能聚焦热发电(CSP)。其发电方式与机理完全不同于太阳能光伏发电技术， 收稿日期：2017–06–13。修订日期：2017–06–23。 基金项目：国家自然科学基金重点项目(51732001)；国家自然科学基金面上项目(51572010)；中央高校基本科研业务费。 第一作者：王聪(1966—)，男，博士，教授。Received date:2017–06–13. Revised date: 2017–06–23. First author: WANG Cong (1966–), male, Ph.D., Professor. E-mail: congwang@https://www.doczj.com/doc/46443838.html,
本文由hpshu贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 2009 年第 1 期 上海电力 可再生能源发电 太阳能光热光电综合利用 倪明江 ,骆仲泱 ,寿春晖 ,王 ,赵佳飞 ,岑可法涛 ( 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室 ,浙江杭州 310027) 摘 : 太阳能光热光电的综合利用技术是将聚光、要分光、热电联用等技术集成 ,通过对太阳能全波段能量进行一体化地利用 ,可极大地提高太阳能的利用效率 ,降低成本 ,具有重要的研究价值和市场应用价值。文章介绍了太阳能光热光电综合利用系统的技术情况 ,分别对集中式和分布式两种技术路线作了阐述 ,分析了聚光 PV/ T 系统以及与建筑一体化设计的 PV/ T 系统的未来发展方向。最后 , 结合各类太阳能利用系统的特点 , 比较分析了各种光热光电技术存在的问题 ,提出了综合利用各种光热光电技术来提高应用效果的理念。关键词 : 太阳能利用技术 ; 热发电 ; 聚光热电联用 ; 光热光电综合利用中图分类号 : T K513 文献标识码 :A 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目(50676082) 1 引言 传统化石能源的大量使用 , 不仅造成了化石能源本身的短缺 , 也给世界环境带来了极大的危害 ,给人类生存空间造成了严重威胁。寻求可再生能源的高效清洁利用成了目前人类面临的共同问题 [ 1 ,2 ] 发展。而以现今的发展趋势来看 , 太阳能热力发电和光伏发电将是世界各国在太阳能利用领域研究的新重点。 2. 1 热利用 太阳能热利用方面 , 中国已成为世界上最大的太阳能热利用产品的生产、应用和出口的国家。 2007 年 ,集热器总保有量约为 10 800 万 m2 。热 。太阳能作为可再生清洁能源蕴藏着巨 15 大能量 ,被普遍认为是理想的新能源。太阳辐射到达地球表面的能量高达 4 ×1 0 5 利用形式多样 , 包括了太阳能热水器、太阳能空调、太阳能干燥和太阳能海水淡化等。 ( 1 ) 太阳能热水器太阳能热水器是太阳能热利用中最常见的一种装置。其基本原理是将太阳辐射能收集起来 , 通过与物质的相互作用转换成热能供生产和生活利用。我国是世界上最大的太阳能热水器制造中心 , 由我国生产的集热器推广面积约占世界的 76 % 。随着太阳能热水器的发展 ,出现了闷晒式、 M W , 相当于 每年 3. 6 ×亿 t 标准煤 ,约为全球能耗的 2000 10 倍。太阳能可以免费使用 ,又不需要运输 ,对环境无任何污染。在传统化石能源储备减少、价格快速上升 ,在温室气体排放引发的气候环境问题愈来愈显著的今天 , 太阳能作为可再生能源和新能源的代表 , 得到越来越多的关注 , 太阳能的利用、太阳能材料及相关技术的开发在世界范围内引起了重视
太阳能光热光电综合利用 倪明江,骆仲泱,寿春晖,王 涛,赵佳飞,岑可法 (浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江 杭州 310027) 摘 要:太阳能光热光电的综合利用技术是将聚光、分光、热电联用等技术集成,通过对太阳能全波段能量进行一体化地利用,可极大地提高太阳能的利用效率,降低成本,具有重要的研究价值和市场应用价值。文章介绍了太阳能光热光电综合利用系统的技术情况,分别对集中式和分布式两种技术路线作了阐述,分析了聚光PV/T系统以及与建筑一体化设计的P V/T系统的未来发展方向。最后,结合各类太阳能利用系统的特点,比较分析了各种光热光电技术存在的问题,提出了综合利用各种光热光电技术来提高应用效果的理念。 关键词:太阳能利用技术;热发电;聚光热电联用;光热光电综合利用 中图分类号:T K513 文献标识码:A 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50676082) 1 引言 传统化石能源的大量使用,不仅造成了化石能源本身的短缺,也给世界环境带来了极大的危害,给人类生存空间造成了严重威胁。寻求可再生能源的高效清洁利用成了目前人类面临的共同问题[1,2]。太阳能作为可再生清洁能源蕴藏着巨大能量,被普遍认为是理想的新能源。太阳辐射到达地球表面的能量高达4 1015MW,相当于每年3.6 105亿t标准煤,约为全球能耗的2000倍。太阳能可以免费使用,又不需要运输,对环境无任何污染。在传统化石能源储备减少、价格快速上升,在温室气体排放引发的气候环境问题愈来愈显著的今天,太阳能作为可再生能源和新能源的代表,得到越来越多的关注,太阳能的利用、太阳能材料及相关技术的开发在世界范围内引起了重视[3~5]。 我国太阳能资源丰富,辐射总量约3.3 103 ~8.4 106kJ/(m2a),全国2/3以上地区年日照时数大于2000h[6]。太阳能的有效利用,对缓解我国能源问题、减少CO2排放、保护生态环境都有着重大意义。 2 太阳能利用技术概况 目前利用太阳能的方法,主要有:太阳能集热利用、热力发电、光伏发电、光利用、海水淡化、建筑一体化技术、制氢、干燥技术等。其中太阳能集热利用技术以及太阳能光伏技术已经得到了长足发展。而以现今的发展趋势来看,太阳能热力发电和光伏发电将是世界各国在太阳能利用领域研究的新重点。 2.1 热利用 太阳能热利用方面,中国已成为世界上最大的太阳能热利用产品的生产、应用和出口的国家。2007年,集热器总保有量约为10800万m2。热利用形式多样,包括了太阳能热水器、太阳能空调、太阳能干燥和太阳能海水淡化等。 (1)太阳能热水器 太阳能热水器是太阳能热利用中最常见的一种装置。其基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能供生产和生活利用。我国是世界上最大的太阳能热水器制造中心,由我国生产的集热器推广面积约占世界的76%。随着太阳能热水器的发展,出现了闷晒式、平板式、玻璃真空管式和热管真空管式等多种应用形式。太阳能热水器以其经济、节能、环保等优点,备受世人瞩目。太阳能热水器在国内市场得到了迅速推广。目前城市太阳能热水器的平均普及率约为15%,部分地区达到31%~60%。随着太阳能热水器关键技术的不断突破,该技术已广泛运用于家庭、宾馆、学校、部队和医院等供淋浴、洗漱及其它需用热水的场所。 (2)太阳能空调 太阳能空调以太阳能作为制冷空调的热源,利用太阳辐射产生中高温蒸气(热水),进而驱动制冷机工作。太阳能制冷首先通过集热器收集太 ! 1 !
太阳能光热转换技术在建筑中的应用 1、前言 太阳能光热转换技术在建筑中的应用，实际上是利用建筑构本身所形成的集热、蓄热和隔热系统以及附加建筑物上的专用太阳能部件，对太阳光进行光—热转换等来满足建筑物的热水供应、采暖、空调等方面的能耗需求，从而达到减少建筑能耗，节约常规能源，改善生态环境的目的。太阳能光热转换技术和建筑结合具有很高的研究价值，热水、供暖、空调对太阳能的利用已成为太阳能与建筑结合的关键之一。 2、我国太阳能资源储量与分布 一般以全年总辐射量（单位为兆焦/米2·年）和全年日照总时数表示。我国属太阳能资源丰富的国家之一地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰，辐射总量在3.3′ 103～8.4′ 106兆焦/米2·年之间。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。属世界太阳能资源丰富地区之一；各地区资源分类见表1 表1 我国各地区的太阳能资源及分布 研究成果表明，在太阳能利用方面具有经济价值的地区是年辐射总量高于2200小时的地区。各区的分界情况可见太阳能资源分布图。
3、太阳能光热转换技术 根据我国的实际情况，在建筑中大力推广应用太阳能光热转换技术必将会把我国的建筑节能推广到一个新的阶段。在这些新技术中从其成熟的程度来讲，首推太阳能热水器，其次是太阳能采暖和太阳能空调。一下从这三个方面逐一进行介绍。 （1）太阳能热水器 1、太阳能热水器的结构 太阳能热水器从结构上分类可分为整体式和分体式。见下图 整体式分体式 整体式是将其主要部件集热器和水箱安装在统一的支架上由用户选用，这种型式只考虑了自身的结构和功能，而没有考虑与建筑的一体化结合，因此只适用于四周空旷的低层建筑，
唐本忠院士、丁丹教授《自然·通讯》：“分子内运动诱导的光热转化（iMIPT）” 有机光热材料通过非辐射跃迁将光能转化为热能，其在光热催化，光声成像，光热治疗以及海水淡化等方面的重要应用受到广泛关注。传统有机光热材料的设计较为单一，主要依赖于扩大共轭体系以及引入给受体结构，其面临着溶解性差，光稳定性差以及合成复杂等问题。除此之外，所得到的平面型材料其非辐射跃迁也十分依赖固态下的堆积，许多平面材料易于形成J聚集体或其他聚集方式，其辐射跃迁通道并不能被完全关闭，从而降低了其光热转化效率。近日，香港科大唐本忠教授课题组与南开大学丁丹教授合作，提出了一种新的分子设计理念，利用固态下分子运动促进非辐射跃迁产热来构建高效光热材料，也被称为分子内运动诱导光热转化(Intramolecular moiton-induced photothermy, iMIPT，图1)。相关成果以“Highly efficient AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF
photothermal nanoagent achieved by harvesting energy via excited-state intramolecular motion within nanoparticles”为题，发表于Nature Communications。论文的共同第一作者为香港科技大学博士后赵征博士，南开大学的博士研究生陈超同学以及中科院上海有机所的博士研究生吴文婷同学。通讯联系人为唐本忠院士和南开大学的丁丹教授。 图１聚集诱导发光(aggregation-induced emission, AIE)与分子内运动诱导光热转化(Intramolecular moiton- induced photothermy, iMIPT)概念的对比示意图.该工作是对前期所提出的聚集诱导发光（AIE）概念的一次逆向思维，相对于AIE类型分子力图抑制分子运动来打开辐射跃迁途径而发出荧光，该工作则致力于最大程度的实现固态下的分子运动来增强非辐射跃迁将光能转化为热能。以往报道表明强的给受体结构以及扭曲的AIE基元的引入可以有效的促进分子内运动进而促进非辐射跃迁，但在固体状态下分子运动往往被抑制。而在本工作中，作者在以往分子设计的基础上引入长烷基分叉型侧链来克服固体状态下分子运AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF
引言 随着节能减碳问题的日益紧迫，可再生能源的 开发利用受到了越来越多的关注。 而太阳能作为一种储量巨大，分布广泛，清洁安全的新能源，已经在世界范围引起了广泛的重视。太阳辐射到达地球表面的能量高达4×1015MW ，约为全球能耗的2000倍。目前太阳能的主要利用方式有：太阳能光伏发 电、太阳能热发电、太阳能制氢、太阳烟囱、太阳能 制冷、 太阳能热水器等。其中太阳能光伏利用技术已经日益成熟，从光伏电站到太阳能路灯，太阳能光伏技术已经被广泛应用。但在太阳能光伏利用方面仍存在两个亟待解决的问题：光伏发电成本较高以及光电转化效率相对较低。 工业生产的晶体硅太阳电池转化效率大约在16%~17%，转化效率较高 摘 要：太阳能储量巨大，分布广泛，清洁安全。但太阳能光伏发电存在成本较高和能量转化效率较 低的问题。因此本文提出太阳能光电-光热综合利用方式。通过聚光降低成本，通过分频综合利用提高系统效率。在分频利用技术上，寻找具有特定吸收发射特性的纳米流体流经光伏电池上层，吸收光伏电池不能加以利用的部分能量。此外，利用光学薄膜，将光伏电池可利用的波段反射给光伏电池，其余部分的能量透射用以其他形式的能量转换。文章对两种太阳能光电-光热综合利用系统进行了设计和探索。结果表明，通过光电-光热综合利用能够对太阳能利用效率实现有效提升。 关键词：太阳能；分频；纳米流体；光学薄膜；综合利用 Solar Energy Optic-Electro and Optic-Thermal Composite Utilization System Wei wei ，Luo zhong yang ，Zhao jia fei ，Shou chun hui ，Zhang yan mei ，Wu ting ting ，Ni ming jiang Abstract:solar energy is enormously reserved,widespread,safe and clean.But solar energy photovoltaic power cost is high and its conversion efficiency is low.So this article brings up Solar energy optic-electro and optic-thermal composite utilization.Through spotlights cost reducing and frequency division utilization it improves system efficiency.Based on frequency division technology,some specific absorption -emission characteristic nanometer fluid passing above photovoltaic battery will absorb some energy which can not be used by photovoltaic batter.Otherwise it will use optical thin-film to reflect some wave band which photovoltaic battery can use to photovoltaic battery,as for the rest energy,it will transmit into other means of conversion.This article discuss two ways of solar energy,designs and explores optic -electro and optic -thermal composite utilization system.The results shows that solar energy use efficiency improves a lot through optic-electro and optic-thermal composite utilization. Keywords:solar energy,frequency division,nanometer fluid,optical thin -film,composite utilization 太阳能光电-光热综合利用系统 魏 葳1骆仲泱1赵佳飞1，2寿春晖1张艳梅1武婷婷1倪明江1 1浙江大学能源清洁利用国家重点实验室 2大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室
太阳能光热发电的技术特点与应用研究 发表时间：2017-11-03T16:33:30.770Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：孙浩葛春亮[导读] 摘要：太阳能作为当下的清洁能源之一，在未来发展中具有广泛的应用，特别是在现在人们环保意识越来越强的时代。因此，本文对现在太阳能光热发电技术特点和发展应用进行了探究，期望通过该技术探究来实现对太阳能能源的有效利用，从而促进友好环境的发展。 （浙江天地环保科技有限公司浙江杭州 310000） 摘要：太阳能作为当下的清洁能源之一，在未来发展中具有广泛的应用，特别是在现在人们环保意识越来越强的时代。因此，本文对现在太阳能光热发电技术特点和发展应用进行了探究，期望通过该技术探究来实现对太阳能能源的有效利用，从而促进友好环境的发展。 关键词：太阳能；光热发电；技术特点；应用发展 随着不可再生资源的日益短缺，人们开始逐渐的关注再生资源的利用，如太阳能、风能等。这些能源相对其他的能源来说，具有安全环保特点。因此，人们开始加大对这些能源开发和利用，目前对太阳能能源进行利用的技术有太阳能光热发电技术和太阳能光伏发电技术，其中太阳能光热发电技术作为人们日常生活中经常使用的一种技术，给人们带来了很大的便捷。因此，加强对太阳能光热发电技术特点与应用研究具有积极的作用。 一、太阳能光热发电技术的类型及特点 1.槽式太阳能发电 槽式光热发电主要构成部分是有很多聚光集热器构成，这些集热器的表面呈凹面，可以增大聚光的面积，实现空间和光能有效利用。通过聚光集热器吸收的光能来加热管中的介质，使其产生大量的蒸汽，从而推动发电机发电。现在很多槽式发电为了提高发电效率，都采用了混合硝酸盐作为热能和机械能相互转化的介质，相对原先的介质，现在这种介质虽然在一定幅度上提高了发电的效率，但是还是远远不能满足人们的需求。此外，光热发电技术还要设置蓄热系统，这样就可以将光能储存起来，以便在晚上也能够继续供电[1]。 2.塔式太阳能发电 塔式太阳能发电主要是由光能吸收系统和发电系统两个部分构成，其中吸收太阳能部分主要是由日镜群和蓄热系统构成。具体的工作原理是在地面上摆放大量的日镜，这种日镜可以跟随着太阳移动而进行转动，从而保证光能最大程度吸收。通过日镜群光能吸收和聚集可以产生一定的蒸汽，然后通过这些蒸汽来推动汽轮机进行发电。相对他类型光热发电技术，塔式光热发电集热系统因为有日镜群的存在，所以具有较高的聚光比。此外，接受器作为塔式光热发电技术的主要构成部分，可以分为外部受光型和空腔型两种，其中外部受光型主要是用于比较大型的场所。而且外部受光型因为四面都可以接受太阳光照，所以相对温度也较高。[2]。 3.碟太阳能发电 碟式光热发电是利用反射镜进行光能的反射，使其聚集到一点，从而产生很高的温度。跟塔式光热发电技术一样，碟的菲涅尔型反射镜也是跟随着太阳的运动而运动的，因此在光能接收方面也具有很好的效果。但在光能聚集的地方上，碟和槽式有所不同，一个是聚集在抛物面的焦点上，另一个却是聚集在焦线上。同时除了上述不同之外，碟和槽式在发电系统的热电转化方式上也存在着一定的区别，碟主要利用斯特林机来产生原动力。此外，碟光热发电机在热发电系统具有运行成本低的特点，而且其发射的质量也相对较小 4、菲涅尔式太阳能发电 菲涅尔式太阳能发电系统跟槽式发电系统存在着一定的相似性，都是由很多的反射镜构成，并且这些反射镜也是跟随太阳运动而运动，所以在聚光比上也是存在较大优势。同时由于菲涅尔式光热发电镜场系统的反光镜安装密度更大，使其占用的土地面积相对更小，这提供了更多节约成本的可能性。所以，菲涅尔技术的光场集热系统的设备制造成本和安装成本都较槽式技术更具优势。但相应的菲尼尔太阳能发电技术也存在一些问题，如集热系统聚焦比较小，导致了温度提升受到影响。对于四种太阳能光热发电技术，具体性能、特点对比如下表1。 二、太阳能光热发电技术发展与应用研究 太阳能相对其他能源来说，具有污染小、可再生的特点，因此在未来的发展过程中，太阳能光热发电技术将得到广泛的应用。在日常生活中，槽式光热发电技术最早是应用在商业化发电中，后来逐渐应用到其他行业。相对国外的槽式光热发电技术，我国在这方面发展还存在着很多不足，但近几年国家加大了对这方面的投入，并且对我国光热发电的技术路线发展方向做了详细的说明。如槽式太阳能光热发电的技术路线可以朝着导热油槽式和熔盐槽式两个方向发展，菲涅尔式太阳能光热发电技术路线可以朝着熔盐线性、导热油和水工质三个方向发展。而我国在塔式光热发电方面也兴建了许多大型项目，具体技术路线的发展可以朝着熔盐塔式和水工质塔式两个方向发展。此外，因为碟光热发电效率较高，国家在这方面也投入了更多精力，目前建立很多相关热发电实验系统，并对其具体热性能进行了详细的研究。槽式热发电技术看起来已经到达了发展的瓶颈期，成本下降空间已经很小。而碟和塔式技术明显还有较大的成本下降空间，因此，总体来说，国家在光热发电技术发展方面虽仍有不足，但已经取得了很大的成效[3]。 总结： 综上所述，太阳能光热发电技术对于未来发展具有重要作用，可以实现能源再生利用。而且随着技术不断进步和发展，太阳能光热技术将成为未来发展主要趋势，本文结合太阳能光电技术理论概述，对当下槽式发电、塔式发电、碟发电和菲涅尔式四种光热发电技术进行了技术特点和应用的探究，从而加深了对四种光热发电技术认识。 参考文献： [1]陈昕，范海涛. 太阳能光热发电技术发展现状[J]. 能源与环境，2013，01：90-92. [2]曾乐才. 太阳能热发电应用前景与技术发展趋势分析[J]. 上海电气技术，2012，04：53-58.
光热转换技术 1 概述 太阳能必须经过各种转换,才可能方便地服务社会。各种太阳能利用成功的关键在于太阳能转换技术。现代意义上的太阳能转换技术开发的全部内容可归纳为两个主要方面： （1）高效地收集太阳能，主要技术内容有： ①选择性表面技术； ②受光面的光学设计； ③集热体的热结构设计与分析‘ ④装置的机械结构设计。 （2）将收集的太阳能高效地转换为其他形式的有用能，主要技术内容有： ①尽可能降低能量转换过程中的各种热、电损失； ②优异的系统设计。 太阳能光热转换在太阳能工程中占有重要地位，其基本原理是通过特制的太阳能采光面，将投射到该面上的太阳能辐射能作最大限度地采集和吸收，并转换为热能，加热水或空气，为各种生产过程或人们生活提供所需的热能。 2 平板集热 所谓平板集热，就是集热装置的采光面积等于集热面积；若采光面大于集热面积，称为聚光集热。两者的概念是相对而言的。 平板集热具有以下特点： ①采光面等于集热面； ②集热面可以采集太阳直射辐射能、散射辐射能和反射辐射能； ③集热面固定安装，不跟踪太阳视位置； ④热损失系数较大，工作温度通常均在80℃以下； ⑤结构简单，生产成本低廉。 2．1 太阳能平板集热器 太阳能平板集热器是典型的平板集热，简称平板集热器。 1.平板集热器的分类 ?按集热工质分类 ①水集热 普通的太阳能平板热水器、公用热水系统，几乎都采用水作为集热工质。 ②空气集热 太阳能干燥和太阳房采暖的集热装置，通常均以空气作为集热工质。 ③防冻液集热 高寒地区经常采用防冻液和水作为集热工质的双循环太阳能集热。 ?按集热体表面光学特性分类 ①黑面 一般是在集热体表面涂刷或喷涂一层黑色涂料，简称黑面，目前较少采用。 ②光谱选择性吸收面 这是经过化学、电镀等工艺制成的选择性吸收面，应用广泛。 ?按透明盖板层数分类 ①单层透明盖板
太阳能光电光热技术 目前,我国光电应用主要是通信领域，包括微波中继站、卫星通信地面站、卫星电视接收差转系统、通信台站等，市场占有率约50%。独立光伏电站和户用光伏电源系统市场占有率约30%，主要有县乡级光伏电站400余座、农村学校的光伏发电系统80座和家用光伏电源系统15万套。其中规模较大的有西藏安多、班戈、尼玛、双湖等7座县级光伏电站，总装机容量425kWp。 2001年度，我国光伏组件总装机容量具有22.8 MWp，占世界的1.4%，2001年太阳电池的产量为3.8 MWp，正在建设的几条生产线生产能力已经有2～10 MWp的规模，预计未来几年我国光伏发电将有较大的发展。截止到2001年底，我国其累积生产小型离网风机约有21万台，大型并网风电机组40万kw，太阳电池22.8MWp,太阳能热水器3200万㎡，--- 由国家计委组织实施的旨在利用光伏发电和小型风力发电机解决边远无电地区人约2300万人民生活用电的“光明工程”正在我国西部全面展开，今年已投入18亿元人民币建设总计12 MWp的乡村光伏发电系统。我国已经成功地建造了几个光伏并网示范工程，目前，兆瓦级并网光伏电站正在深圳市建设。 新能源将成为２００８年北京奥运会的主角。奥运村９０％的洗浴热水将依靠太阳能产生，奥运场馆周围８０％至９０％的路灯也将由太阳能发电点亮。高科技环保能源建筑将使人处在一个能源不断循环再生、充满自然景观的人工大自然中。计划到2010年，利用风力发电和光伏发电技术解决2300万边远地区人口的用电问题，使其人均拥有发电容量到100W的水平，相当于届时全国人均拥有发电容量的1/3。 绿色能源为奥运场馆注入新动力