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关键词：太阳能 节能政策 太阳能热水器 太阳能热泵 建筑一体化
1 引言
自1973年世界性的石油危机爆发以来，能源危机给人们敲响了警钟，大家开始关注占国家全部能源消耗的30-40%的建筑能耗的问题。1996年，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》，《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件，进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。
2 国内外的节能政策与法规[1] 2.1 我国的节能政策与法规
从我国的国情来看，建筑节能是社会经济发展的需要，是减轻大气污染的需要，是改善建筑热环境的需要，还是发展建筑业的需要。我国从80年代中期开始推行建筑节能，当时确定的第一个建筑节能设计标准，即《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-86)，用于采暖居住建筑，节能率为在1980~1981年当地通用设计能耗标准水平的基础上节能30%。1995年12月建设部发布了第二个标准JGJ26-95，以取代第一个标准。1996年9月，建设部在北京发布了《建设部建筑节能“九五”计划和2010年规划》以及《建筑节能技术政策》文件。1997年2月18日建设部、国家计委、国家经贸委、国家税务局发文推行节能50%的JGJ26-95，由建设部批准的《采暖居住建筑节能检验标准》(JGJ132-2001)于2001年6月1日起实施。1998年1月1日施行的《中华人民共和国节约能源法》是指导全国节能的大法，也是中国建筑节能工作的立法依据。
2.2 国外的节能政策与法规
各发达国家都把对建筑节能的要求体现在建筑规范和标准中，他们每过几年就修订一次建筑标准。近20多年来，每次修订标准都将节能要求提高一步，从而推动节能工作逐步发展。例如美国，据有关资料显示，美国在70年代就制定了一系列的建筑节能法规，如《新建建筑节能暂行标准》、《新建筑节能设计及评价标准》。1978年制定了五项法律：公益事业管理政策法(PURPA)、电力工业燃料使用法(PIFUA)、能源税法(ETA)、天然气政策法(NGPA)、国家节能政策法(NECPA)，统称国家能源法。1986年美国制定的节能新标准中的主要措施是普遍降低室内温湿度的标准，改善维护结构的隔热、保温性能。1989年ASHRAE制定的《除低层住宅以外的新建建筑物的节能设计标准》(ASHRAE/IESNA 90.1-1989)以及《新建低层住宅建筑节能设计标准》(ASHRAE 90.2-1993)，全国性的节能标准还有由美国建筑官员理事会制订的《简明能源规范》(Model Energy Code —1993)。
3 太阳能在建筑内的利用
一般说来，太阳能在建筑中的利用主要是在建筑中采取一定措施利用太阳能进行冬季采暖或夏季制冷。赵敬源，邱永亮等人[2]、高芳葳[3]、陆维德[4]等分别研究了太阳能在建筑中的应用。
3.1 主动式太阳能建筑
主动式太阳能建筑是通过高效集热装置来收集获取太阳能，然后由热媒将热量送入建筑物内的建筑形式。它对太阳能的利用效率高，不仅可以供暖、供热水，还可以供冷，而且室内温度稳定舒适，日波动小，在发达国家应用非常广泛。但因为它存在着设备复杂、先期投资偏高，阴天有云期间集热效率严重下降等缺点，在我国长期未能得到推广。
3.1.1 太阳能热水器系统
由于将太阳能转化为温度不太高的热水，只要用简单的装置即可实现，因而被广泛采用。供应热水可以采取集中的方式，也可以用于单独的住宅中。集中供应热水，需要有一定的场地和基建投资，经济效益较高，适用于人口较集中的城镇。单独供应热水，设备简单，不需要专门的管理人员，在城镇和乡村均可采用。
目前在我国市场上常见的太阳热水器有以下几类：
(1)平板太阳热水器。它由平板集热器与热水箱组成，一般采用自然循环运行方式。
(2)真空管热水器。它由多支玻璃真空集热管直接插入水箱构成，一般采用自然对流换热；每支真空集热管与水箱插孔间放置硅橡胶制成的密封圈。真空集热管的热损系数小，故用它做成的太阳热水器在冬季有较好的热性能，适合在北方地区使用。
(3)闷晒式热水器。它是集热与贮热合二为一的整体式热水器，一般由二至三个涂黑的圆筒组成，以结构简单、造价较低为特色，缺点是夜间散热大，热水不能过夜使用，在冬季也不能用。它在农村有较大的推广面。
平板集热器、玻璃真空管和家用太阳热水器的技术条件均有国家标准。
平板太阳集热器热性能试验方法GB/T4271-2000(为原标准GB/T4271-84的修订版)
平板太阳集热器产品技术条件GB/T6424-1997(为原标准GB/T6424-86的修订版)
全玻璃真空集热管GB/17049-1997
全玻璃真空管太阳集热器GB/T17683-1999
家用太阳热水器的热性能试验方法GB12915-1991
3.1.2 太阳能热泵采暖系统
太阳能热泵采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热，然后通过热泵，将热量传递到温度为35-50℃的采暖热媒中去。冬季太阳辐射量较小，环境温度很低，使用热泵则可以直接收集太阳能进行采暖。将太阳能集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器，这样就可以得到较高温度的采暖热媒。
太阳能热泵采暖系统主要特点是花费少量电能就可以得到几倍于电能的热量，同时可以有效地利用低温热源，减少集热面积，这是太阳能采暖的一种有效手段。若与夏季制冷相结合，应用于空调，它的优点更为突出。
3.2 被动式太阳能建筑
案例：太阳能的开发调查报告
主题：太阳能的开发利用调查报告
指导老师：谢东风 韩佩华 陈玉梅 张若明
地点：演艺厅
日期：2006年12月20日 星期三
主题的确立：（篇幅所限 省）
活动目的：
1 通过这次活动，培养学生收集资料、分析资料的能力以及科学探究精神，发挥学生共同探索、和谐共事的能力。
2让学生对我校太阳能的开发进行调查，提高学生对新能源利用的认识，同时提高他们对环境保护的使命感和责任感，培养学生主动参与意识，确立“环境保护，人人有责”的观念，自觉地“从我做起”“从身边做起”，积极主动参与学校以及面向社会的环境保护行动。
ESD（可持续教育）渗透点：对学生渗透环境与可持续发展的关系――如何合理开发新能源，共建和谐节约型社会，确立“环境保护，人人有责”的观念。
活动准备：
学生：1． 分组收集有关太阳能的资料；
① 我国能源状况
② 新能源开发的前景
③ 新能源开发的重大意义
④ 新能源在我校的开发利用情况
2 ． 对我校的太阳能利用基地进行实地考察与调查（包括采访我校相关的负责人）；
3 ． 完成调查报告，在班上进行宣传。
报告会实录：
第一部分：（开场，屏幕显示学校太阳能设备，同时显示字幕：开发新能源――太阳能）
（10个女生身着白色衣服围成一个双重圈――表示水）
（三个女生走在校道上议论着：）
（旁白）：新学期到了，同学们都发现校园多了许多新设施，同学们议论纷纷，让我们听听他们议论些什么吧！
女生1：听说我们洗澡的热水都是用太阳能热水器提供的。
女生2：是吗？我也听说了。以前都是用天然气烧的，现在改用太阳能了！这是我们学校为了节省开支和保护环境而建的呀！
女生3：是呀，我也听说啦，设备就安装在我们宿舍楼顶，不如我们一起去看看吧！
（一位物理老师和一位学校主任正在视察太阳能设备，三女生走过来）
三女生：主任好！老师好！
女生1：老师，这些就是太阳能设备吗？
老师：对呀！
女生2：咦！为什么太阳能热水器的管子都是黑色的？
女生3：黑色更容易吸收热量嘛！
女生1：为什么它们都是倾斜的呢？
物理老师：这是为了得到最大的日射量，在正午时必须尽可能使集热部分的采光面垂直于阳光。
女生2： 哦！不知道它是怎样工作的，老师，你能介绍一下吗？
物理老师：好的，我校的太阳能热水器装置是吸热真空玻璃管，……达到一定温度就可以向我们供应每天洗澡用的热水。
三女生：哦！原来是这样的！
黄主任：要不你们现在就来试一试吧！
（五人一起走到由女同学扮演的水圈旁）
黄主任：你们先来摸一下这里的水是凉的还是热的？
同学们：凉的！
黄主任：好，现在让它通过这个太阳能热水器。
（这群扮演水的女生排成行穿过太阳能热水器，走了两圈，然后走到热水器的另一边，然后组成一个双重圈）
黄主任：现在试一下这里的水怎么样。
三女生（用手摸）：好热呀！这么快就变得这么热了，太了不起啦！
黄主任：每天只需要2―3个小时的阳光，不管夏天和冬天都能达到70℃以上的水温。
女生1：对了主任，这么多热水器需要多少钱呀？
黄主任：我们大约投资了180万。
女生2：能供应多少人用呢？
黄主任：2700人。
女生3：如果下雨或者阴天怎么办，我们岂不要洗冷水？
黄主任：呵呵……这个你不用担心，我们的太阳能热水器都会带有辅助能源的，在阳光不足时自动启动，即使遇上阴雨天也能24小时照样工作。
三女生（长嘘一口气）：哦！
女生1：改用太阳能热水器有什么好处呀？
黄主任：这样吧，你们做一道计算题。以前我们使用的是24台热水机，每台机每小时燃烧2．4立方米天然气，每天烧3个小时，每立方米天然气13.5元人民币，请同学们算一算:每个月要花多少钱（女生1回答：69984元），每年呢（女生2回答：839808元）?现在改用太阳能每个月只需要花费过去二十分之一的资金。同时，太阳能是一种清洁的能源，不会给环境带来污染！
三女生：太好了！可以节省能源的同时还可以保护环境！
黄主任：其实除了我们宿舍安装了太阳能热水器以外，看，我校的游泳池旁也安装了20盏太阳能灯，直接将太阳能转化为电能，还有，在小学部安装了风力发电装置，你们有兴趣的话我可以带你们去参观参观！
同学们：好呀！谢谢主任，谢谢老师。Let?蒺s go !
（演员一起退场）
2第二部分：
男主持1：……未来一段时期，我国能源供求矛盾仍将十分尖锐。就开采储量而言，有关专家估计，我国石油资源和东部的煤炭资源将在2030年耗尽……煤和石油在燃烧的过程中,生成的氧化物,排放到空气中经过一系列反应形成硫酸和硝酸,这些酸性物质随着降水等回到地球的表面而形成酸雨，同时煤和石油在燃烧的过程中还会增强温室效应，带来严重的生态破坏和环境污染。
男主持2：要应对能源发展面临的严峻挑战，我国应实行节能为本、环境优先的可持续能源发展战略。最有效的就是开发新能源――太阳能、风能、生物能等等……据我们统计，每年我校可以节省16638立方米煤气，这相当于每年减排二氧化碳约17004立方米，这样我们还保护了环境。让我们行动起来吧，更好地合理开发新能源，共建和谐节约型社会吧！
【关键词】太阳能的利用；空调；经济性分析
1.引言
随着经济的发展和人们生活水平的提高，空调的需求量在日益增长。一般民用建筑物，如酒店、办公楼、高校图书馆和医院等，空调耗能已占总耗能的50%以上，给能源和环境造成了很大的压力。各种非再生能源的发展伴随着废气排放、温室效应和酸雨等环境问题，空调机的制冷剂CFC8还会对大气层中的臭氧层造成破坏，直接威胁到生活在地球上的各种生命。因此，无论是在国外还是在国内，利用太阳能空调的研究一直是受到重视的热门研究课题，太阳能空调作为一种新兴、清洁和耗能低的空调系统，在国内外得到了广泛的开发利用。其优点主要表现在：一是太阳能空调利用太阳能的效率较高。A.Syed等（2005）在马德里所做的实验证明，利用49.9平方米的平面太阳能采集板，单效35千瓦的制冷设备和2立方米的水箱，在天气环境适宜的情况下，每平方米太阳能采集板能把711W的太阳能进行转换，最高可以超过900W，如果采用双效弧形采集板，转换效率将会进一步提高。二是与传统的空调系统相比，耗电量大大降低。J.Guo，H.G.Shen（2009）在上海进行的比较研究表明，跟传统的空调相比，太阳能空调在产生相同的制冷效果的情况下耗电量仅为前者的五分之一，电力费用大大降低。三是太阳能空调利用的规模效应显著。我国太阳能资源丰富，年日照时间平均可以达到2500小时，西部、新疆东南部、青海西部和甘肃西部的年日照时间甚至可以达到3200小时。所以在我国利用太阳能作为能源运行空调是大有可为的。
2.太阳能空调的现状
2.1 太阳能空调的市场概况
目前太阳能利用设备已在我国形成一个较大的规模且仍在迅速的发展过程中，具有一批较大规模的太阳能空调生产企业。其中清华大学太阳能开发公司、北京天普太阳能工业集团、中科院太阳能公司、山东皇明太阳能集团等几个大的开发单位，其年产值均都在数千万元甚至数亿元。太阳能空调在我国一些发达地区的小城镇及富裕的农村地区使用率已经达到30%以上，且还在呈现上升的趋势，但是城市的使用率还比较低，还不到5%。据中科院能源研究所的有关专家根据能源发展趋势和发达国家的发展经验所做的一份研究报告表明，在未来几年，随着能源价格的不断上涨，全球性气温的日趋升高以及环境保护方面的要求，太阳能设施，尤其是太阳能空调设施，将会越来受到人们的青睐，其中太阳能空调的使用率将会达到30%以上。
2.2 生产太阳能空调的利润分析
我国已把“太阳能空调”列入科技攻关计划，成功的建成了两座具有一定规模的太阳能空调系统，分别是中科院广州能源所在广东省江门市建成的100KW太阳能空调系统和北京太阳能研究所在山东省乳山市建成的100KW太阳能空调系统。生产太阳能空调，成本低、利润高。普通电空调柜机售价大都在3000元至5000元且利润不超过20%，消费者投入大、耗费高，每小时耗电2-3度以上，一般家庭买得起耗不起，贫困家庭买不起。而太阳能空调柜机最大的优势是投入低耗费低，每小时仅耗电0.1到0.3度，不到电空调的十分之一，一次投资安装长期健康享受。
3.太阳能空调的经济性对比分析
3.1 制定比较方案和选择约束条件
方案1：燃气直燃吸收式空调机组。
方案2：电力式空调机组。
方案3：太阳能辅助燃气吸收式空调机组。
约束条件：（1）目标值的经济性分析；（2）目标值节能性分析。
经济性影响因素：太阳能空调系统之所以成为当前国内空调行业研究的热点，最主要的原因就是它的经济性。室内设计参数是空调系统设计的基本依据，它的确定除了与人体的舒适感和室内空气品质有关外，也直接影响到空调系统的经济性。室内设计参数中对空调系统的一次投资和运行费用产生的影响主要是室内的温度参数。
3.2 方案的经济性对比分析
（1）三方案初次投资的对比分析
电力式机组、直燃吸收式机组、太阳能吸收式机组的价格一次增加，并且随着制冷量的增大，它们之间的差距呈现出扩大的趋势。经分析后还可以发现，太阳能吸收式机组的价格约为同等制冷量直燃式机组的1.5到1.7倍，约为电机组价格的3倍左右。太阳能吸收式机组的价格偏高的原因主要是由于太阳能空调的集热器投资较高。据考证，单位功率的集热器装置初投资约为1800元人民币每千瓦。由此可见，太阳能吸收式机组在初投资上比其他两类机组缺乏经济性。
（2）一次能源消耗量的对比分析
所取主要参数如下：电厂供电效率为30%（全国均值）；电力输配效率90%（全国均值）；燃气热值为每立方米42998千焦。按以上参数对三方案各种能源的消耗量进行计算，得到的结果表明，一次能源消耗量在方案1到方案3中一次降低，且随着建筑面积的增大而迅速增大，几乎是现线性关系。显示出太阳能空调系统在能源消耗方面的经济性。
太阳能去三分之一负荷为例，其中方案1和方案2的一次能源消耗量是方案3的2倍左右，相当于太阳能空调比夏季用电力空调制冷和直热式制冷节能20%到50%。同时也可以看出，随着太阳能承担负荷比例的增加，一次能源消耗量明显减少，可见提高太阳能的利用率对减少能源消耗有着重大的意义。
（3）三方案对环境影响的对比分析
近年来随着人们环境意识的提高，环境经济学也逐渐纳入了技术经济学分析的范畴。环境经济学是运用经济学的理论和方法，研究经济发展和环境保护之间的相互作用，使经济活动能取得最佳的经济效益和环境效益，以达到环境与经济的协调发展。从环境经济学的角度上看，以往的经济分析存在很大的缺陷，在生产成本中没有把环境成本考虑进去，比如在使用能源时没有考虑到能源开采对耕地的破坏，排放废气时没有考虑大气治理所需的费用，总之是一种以牺牲环境质量为代价来获取高额利润。
考虑到我国国情，电力97%来源于煤炭火力发电，以耗煤折算用电，以承担三分之一负荷的太阳能为代表，对三种方案的年消能源所排放的大气污染物进行对比分析，取1吨油当量等于44880000千焦。我们可以得到，太阳能空调系统在减少污染物排放上有着绝对的优势。以2万平方米的建筑面积的空调负荷为例，使用太阳能机组，比使用直燃机组年CO2排放减少约8万公斤，比使用电空调机组年CO2排放减少约23万公斤。同样以2万平方米的建筑面积的空调负荷为例，使用太阳能机组比使用直燃式机组年NOx排放量减少约140公斤，比使用电空调机组年NOx排放量减少约605公斤。污染物排放的减少量惊人，可见太阳能空调制冷节约了能源，减少了污染物的排放，是名副其实的绿色空调。
4.太阳能空调的研究发展方向及存在的问题
（1）产业化
太阳能空调实用性示范系统的建成，证明了太阳能空调在技术上是可行的，经济上也显示出了一定的效益，潜在的市场很大，应当向产业化方向发展。但是要实现产业化目标，还有很多工作要做。例如，太阳能空调系统的计算机设计软件，制冷机的商品化、产业化；统一的配套设备和零部件；制定产品（系统）的技术标准等。
（2）研究与开发新的技术
太阳能空调系统目前普遍采用的是淡化吸收式制冷技术。由于造价及工艺方面的原因，制冷机不宜做得太小，所以采用这种技术的太阳能空调系统只适用于中央空调和集中供热方式，系统需要有一定的规模。然而市场对小型的、家用的太阳能空调器却有更大的需求，事实和经验告诉我们，只有满足千家万户人民群众需要的产品，才能形成规模化生产。因此需要研究和开发小型太阳能空调的新方法和新技术。
（3）太阳能空调推广应用面临的问题
目前太阳能空调在城市使用效率低的原因，不是城市居民不喜欢这种属于绿色洁净能源的太阳能设施，而是安装太阳能装置不太方便。由于城市高层住宅楼的特殊结构及目前太阳能空调的固定构造，居民只能将所购买的太阳能设施安装在屋顶，而装在屋顶走管道又十分不便且不安全，所以有不少想使用太阳能设施的城市居民因嫌安装麻烦而作罢。从这一点看，太阳能空调在城市中不是没有市场，而是没有特别适合高层安装、使用且性价比更为优化的太阳能空调系统。
参考文献
[1]李凌风，林鑫.太阳能制冷技术的应用分析[A].全国暖通空调制冷2010年学术年会资料集[C].2010.
1、光伏电池，可以直接将太阳能转化为电能，包括太阳能汽车、太阳能路灯等。
2、海水淡化，可以利用太阳能蒸发海水，收集水蒸气凝结后成为淡水，剩下的矿物质经过处理后可以成为食盐销售。
3、采暖，利用太阳能进行房屋取暖，尤其适合于冬季光照充足的地区。
4、至于各种植物利用太阳能进行光合作用就不属于直接利用了。
（来源：文章屋网 ）
前言 随着人们对于环境污染问题越来越重视、对于室内空气品质要求的不断提高，在不断加紧研究和推行空调节能，改善室内空气条件，寻找替代冷源的同时，许多国家都在积极研究探索利用自然条件的冷却方法。理论上，以降低建筑物维护结构外表面温度为目的的利用太阳能被动蒸发冷却问题，按蒸发机理可分为两类：一类是自由水面的蒸发冷却问题，这类问题包括蓄水屋面、蓄水漂浮物、浅层蓄水、流动水膜及复杂的喷雾措施等；另一类则是多孔材料蓄水蒸发冷却问题。 1．第一类：自由水面蒸发冷却问题 较早时期的建筑被动蒸发冷却并没有被详细的分类，主要是采用在屋顶覆盖上一层水袋的方法使建筑物降温。水袋上有一层可移动的隔热板，在白天时将隔热板盖在水袋上，使其不受阳光照射，有了水袋，天花板的温度较低，在室内起冷源作用。夜间，将水袋暴露于空间，通过对流辐射使它将热能散失掉。在较干燥的地区，夏天可以采用蒸发冷却方案，设置一个湿冷器以增加空气湿度，即当室外空气通过湿冷器使空气降温加湿，以上两种方式都可称为被动蒸发冷却的雏形。 2．第二类：多孔材料蓄水蒸发冷却问题 此类蒸发冷却采用在建筑物面上铺设一层多孔材料，如松散的砂层或加气混凝土层等，此层材料依靠淋水或天然降水来补充含湿层水分。当材料含湿后受太阳辐射和大气对流及天空长波辐射换热，内部水分通过热湿迁移机理的作用迁移至表面并在此蒸发。含湿多孔体水分蒸发过程是众多因素综合作用的结果，如液体扩散、毛细流动、蒸发凝结、压力梯度、重力等。在蒸发冷却过程中，最初材料表层存在一层连续水膜，这层水膜的蒸发基本上如同上面所说的自由液面的蒸发，不受材料内部因素的影响，随着这层水膜的蒸发材料表面含湿量减少，材料内部的水分就会补充到材料表面进行蒸发，如果表面水分的补充速度低于表面水分蒸发速度，那么材料的蒸发面将会下降，会影响到蒸发效果。屋顶铺设松散的多孔含湿材料的被动蒸发冷却方法适用于一些雨量丰富、风力较小的北亚热带地区，在建筑物屋顶平面使用。而铺设固体的多孔材料对于雨量丰富、风速大的南亚热带地区在建筑物外表面及城市道路上使用。在气候干旱少雨的地区也可以通过喷淋水的方式给多孔材料层补水。 屋顶铺设多孔含湿材料的方法首先解决了蓄水屋面无法上人的问题，此外多孔含湿材料被动降温效果显著，建筑屋面降温约25℃，屋顶内表面温度约降5℃；优于现行的传统蓄水屋面。 被动冷却技术的新发展 至今为止，有许多科研工作者对传统的被动冷却技术进行了大量的实验研究，在原有的基础上对其不足之处进行了大量的完善工作。在被动冷却技术的传统应用方式的基础上出现了多种改善后的应用方式，下面就一些主要的应用方式进行简要介绍。 1．屋面被动冷却技术 1．1带有可移动隔热板的屋顶水池 在水池上设置一层隔热板，在夏季，在日间水池由隔热板覆盖，夜间隔热板移走并且通过夜间使水冷却。建筑物热量通过屋顶由室内传至周围环境并且获得冷却。通过使用带有隔热板的屋顶水池可使得屋顶热减小。在冬季，在日间移开隔热板，以便水池里的水吸收太阳辐射热并加热建筑物。水池在夜间盖上隔热板以便水池中热水将其热量传给建筑物。屋面蓄水对屋顶结构要求较高，绝湿层要求较高，否则屋顶会漏水，同时维修不便，因屋面无法直接上人维修。 1．2蒸发反射屋顶 这种屋顶的设计是由在以岩石为底的水池上覆盖一个混凝土吊顶构成。在这个基础上是一个空气层，它通过一个铝板与外界环境隔开。铝板的表面涂有一层白色钛基涂料以提高日间辐射的反射。在夜间，铝板的温度降低到岩石床和水的混合温度之下。屋顶内的水蒸汽冷凝并依靠重力作用下降。经过大量的关于不同的外部温度和太阳辐射强度下降的计算，显示出这种系统的冷却效果很显著。结构如图4所示。 在这种应用方式中，高热容量的材料（岩石床）可以延迟日间热量进入建筑物的时间，使之在夜间进入建筑物内，从而使建筑物受其影响较小。屋顶由一个混凝土吊顶和一个平铝板构成，平铝板使得位于以岩石床为底的水池上空气层与外界环境分隔开来。这个部分防止水蒸气向外界扩散。这种方式结构较为复杂，对于构成的材料要求较高，投资较高，要有较好的密闭性，维修不方便。 1．3 屋顶设置空气隔热层 在屋顶上设置空气隔热层可使建筑物屋顶得
关键词：太阳能；热泵；干燥；专利
1 分析样本
文章数据来源于国家知识产权局的专利检索与服务系统（Patent Search and Service System，简称“S系统”）中的中国专利文摘数据库（China Patent Abstract Database，简称“CNABS”），以“太阳能”、“热泵”和“干燥”作为关键词、以BI（联合索引，复合索引了所有的AB、TI、KW和CLMS字段）作为检索入口进行检索，检索日期为2016年2月1日，通过人工剔除噪音数据后，共获得116项相关专利，其中包括发明专利和实用新型专利。
2 我国太阳能-热泵干燥技术的专利情况
2.1 专利年份分布
由表1可知，1988年我国开始对太阳能-热泵干燥技术进行研究并申请了1项专利。该项专利为实用新型专利“多能源联合干燥装置”（专利号：ZL88201739.X），其利用太阳能、电能和热泵多能源的联合进行干燥，无论晴阴雨夜，都能连续的工作，实现常年连续对物料进行低温除湿干燥[1]。然而，1989～2006年太阳能-热泵干燥技术在我国的专利申请量为零，这反映了当时我国对知识产权保护的重视程度不够，直到2007年才开始又有专利申请，并且在2008年国家知识产权战略实施以来，专利申请量逐年增加，2012年达到最高值20项，实际上，由于专利申请延迟公开的特点以及数据库收录时间略有滞后，2014～2015年的数据不全。2014年我国首次提出了“努力建设知识产权强国”新目标，2014～2015年这两年的平均项数有可能超过20项。
2.2 IPC分类号分析
太阳能-热泵干燥技术的研究主要集中在IPC分类号F26B（从固体材料或制品中消除液体的干燥，占比为64.7%）、C02F（水、废水、污水或污泥的处理，占比为24.1%）和其他小类（共占11.2%），对以上小类分别细分，可以发现在F26B中，F26B9（静态下或只是局部摇动干燥固体材料或制品的机器或设备）占比为28.4%，F26B23（加热装置）占比为13.8%，F26B21（干燥固体材料或制品用的空气或气体的供应或控制）占比为12.9%；在C02F中，C02F11/12（污泥处理的脱水法、干燥法）占比为21.6%；其他小类细分主要如下：A23N12/08（用于干燥或烘焙水果或蔬菜）占比3.4%、A23B9/08（谷类的干燥）、A24B3/10 （烤制烟草）和F24J2（太阳热的利用）各占比1.7%，A23B4/03（肉、香肠、鱼或鱼制品的干燥）和F25B30/06（以低势热源为特征的热泵）各占比0.86%。
我们可以发现太阳能-热泵干燥技术的应用非常广泛，包括木材、陶瓷坯料、食品、果蔬、菌类、中药材、谷物、秸秆类、污泥、餐厨垃圾、烟草、腊味、煤、造纸、制药、制浆、茶叶等等的干燥，其中应用于污泥干化最多，且一般将其分入C02F11/12中，例如发明专利申请“太阳能热泵联合污泥干化系统及干化方法”（申请公布号：CN103482838A），主分类号为C02F11/12，其包括太阳能供热子系统、热泵子系统和干燥装置子系统，能够充分利用太阳能的热量，并回收湿空气中水蒸气的潜热，同时通过太阳能供热子系统和中水源热泵子系统来保证夜间或太阳能不足情况下的污泥干化所需能量[2]。
应用于谷物类的首选分入A23B9/08，烟草首选分入A24B3/10、肉制品例如腊味首选分入A23B4/03、果蔬首选分入A23N12/08。而对于没有具体分类号对应的干燥对象，一般会被集中分入到F26B（干燥）中，其中主要为F26B9、F26B23和F26B21。
2.3 太阳能-热泵干燥技术的研究方向分析
太阳能-热泵干燥系统一般包括干燥子系统、热泵系统、太阳能系统以及相应的控制系统，通常采用太阳能加热为主，热泵系统加热为辅的干燥方式，例如发明专利申请“一种太阳能热泵联合干燥系统及干燥方法”（申请公布号：CN105258488A），其包括太阳能集热装置、热泵系统、水循环系统，当主水箱内的水温高于55度时，则选择太阳能单独供热模式或太阳能和热泵系统联合供热模式；当主水箱内的水温低于55度时，则选择热泵系统供热模式[3]。
对于太阳能-热泵干燥系统的发明改进途径，包括从工作原理、热泵类型、太阳能热泵与其他热源耦合应用等方面入手。
太阳能热泵从其工作原理可主要分为直接膨胀式和非直接膨胀式。实用新型专利“直膨式太阳能热泵与太阳能组合的干燥装置”（专利号：ZL201120346773.7），采用直膨式太阳能热泵与太阳能空气集热相组合的方式加热空气[4]，白天可以对物料进行干燥，但是在夜间或阴雨天，该系统干燥效果不佳。而常规的非直接膨胀式太阳能干燥系统结构复杂、连续性差，导致能源利用率低。
热泵的类型很多，例如空气源热泵、水源热泵、地热源热泵。发明专利申请“一种污水源热泵与太阳能结合污泥干化系统”（申请公布号：CN103359904A），提供了一种以污水源热泵为主要热源、太阳能为辅助热源的污泥干化系统。这一系统利用污水源热泵回收污水处理厂二级生化后出水中的热能作为污泥干化的主要能量来源，采用太阳能作为补充能源，克服了太阳能本身所具有的稀薄性和间歇性[5]。
将多种热源联合使用，以图发挥各自优势一直是科研中惯用的方式。实用新型专利“一种微波强化太阳能中水高温双源热泵干化污泥系统”（专利号：ZL201320168357.1）将太阳能、中水、热泵和微波干化加热方式联合组成了一种新型干化方式，较好地解决了现有的污泥干化存在的缺点[6]。
3 结束语
通过对国内太阳能-热泵干燥技术专利文献的统计分析，可以看出随着国家知识产权战略的实施，人们的专利保护意识不断加强；同时，从工作原理、热泵类型、太阳能热泵与其他热源耦合应用等方面对太阳能-热泵干燥技术提出改进之处，促进了太阳能-热泵干燥技术的发展。
参考文献
[1]商桂电，庞晓培.多能源联合干燥装置[P].中国专利，88201739.X， 1989-1-4.
关键词：太阳能；环卫；洒水车；清扫车
中图分类号：S214 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0013-02
近期在承德县县城的大街上，可以看到这样一种景象，类似观光车的清扫和洒水车的车身左右后部和顶部都装有太阳能电池板，利用太阳能做动力，完成环卫的机械清扫和洒水作业，作业过程无扬尘无排放很环保，对环卫机械零排和减霾有一定作用，对此我们进行了数据调查和分析，结论是减排效果十分显著，仅承德县县城每天可以减排PM2.5和PM10的量为320kg，每年减排60吨以上。
1 分析
太阳能清扫车，清扫宽度2米，清扫速度15公里/每小时，每小时清扫面积30000平米，是人工清扫的12倍，总动力消耗1500W，太阳能安装面积12平米，发电量1700瓦，使利用太阳能工作成为现实。由于采用垃圾箱前置收集，反转滚刷向前清扫，保证了清扫质量，清扫率达到95%，太阳能电动道路清扫车具有体积小，整车长3.2米，宽1.5米，高1.8米，采用触摸屏电脑智能和PLC控制，使操作更加简单，适应小城镇道路及巷道机械清扫等特点。利用太阳能供电，在晴天的情况下可连续工作，阴天时一次充电可连续工作8小时。
太阳能洒水车动力结构和太阳能道路清扫车类似，由太阳能提供动力，洒水宽度5米，每小时行走20公里，洒水面积60000平米。具有洒水均匀，工作灵活，操作简单，水浪费少，效率高的特点。
上述两种设备代替了燃油的清扫和洒水机械，将对环卫机械带来深远的影响。
特别是对环卫机械的减排减霾是个新的理念，环卫机械作业的排放因素也不可忽视。因为环卫作业车辆在市区行驶，直接排放的是PM2.5和PM10，对于一个城市来说，也不是一个重要的污染源。环卫作业中对城市造成的环境污染主要在排放方面，提高机械化清扫率是方向，2014年底前发达地区城市道路机械化清扫率要达到70%以上，其他城市要达到60%以上，县城要达到40%以上。加强城市道路冲洗洒水工作。要对城市重点地段道路、公共场所地面实行定时水洗。根据季节和实际情况，适时组织对重点道路实行洒水、降温、压尘。大中城市及其它有条件的城市市区，主要道路每天洒水6次，每周冲洗一次，其它次要道路每天洒水3次。遇有环境恶劣天气，增加道路洒水次数和道路冲洗次数。
@些都带面临一个严重的排放问题，这些作业车的排放问题，据有关部门公布的数据表明，汽车尾气有50%以上是PM2.5和PM10。仅以承德县县城环卫机械清扫和洒水耗油情况分析，结果如下：
（1）柴油清扫车，每小时耗油20升×0.84kg/升=16.8kg/时
产生的PM2.5和PM10按理论占50%
排入空气中16.8kg×50%=8.4kg/时
清扫效率30000平米/时
清扫每平米排PM2.5和PM10
8400000mg/30000m2=280mg/m2
县城机械清扫50万平，每天排放
500000×280=140000000mg/天
=140kg/天
（2）柴油洒水车，每次加油140升，洒水14车，每车水10吨。
每洒一吨水耗油1升×0.84kg/升=0.84kg/吨
产生的PM2.5和PM10按理论占50%-
排入空气中0.84kg×50%=0.42kg/吨
洒水面积：洒水宽度14米，长度1000米，每车10吨水
每吨水面积：14*1000/10=1400平方米
洒水每平米排PM2.5和PM10
420000mg/1400m2=300mg/m2
县城洒水面积100万平，每天洒水6次，
每天排放PM2.5和PM10
1000000×6×300=180000000mg/天
=180kg/天。
老矿井大都采用比较原始的锅炉燃煤供热满足生产和生活要求，随着矿井现代化建设步伐逐步推进，老式功能方式已经不能满足企业生存发展的需要，山东东山军城能源开发有限公司本着“节约能源、保护环境”目的，引进了水源热泵和太阳能新型企业功能方式，并将两者互补利用，将矿井建设成为国家倡导的环境友好型企业。
煤矿在生产过程中，有许多热能能够利用，列如：压风机运行余热和矿井排水余热。
一、能源利用状况分析
（一）我矿压风机余热的利用
空气压缩机在运行中，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，大部分由电能转化为热量，此热量则通过冷却系统排放到环境中，不但浪费了资源，更会造成环境热污染。
（二）矿井排水余热的利用
矿井排水由井下中央泵房耐磨多级离心泵通过副井φ425排水管路排至地面集中水池，然后利用地面水源热泵泵房安装的水源热泵通过热量交换给地面供热系统补给热量。
（三）太阳能热量的应用
在建筑楼顶安装太阳能集热板，将收集的热水供给地面建成的集热水池，供给地面供热使用。
太阳能供热和水源热泵供热互补互给，能够满足全矿井供热需求。
二、新能源利用工程原理和数据计算
压风机余热可提取热量：我矿矿有压风机4台（2用2备），功率250KW的三台，功率120KW一台。（一大一小运行） 空气压缩机在运行中，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占约15%，大部分由电能转化为热量，此热量则通过冷却系统排放到环境中，不但浪费了资源，更会造成环境热污染。由于压缩机内部循环对油温有要求，加上不同温度的热值不同，换热器的换热效率不同，并非所有的热能被吸收，根据工程实际经验，可以利用的热量折合压缩机的轴功率约为60%。则通过压风机提取的热量为188.7kW。
矿井排水可提取热量：现场矿井水情况如下：每天正常排放量为11000m3，基本是24小时连续排放，平均每小时的水量为458m3；矿井水温度：23℃；矿井水最大可提取温差18℃（分两次100%提取）；可提取热量：9572KW.H。水源热泵技术是利用水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。水源热泵机组工作的大致原理是，夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取热量。其具体工作原理如下：在制冷模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向冷却水（地下水）中放出热量,形成高温高压液体，并使冷却水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收冷冻水（建筑制冷用水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使冷冻水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在蒸发器中获得冷冻水。在制热模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向供热水（建筑供暖用水）中放出热量而冷却成高压液体，并使供热水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收低温热源水（地下水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使低温热源水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在冷凝器中获得供热水
矿井余热提取热量：采用风风换热器为进风井预热，根据情况现场组合，形成超大型的风风换热机组，提热量一般选择提取温差的60%，。副井需要热量为1826kW，按照排风温度20℃、进风温度-14℃，温差为34℃，可把进风温度预热到-14+34×0.6=6.4℃。按预热副井风量60%， Q=90×0.6×1.268kg/m3×(6.4+14)=1397kW，即排风预热可提取的热量为1424kW。
三、矿井所需采暖、制冷负荷
1.我矿取暖（原使用锅炉取暖）的使用场所为办公楼、宿舍楼等。原采暖方式为锅炉通过汽暖暖气片采暖，总的采暖面积为6.8万、需制冷面积为53500。
2.负荷计算依据:
非节能建筑普通暖气片制热负荷一般为65w/m2，因矿方部分建筑为非节能建筑，我方将供暖建筑制热调整为75w/m2 。制冷负荷标准为80w/m2，实际需求我方按100w/m2。
需要的总热负荷为:
Q=75w/m2 ×54125 =4059kw
需要的总冷负荷为:
Q=100w/m2×39625 =3962kw
3.井筒防冻需求
我矿井口冬季风量5410m3/min；矿区夏季环境温度35- 38℃，冬季计算环境温度-13℃左右。经过综合考虑，矿井井口送风温度2℃（保证井口不结冰）的安全性要求，同时满足环境温度达到-14℃的极端环境下的使用需要。 Q=1.268kg/m³×90m³/s×［2-（-14 ）℃］=1826KW
4.各区需求负荷汇总
使用区域所需负荷
四季使用 煤矿洗浴热水用量按照180m³/天，出水水温达到42℃，需要的热负荷：261kW
采暖季和夏季使用 办公、生活区取暖所需热负荷：4059kW
冬季使用但使用时间短于采暖季 井口防冻所需热负荷：1826kW
新能源的发展与社会支持之间是相辅相成的关系。新能源产业想要走上正轨，初步达到盈利，离不开国家和社会的大力扶持；而新能源的发展也可以解决能源危机、通货膨胀、环境问题等许多社会问题，帮助构建社会主义和谐社会。新能源的快速发展中，与其配套的各项管理与技术内容不可或缺。
我国有丰富的新能源和可再生能源。统计显示，太阳能年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的三分之二以上，具有良好的开发条件和应用价值。可开发的风能资源储量为2.53亿千瓦。地热资源远景储量相当于2000亿吨标准煤，已勘探的40多个地热田可供中低温直接利用的热储量相当于31.6亿吨标准煤。
中国能源研究会的一项研究说，从长远来看，新能源和可再生能源的开发利用可以逐步改善以煤炭为主的能源结构，促进常规能源资源更加合理有效地利用，缓解与能源相关的环境污染问题，使我国能源、经济与环境的发展相互协调，实现可持续发展目标。
从近期来看，新能源和可再生能源的开发除了能增加和改善能源供应外，还将对解决边疆、海岛、偏远地区的用电用能等问题起到非常重要的作用。
一、我国西北地区和国外太阳能利用情况
（一）我国西北地区太阳能利用情况
我国地处北半球欧亚大陆东部，主要处于温带和亚热带，有着十分丰富的太阳能资源，其中最为丰富的地区是西北地区。西北地区海拔高，水汽少，云层薄，太阳辐射强烈，使其成为我国太阳能最为丰富的地区。相比其他地区，西北地区经济落后、人口密度低、交通不便，属高寒山区，太阳能对于解决该地区的用电难问题起着重要作用。目前，在西北地区，太阳能得到了广泛应用，尤其是以太阳光热转换技术出现的产品最多，如太阳能热水器、太阳能光伏电站、太阳房、太阳灶、太阳能温室等。
（二）国外太阳能利用情况
1973年，美国制定政府级的阳光发电计划后，将光伏发电列入公共电力规划，经过多年发展终于制定了百万太阳能屋顶计划，这不仅对推动太阳能的开发利用作出了巨大贡献，也在一定程度上减轻了环境压力。尽管太阳能在许多发达和发展中国家都得到了比较普遍的应用，但世界范围内太阳能热水器的使用率还非常低。
二、对西北地区太阳能利用方式的建议
（一）太阳能热水器
太阳能热水器是西北地区对太阳能利用的最普遍的方式。太阳能热水器保温性能好、蓄热强、保温水箱蓄水量大，能使大量人员集中使用，且环保节能，无噪音、无漏电、无失火等问题。西北各地充分利用资源优势，推广使用太阳能热水器。太阳能热水器的广泛运用，在给西北地区人民带来便捷的同时，对我国环境的治理也起到了一定作用。
（二）太阳房
太阳房是利用太阳能进行采暖和降温的房子，是一种节能环保住宅。其投资收益极佳，非常适合于常规能源缺乏的地区。还有部分太阳能暖圈，其作用是使牲畜在严寒中安全过冬，提高牲畜的成活率，在寒冷的冬季给牲畜提供合适的温度，保证牲畜增膘。太阳房的大面积建设不仅有利于改善西北地区人民的住房条件，也能促进西北农业的发展。
（三）太阳灶
太阳灶利用太阳能辐射，聚光获取热量对食物进行加热。使用太阳灶不仅解决了农村能源短缺问题，且有效保护了植被并改善了生态环境。因此，要加大对太阳灶的宣传力度，使其成为西北地区人民的生活必需品。
（四）太阳能发电
太阳能发电是直接将光能转化为电能的发电方式，发电方式灵活，且使用寿命长，最重要的是，能够降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失，对于偏远地区非常适用。西北地区太阳能资源丰富，应大力推广这种发电方式。
（五）太阳能碱水淡化
太阳能碱水淡化是在封闭的棚里搭建蓄水池，利用太阳能将碱水蒸发，收集蒸馏水，能够有效解决西北地区人民的喝水问题，且投资少、见效快，使人们能天天喝上纯净水，消除因水质而形成的地方病。
（六）太阳能干燥室
目前，国内外最先进的脱水干燥技术是热泵供热装置，这种装置在环保节能、除湿、干燥方面性能优越。西北地区由于其独特的气候条件，农业资源丰富，葡萄、枸杞、苹果、红枣、药材等含水糖量高，但也极难晒干，且由于污染问题，会使其品质降低，因此，利用太阳能干燥室，可以提高干燥速度及品质，促进西北地区农业的发展。
三、太阳能在西北地区开发利用存在的问题
（一）开发难度大
太阳辐射具有分散性和不稳定性，受昼夜、季节、天气、位置、海拔、纬度、地势多方面条件影响，使得太阳辐射是间断的，极不稳定的，给太阳能的利用带来极大困难。
（二）对太阳能认识不足
西北地区经济落后，人们思想相对保守，而太阳能作为新能源，人们对太阳能的巨大能量还没有充分认识。
（三）效率低且成本高
有的太阳能装置效率低、成本高，其经济性难以与常规能源相比。由于西北地区经济落后，高成本使得太阳能技术难以推广。
（四）太阳能板污染严重
由于技术的局限，太阳能板使用寿命很短，且分解难度大，会造成一定程度的污染。
（五）西北地区自身发展的局限性
西北地区位于我国内陆地区，虽然土地资源丰富，但人口少，而太阳能的开发利用投资大、收益少，存在一定的局限性。
四、对太阳能开发利用的建议
（一）技术创新
创新是国家发展的不竭动力，要不断创新技术，提高我国太阳能产业的竞争力。提升产业技术及产品质量，在高新领域不断寻求突破，如创新太阳能电池板、太阳能控制器等，在如何增加其使用效率和减少其废弃后的污染方面不断进行研究。在核心部件的发明创造上，要努力达到世界领先水平，以提高我国在太阳能产业上的竞争地位，并以西北地区为研发基地，将理论与实践相结合，基于理论，立足实践，坚持创新。
（二）宣传教育，广泛推广
不仅要对民众进行宣传教育，也要向政府和各企业进行宣传。明确太阳能产业在我国的能源战略地位，及其对我国经济发展和人民生活的不可或缺性。政府要将太阳能列入政府计划中，各企业也要积极配合，主动参与研发或者采用太阳能装置，为环境保o作出贡献。扩大宣传教育力度，提高全社会环境保护意识，发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会，实现经济的可持续发展。
（三）完善太阳能产业的相关法律制度
我国是法治国家，太阳能产业也要做到有法可依。通过制定、完善能源法律法规，以维护政府、企业和民众在太阳能产业上的合法权益，解释产业的基本性质，维护企业的合理权益，约束政府在太阳能产业发展上的一些不良干预，最终达到安全、普及的目的。
（四）充分利用西北地区当地优势
结合西北地区实际情况，从太阳房、太阳灶、太阳能热水器、太阳能碱水淡化、太阳能干燥室、太阳能养鱼、育苗等项目着手，充分利用西北地区太阳能资源丰富的优势，缓解西北地区常规能源缺乏的问题，促进西北地区的经济发展。
（五）加大国家的支持力度
国家要在资金、技术、人才、制度等方面给西北地区提供支持。利用税收、贷款、补贴等方式，建立切实可行的经济补贴政策。对西北地区实行人才引进措施，引进人才，加快发展。同时，还要加快国家政策的制定、落实和加大对太阳能项目的支持力度。
作者: 李锦堂(北京市太阳能研究所，北京100033)
【摘要】 据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。回顾和总结本世纪太阳能科技发展的历程，对21世纪太阳能事业的发展十分有意义，本文对此作了尝试。
1 历史回顾 近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀作功而抽水的机器。在1615年-1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段，下面分别予以介绍。1．1第一阶段1900-1920 在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902-1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。1．2第二阶段（1920-1945） 在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935-1945）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。1．3第三阶段（1945-1965） 在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件；1954年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有：1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨-水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。1．4第四阶段门(1965-1973）这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。1．5第五阶段（1973-1980）自从石油在世界能源结构中担当主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，1973年10月爆发中东战争，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法，支持中东人民的斗争，维护本国的利益。其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击。于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机”（有的称“石油危机”）。这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。 1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电他生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和财力。70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶，在城市研制开发太阳热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用……。 1975年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，进一步推动了我国太阳能事业的发展。这次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所，纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始筹建太阳能研究所。当时，我国也兴起了开发利用太阳能的热潮。这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，具有以下特点：（1）各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。（2）研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、光解水制氢、太阳能热发电等。（3）各国制定的太阳能发展计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足，希望在较短的时间内取代矿物能源，实现大规模利用太阳能。例如，美国曾计划在1985年建造一座小型太阳能示范卫星电站，1995年建成一座500万kW空间太阳能电站。事实上，这一计划后来进行了调整，至今空间太阳能电站还未升空。（4）太阳热水器、太阳电他等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想1．6第六阶段（1980-1992）70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。 导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。受80年代国际上太阳能低落的影响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太阳能利用投资大、效果差、贮能难、占地广，认为太阳能是未来能源，主张外国研究成功后我国引进技术。虽然，持这种观点的人是少数，但十分有害，对我国太阳能事业的发展造成不良影响。 这一阶段，虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。1． 7第七阶段（1992- 至今） 由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》，《2I世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。 世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确了太阳能重点发展项目。1995年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了《新能源和可再生能源发展纲要》（1996- 2010），明确提出我国在1996-2010年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施。这些文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。 1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言）｝，会上讨论了《世界太阳能10年行动计划》（1996- 2005），《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。 1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是：太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。 通过以上回顾可知，在本世纪100年间太阳能发展道路并不平坦，一般每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同，人们对其认识差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折。尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都大。2太阳能科技进步 太阳能利用涉及的技术问题很多，但根据太阳能的特点，具有共性的技术主要有四项，即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输，将这些技术与其它相关技术结合在一起，便能进行太阳能的实际利用。2．1太阳能采集 太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。集热器按是否聚光，可以划分为聚光集热器和非聚光集热器两大类。非聚光集热器（平板集热器，真空管集热器）能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射，集热温度较低；聚光集热器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上，可获得较高温度，但只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳。2．1．1平板集热器 历史上早期出现的太阳能装置，主要为太阳能动力装置，大部分采用聚光集热器，只有少数采用平板集热器。平板集热器是在17世纪后期发明的，但直至1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用。在太阳能低温利用领域，平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器好。为了提高效率，降低成本，或者为了满足特定的使用要求，开发研制了许多种平板集热器： 按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器； 按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等； 按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等； 按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。 目前，国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊，199S年我国也开发成功全铜高频焊集热器。1937年从加拿大引进铜铝复合生产线，通过消化吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。 为了减少集热器的热损失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些材料价格较高，一时难以推广应用。2．1．2真空管集热器 为了减少平板集热器的热损，提高集热温度，国际上70年代研制成功真空集热管，其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内，大大提高了热性能。将若干支真空集热管组装在一起，即构成真空管集热器，为了增加太阳光的采集量，有的在真空集热管的背部还加装了反光板。 真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管，玻璃七型管真空集热管，玻璃。金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。最近，我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空集热管。 我国自1978年从美国引进全玻璃真空集热管的样管以来，经20多年的努力，我国已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业，用于生产集热管的磁控溅射镀膜机在百台以上，产品质量达世界先进水平，产量雄居世界首位。 我国自80年代中期开始研制热管真空集热管，经过十几年的努力，攻克了热压封等许多技术难关，建立了拥有全部知识产权的热管真空管生产基地，产品质量达到世界先进水平，生产能力居世界首位。 目前，直通式真空集热管生产线正在加紧进行建设，产品即将投放市场。2。1．3聚光集热器 聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。按照聚光原理区分，聚光集热器基本可分为反射聚光和折射聚光两大类，每一类中按照聚光器的不同又可分为若干种。为了满足太阳能利用的要求，简化跟踪机构，提高可靠性，降低成本，在本世纪研制开发的聚光集热器品种很多，但推广应用的数量远比平板集热器少，商业化程度也低。 在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热器（点聚焦）和槽形抛物面镜聚光集热器（线聚焦）。前者可以获得高温，但要进行二维跟踪；后者可以获得中温，只要进行一维跟踪。这两种聚光集热器在本世纪初就有应用，几十年来进行了许多改进，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，开发高可靠性跟踪机构等，现在这两种抛物面镜聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求，但由于造价高，限制了它们的广泛应用。 70年代，国际上出现一种“复合抛物面镜聚光集热器”（CPC），它由二片槽形抛物面反射镜组成，不需要跟踪太阳，最多只需要随季节作稍许调整，便可聚光，获得较高的温度。其聚光比一般在10以下，当聚光比在3以下时可以固定安装，不作调整。当时，不少人对CPC评价很高，甚至认为是太阳能热利用技术的一次重大突破，预言将得到广泛应用。但几十年过去了，CPC仍只是在少数示范工程中得到应用，并没有象平板集热器和真空管集热器那样大量使用。我国不少单位在七八十年代曾对CPC进行过研制，也有少量应用，但现在基本都已停用。 其它反射式聚光器还有圆锥反射镜、球面反射镜、条形反射镜、斗式槽形反射镜、平面。抛物面镜聚光器等。此外，还有一种应用在塔式太阳能发电站的聚光镜--定日镜。定日镜由许多平面反射镜或曲面反射镜组成，在计算机控制下这些反射镜将阳光都反射至同一吸收器上，吸收器可以达到很高的温度，获得很大的能量。 利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，历史上曾有人在法国巴黎用二块透镜聚集阳光进行熔化金属的表演。有人利用一组透镜并辅以平面镜组装成太阳能高温炉。显然，玻璃透镜比较重，制造工艺复杂，造价高，很难做得很大。所以，折射式聚光器长期没有什么发展。70年代，国际上有人研制大型菲涅耳透镜，试图用于制作太阳能聚光集热器。菲涅耳透镜是平面化的聚光镜，重量轻，价格比较低，也有点聚焦和线聚焦之分，一般由有机玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太阳电池发电系统。 我国从70年代直至90年代，对用于太阳能装置的菲涅耳透镜开展了研制。有人采用模压方法加工大面积的柔性透明塑料菲涅耳透镜，也有人采用组合成型刀具加工直径1.5m的点聚焦菲涅耳透镜，结果都不大理想。近来，有人采用模压方法加工线性玻璃菲涅耳透镜，但精度不够，尚需提高。 还有两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器，虽然尚未获得实际应用，但具有一定启发性。一种是光导纤维聚光器，它由光导纤维透镜和与之相连的光导纤维组成，阳光通过光纤透镜聚焦后由光纤传至使用处。另一种是荧光聚光器，它实际上是一种添加荧光色素的透明板（一般为有机玻璃），可吸收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分，然后以比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的荧光由于板和周围介质的差异，而在板内以全反射的方式导向平板的边缘面，其聚光比取决于平板面积和边缘面积之比，很容易达到10一100，这种平板对不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光，不需要跟踪太阳。2．2太阳能转换 太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换器，集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能，通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能，等等。原则上，太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量，但转换次数越多，最终太阳能转换的效率便越低。2．2．1 太阳能-热能转换 黑色吸收面吸收太阳辐射，可以将太阳能转换成热能，其吸收性能好，但辐射热损失大，所以黑色吸收面不是理想的太阳能吸收面。 选择性吸收面具有高的太阳吸收比和低的发射比，吸收太阳辐射的性能好，且辐射热损失小，是比较理想的太阳能吸收面。这种吸收面由选择性吸收材料制成，简称为选择性涂层。它是在本世纪40年代提出的，1955年达到实用要求，70年代以后研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用，目前已研制成上百种选择性涂层。 我国自70年代开始研制选择性涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上广泛使用，效果十分显著。2．2．2太阳能一电能转换 电能是一种高品位能量，利用、传输和分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，世界各国都十分重视，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接转换器件--太阳电池。 世界上，1941年出现有关硅太阳电池报道，1954年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池，1958年太阳电池应用于卫星供电。在70年代以前，由于太阳电池效率低，售价昂贵，主要应用在空间。70年代以后，对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究，在提高效率和降低成本方面取得较大进展，地面应用规模逐渐扩大，但从大规模利用太阳能而言，与常规发电相比，成本仍然大高。 目前，世界上太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24％（4cm2)，多晶硅电池18。6％（4cm2），InGaP／GaAs双结电池30． 28％（AM1），非晶硅电池14．5％（初始）、12．8（稳定），碲化镐电池15．8％，硅带电池14．6％，二氧化钛有机纳米电池10．96％。 我国于1958年开始太阳电他的研究，40多年来取得不少成果。目前，我国太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20．4％（2cm×2cm），多晶硅电池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs电池20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge电池19．5％（AM0），CulnSe电池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜电池13．6％（lcm×1cm，非活性硅衬底），非晶硅电池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％
（30cm×30cm），二氧化钛纳米有机电池10％（1cm×1cm）。2．2．3太阳能一氢能转换 氢能是一·种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如下： （1）太阳能电解水制氢 电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法，效率较高（75％-85％），但耗电大，用常规电制氢，从能量利用而言得不偿失。所以，
关键词：低碳经济 太阳能 开发利用 发展前景去年，党的十报告首次将建设“美丽中国”确定为未来生态文明的建设目标，并且制定和做出了大力推进我国生态文明建设的总体策略和战略决策，绘制出了我国生态文明建设的宏伟蓝图，以期全方位做好我国生态环境保护工作，实现环境和经济的协同发展。低碳经济概念的提出，是为了更好更快更全面地实现我国经济的可持续发展，解决我国经济和环境矛盾的一项重要举措。因此，做好发展低碳经济背景之下的太阳能的开发利用工作，充分发挥太阳能所具有的独特优势，使其成为常规能源、不可再生能源的理想替代能源，是解决人类生存和发展问题的关键。
一、太阳能所具有的特性
自哥本哈根气候事件以后，世界各国人民的生态环境保护意识有了巨大的提升，各国国家政府也相继加大了环境保护工作的监督和管理力度。在我国，国家相关部门已经制定并颁布了相关的环境保护条例，以期全面恢复生态，协调好环境和经济之间的关系，从而实现我国经济社会的可持续发展。低碳经济是建立在绿色经济基础之上的一种经济模式，它主要是用来应对气候变化，解决人类生存危机的一种经济。低碳经济所要求的具体内容主要有下：降低能源消耗，降低生态环境污染量，以及降低有害物质的排放量，我国低碳经济发展所遵循的指标便是以上三项。太阳能是一种无污染、可再生能源，它以其储能的无限性，存在的普遍性以及开发利用的无污染性成为了我国发展低碳经济的首要选择。同时，我国相关科研人员对其能源的特性也作了详细的分析，具体如下：
（1）储能的“无限性”。太阳提供给人类的太阳能源是取之不尽，用之不竭的，并且由于太阳能源具有着可再生能力，人们在对其进行开发和利用时，不用担心太阳能源会枯竭和殆尽。科学证明，太阳每一秒钟所放射出的能量大约有1.6x1023kW，这些能量是当前世界所存储的，可用来照明能源的一万倍。另外，太阳之所以具有着储量储能无限的新特性，还源于其寿命的长久性，科学论证，宇宙中，太阳的寿命大约有40亿年，并且在这40亿年里，太阳每一天每一时，每一分每一秒，都会放射出大约1.6x1023kW的能量。相对于地球上现有的常规能源，太阳能所具有的储能无限性是其为人类提供能源永久利用的重要保障。
（2）存在的普遍性。对于身处太阳系第四大行星――地球之上的人类来说，地球的公转和自转决定了其星球上的大部分地区都能受到太阳能的辐射，尽管能量辐射得不均匀，但是相对于地球上其他能源，如石油、煤炭等常规能源来说，太阳能的存在更加普遍。人们在对其济宁开发和利用时，不用挖掘、开采，可以直接利用，就地取材。太阳能所具有的存在的普遍性对一些严重缺乏常规能源的国家和地区提供了良好的能源利用平台。
（3）利用的清洁性。太阳能就像自然界中风能一样，它具有着无污染、洁净以及环保等特性。一般情况下，人们在对太阳能进行开发和利用时，其在利用过程中对环境几乎不会造成任何污染，更不会威胁到人类的生存。
（4）利用的经济性。人们在对太阳能进行利用时，可以就地取材，直接利用；也可以采取相关的技术和设备将太阳能进行转换，然后利用。就这两种利用方式来看，不管是直接利用还是能量转换后再利用，在利用过程中都不用交付和缴纳一定的“税”，比如采用太阳能热能设备对太阳能进行转换利用，虽然其设备的成本、技术经费等一次性投入太高，但是其设备在工作和施工过程中不耗能。总体来看，太阳能的开发和利用还是有着较高的经济性的。
二、太阳能热泵供暖系统在建筑中的应用
太阳能热泵节能环保设备，它可以把太阳能产品由低端、低节能逐步引向高端、高节能，由南方地区逐步拓展到北方低温、寒冷地区，而且制冷、制热、供热水、光电一体化，一机多用、布置灵活、应用范围广，既能与房建同步一次性建成，也可对既有建筑全面进行“太阳能”改造。
太阳能热泵供暖系统具有一机多用、绿色环保、高效节能、安全可靠、卫生健康、控制方便、太阳能面积小、机组占地小等特点，集供暖、制冷、洗浴三合一，在阴雨天气及北方冬季环境温度较低时也能使用，做到全年、全天侯供应热水，冬天用于供暖，夏天用于制冷，充分利用了清洁无污染的绿色能源。太阳能热泵的整个供暖、照明设备系统节能环保，目前已被建设部国家住宅产业选为小户型重点推广技术。
三、政府应尽快出台相关扶持政策
与国际低碳经济、太阳能开发技术与推广状况相比，我国低碳经济和太阳能开发利用及其推广应用有其成功和可喜之处，但在舆论导向、政策支持、规范管理、推广先进技术、售后服务等方面，都存在很多问题和不足，对既有建筑，对耗能污染大户一一燃煤燃油锅炉还没有强制性进行改造的规划，限制措施。全国有2亿台左右的高耗电空调在运转，造成不可估量的浪费和污染。
存在的主要问题有：一是我国目前还没有一套完整的控制节能数据政策；二是没有规范的行业标准；三是没有发展太阳能的中远期规划；四是目前太阳能市场十分混乱。
节能减排发展太阳能事业，是一项庞大的系统工程，各级政府要改变观念，只有深刻认识太阳能的开发利用对节能减排的重大意义，才能有切实可行的发展规划，才能制订优惠政策，才能想方设法加大资金投入进行科研、示范和推广。要加强宣传，提高人们对开发利用太阳能和其它可再生能源重要性的认识；要大力发展多层次多功能太阳房，以满足不同的需要。高档太阳房具有采暖、空调、供热水和供电等功能；中档太阳房可以用燃油炉和电暖器作为辅助热源，与太阳能互补；低档太阳房采用被动太阳房，再增加一套太阳能热水器。对于新建建筑，要预先将太阳能装置的布置考虑进去，实现太阳能系统与建筑的一体化。对于既有建筑，要考虑利用建筑的既有设施进行改造，既要改造又要节能。只要政府、企业、用户携手共进，我国的太阳能事业就一定能走上发展的快车道。
关键词 太阳能；开发利用；一体化构想
中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）72-0040-02
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能传送器，在太阳能的不断照射下，其将能量迅速的搜集起来。要知道，太阳能电池对太阳能的吸收并不是100%，所以在多晶硅材料制成的电池下面安装上太阳能集热器，同时为了加大太阳能的吸收，我们还可以在电池板的对面与地面成一定的角度安装上平面镜，调整平面镜的位置，使其反射光能够再次照射到电池板面上。
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。
