太阳能综述

赵 斌 胡益锖 杨 森 杨久贺 姒柏昌 张东辉 顾国扬

（西安优耐特容器制造有限公司)

太阳能综述

赵 斌*胡益锖 杨 森 杨久贺 姒柏昌 张东辉 顾国扬

（西安优耐特容器制造有限公司)

在能源频频告急，环境问题不时亮起红灯的今天，人们开始努力寻求新能源。风能、太阳能、生物能等可再生能源引起研究者们竞相追捧，而其中的太阳能更是首当其冲。对当今世界各国太阳能研究和使用情况以及一些前沿进展作了调查与举证。罗列了从技术含量稍低的太阳能热水器到技术含量稍高的太阳能电池，从太阳能空调再到太阳能光伏发电，以及现已完成的一些太阳能建筑。还介绍了对太阳能的经济性、可行性所作的分析，以及一些国家采取的相应的鼓励政策和措施。对光伏发电以及对整个太阳能前景作了展望。

新能源 太阳能 太阳能建筑 光伏发电

此篇是在当今能源越来越稀缺，全球环境问题日益突显的压力下，各国纷纷寻求新能源——可再生能源 （尤其是太阳能）的形势下，而作的一个世界对太阳能研究与利用现状的调查报告。报告显示，近几年太阳能技术发展迅速，尤其是太阳能建筑，大家更是下大力气，而且取得了不少成果，为太阳能行业走向市场掀开了新篇章。太阳能电池，一直有研究人士致力于此项工作，虽然也取得了不小成绩，在一些场合也已应用，但要完全走向市场仍需努力，因为其经济性还远赶不上现有产品。随着人们对能源、环保意识的增强，以及太阳能电池技术的发展、新材料的开发，太阳能必将发出耀眼的光芒。本文中，笔者对未来太阳能世界作了展望与假想。由于本人认识的局限性，可能存在不当之处，敬请读者批评指正。

1 当前世界能源的状况（危机）

1.1 国外

能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要的因素。从17世纪至今，全球人口从5亿增长到70亿，增加了13倍。伴随着历史的进步和发展，人类的能源消耗也从每年1亿t标准煤当量增长到150亿t标准煤当量，增加了150倍[1]。

目前，全世界的能源消耗75%来源于化石燃料 (如煤炭、石油和天然气)，其他来自于水力、核能和可再生能源，其中可再生能源大约占5%左右。有资料显示：在能源消费结构中，石油平均占37.45%，天然气平均占24.26%，煤炭平均占25.49%，核能平均占6.49%，水电平均占6.3%[2]。虽然有些偏差，但化石燃料占绝对优势是个事实。到2020年全球能耗将增长到大约195亿t标准煤当量。据世界能源委员会 (WEC)预测，按照资源探明储量和现在的需求发展速度及开采状况，世界石油可供开采的期限仅为40年左右，天然气在66年 (有资料称100年)[3]后用尽，储量最大的煤炭也只够169年开采。尽管有人对这些数字持异议(理由是新的储量仍在不断被发现)，但是化石能源走向枯竭，能源供应紧张显然已经是不争的事实。如何保证人类的能源供应可持续发展，已经提上了各国议事日程[1]。

目前全世界每年消费的总能量为0.34Q(1Q=2.52×l017cal=1.05×1018kJ)， 其中美国达 0.14Q， 约占40%。总的消费量大约每隔10～12年增长一倍[4]。因此，如不尽早设法解决矿物能源的替代能源，人类迟早将面临矿物燃料枯竭的危机局面。

为了避免能源危机的发生，减少能源危机带来的危害，重视开发和利用新能源和可再生能源成为许多国家所采取的重要发展战略之一。

1.2 国内

我国的常规能源状况可用 “总量丰富，人均不足”来概括，我国人均能源可采储量远低于世界平均水平。2000年人均石油可采储量只有2.6 t，人均天然气可采储量1 074 m3，人均煤炭可采储量90 t，分别为世界平均水平的11.1%、4.3%和55.4%[2]。

我国石油产量不可能大幅增长，2020年预计为1.8～2.0×108t，然后将逐渐下降。自1993年中国成为石油净进口国之后，我国石油对外依存度从1995年的7.6%增加到2000年的31.0%。到2020年，石油消费量最少也要4.5×108t，届时石油的对外依存度有可能接近60%。我国煤炭资源虽然比较丰富，但探明程度很低，2000年可供建设的新的 （尚未利用的）经济精查储量仅203×108t，远远满足不了近期煤矿建设的需要。到2003年，我国能源消耗总量己经占到世界的10.4%，但是我国的能源消耗构成大致为煤占76%，石油占19%，天然气占1.8%，其他能源占14%，不可再生的石化化石燃料占了绝对优势[2]。

随着我国经济的发展，能源供需紧张状况也日益严重，并且已持续多年。1985年煤炭缺口为3 000万t，以后每年平均约增加10%扩大缺口。电力供需矛盾更加突出，由于缺电，每年有近1/4的生产能力得不到发挥，损失的潜在工业产值达数千亿元。据有关资料显示，到2010年，我国GDP(以1996年不变价计)将达到86 270亿元人民币，2000～2010年年均增长率为7.5%。能源需求总量将达到280亿t标准煤，其中原煤29亿t、石油3.1亿t、 发电量23 000～25 000亿kW·h。 国内生产供给量为:原煤约23亿t、石油约2.2亿t。原煤供求差额约6亿t，石油约差9 000万t。我国已探明的煤炭储量占世界储量的11%，原油储量占世界储量的3%，天然气储量占世界储量的1%。但因我国人口众多，能源资源相对匮乏，目前所使用的能源资源的人均占用量不到世界平均水平的一半，人均石油可采储量仅为世界平均值的1/10，能源系统的总效率仅为9%，约为发达国家的一半。人均能源资源相对不足以及人均能源消费量过低，严重制约了我国经济、社会的可持续发展。另外，能源资源的空间分布不匹配、资源组合错位、质量差别大等不利因素使我们面临的形势更为严峻[4]。

2 环境污染

根据联合国环境规划署资料表明，目前矿物燃料仍提供了世界商业能源的95%， 且其使用在世界范围内以每十年20%的速度增长。然而，矿物燃料却带来了越来越多的问题。根据我国1981年对烟尘、SO2、NOx和CO四种量大面广的污染物的发生量调查统计结果表明，燃料燃烧产生的污染物约占总污染物的70%，而生产过程及机动车排出的污染物分别为20%和10%，燃料燃烧产生的污染物中有96%是燃煤所致。由此可见，煤的直接燃烧是我国大气污染的主要来源。当前，由于燃烧煤、石油等矿物燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，局部地区还形成酸雨，严重影响水土。

矿物能源的利用不仅造成环境污染，同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应，引起全球气候变暖。在过去的10年间，全球平均地面气温已增加了0.3～0.6℃，全球海平面升高了10～20 cm。专家认为，导致气温升高的主要原因是人类在活动中过度排放大量温室气体，特别是CO，其在大气中的浓度超出了过去几十万年的任何年间。据国际能源机构IEA (International Energy Agency)的计算，1995年全球CO2总排放量为220亿t，中国为30亿t(占全球总排放量的13.6%)，仅次于美国的52.79亿t(占全球总排放量的23.7%)。另外，我国在其他大气污染物如硫化物、氮氧化物和烟尘等排放方面也相当严重。1995年，我国二氧化硫的排放为2 370万t，烟尘排放174万t。由于这些污染物的大量排放，造成全国57%的城市总悬浮物超过国家限制，有48个城市的二氧化硫浓度超过国家二级排放标准，82%的城市出现过酸雨，许多城市的氮氧化物有增无减。

据我国国家环保局1995年 《中国环境状况公报》指出，由于我国人口基数较大，经济增长较快，加之技术水平与管理水平较低，资源浪费、环境污染、生态破坏相当严重。严重的环境问题，越来越成为影响我国经济和社会发展全局的重要制约因素。我国能源消费以热值低、污染性高的煤为主，煤炭约占商品能源消费构成的76%，且能源转换系统的效率低，环保投入少，使得环境污染较为严重。因此，大力开发太阳能等新能源和可再生能源是减少大气污染、保护环境、实现可持续发展的一条重要途径[2]。

3 太阳能的利用

3.1 时代的选择——太阳能

著名的美国世界观察研究所研究表明，传统能源无法保证人类进入21世纪后持续支撑经济发展的需要。能源问题不仅已是无法改变的现实，而且更是世界各国面临的最大威胁和挑战。该所在 《世界形势》的专题研究报告中列举必须大力研究开发和推广应用新能源和可再生能源的理由[5]:(1)传统化石能源的来源逐年减少，资源趋于枯竭，尽管近年来新发现了一些资源，但开采条件进一步恶化，并且分布极不平衡。 (2)传统化石能源日益导致环境恶化，其影响已超过经济发展带来的好处，尤其是燃烧大量煤炭和石油，使CO2的排放达到不仅影响空气、土壤、水源、林业资源和生物资源状况的程度，而且严重地引起气候的变化。 (3)过度地依赖传统的化石能源，不仅蕴藏了新的世界能源危机，而且实际上成了某些地区政治动荡的一个根源，例如海湾地区为争夺地下石油资源而爆发的战争。 (4)已经使用了数十年的核动力尽管技术上不断发展改进，但其安全性仍然是一个潜在威胁。(5)传统能源生产过程本身存在许多不利因素，例如生产工艺不良导致环境污染以及存在许多不安全因素。

因此，从化石能源的有限和大量使用化石能源必将使环境污染日趋严重的战略观点出发，为保证人类发展所需的能源持久、稳定地供应，为减轻环境污染和生态破坏对人类日益加剧的危害，使经济、社会走可持续发展之路，世界各国纷纷制定计划，采取措施，增加投入来大力发展新能源和可再生能源。

世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳辐射能通量为1.7×1014kW，比核能、地热和引力能储量总和还要大5 000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间；47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间;约23%是水蒸发、凝结的动力，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接收的太阳能总量为10×1018kW·h，相当于5×1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍[5]，正如通常所说的 “取之不尽、用之不竭”。虽然太阳辐射能的通量密度较低，太阳光通过大气层会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响呈现间歇性质，但如果系统配置储热装置，做到热能能级的合理匹配，就可以使太阳能发挥最佳效益。在能源和环境问题日益凸现的今天，太阳能作为一种可再生的清洁能源被人们誉为21世纪最有希望的能源。

3.2 国内外太阳能研究的现状及动向

3.2.1 太阳能热水器

太阳能热水器，其相对技术要求不高，但其经济性、实用性却很高。近年来在中国，太阳能热水器生产企业已超过千家，年产值超过1 000万元的较大型企业约100家，从事生产的职工包括营销人员超过50万人［6］。中国已成为全世界太阳能热水器年产销量及保有量最大的国家。但家庭太阳能热水器全国平均普及率仍未超过10%，所以很有市场前景。

3.2.2 太阳热利用 （取暖）

南京工业大学机械与动力工程学院的张红等人，开展的 “太阳能城市粪便沼气联合发电供热”研究[7]，其既利用了太阳能又处理了有机废物的构思，是一种根治城市有机废物污染、实现生态自然循环的有效方法。

山东建筑大学的甄霞等对太阳能地板辐射采暖系统作了研究，根据太阳辐射强度的变化规律，提出了几种太阳辐射模型。他们建立了适用于济南地区的太阳辐射模型，并通过对济南市倾斜面上太阳辐射强度的实际测量，验证了模型的正确性[4]。

王曦等也对太阳能地板采暖系统作了研究，并在清华大学建筑学院设计的清华阳光公司办公楼建筑中搭建了约170 m2的全玻璃U形管式太阳能集热系统，以供约640 m2的室内 (包括展厅、多功能厅及门厅)地板采暖。该地板采暖系统采用自行开发的计算机智能监控系统，实现一系列数据采集和远程访问。至今该系统运行正常，效果良好[8]。

3.2.3 太阳能空调

实现太阳能空调有两种途径:太阳能光电转换，利用电力制冷；太阳能光热转换，以热能制冷。前一种方法成本高，以目前太阳能电池的价格来算，在相同的制冷功率情况下，造价约为后者的4～5倍。国际上太阳能空调的应用主要是后一种方法。以热能制冷也有多种方式，其中以吸收式制冷最为普遍[9-10]。

“九五”计划期间，应用太阳能空调的各方面条件已经成熟，国家科委 (现科技部)把 “太阳能空调”列为重点科技攻关项目，计划建成示范性系统，以促进太阳能空调的推广应用。我国首座太阳能源建筑系统样板房在常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功。首座太阳能建筑系统样板房使用面积达90 m2，整个系统由太阳能和节能材料经结构优化系统合成，结构由建筑物光电和光热材料外层、伸缩性镀铝遮阳反射帘、透明隔热材料层等共5部分组成。这套系统具有发电、节能、环保和增值功能，可提供生活、办公用电，最短使用期限为30年[3]。

2007年，Xiaoxin Wang等在上海设计安装了一个太阳能空调系统，并在六月至八月进行了实际测试和分析研究。结果显示:夏季太阳能空调系统的太阳能保证率是71.7%[11]。

1974年日本通产省制定了 “阳光计划”，并按此计划建造了数幢典型太阳能采暖空调试验建筑，如矢崎实验太阳房。多年来日本的太阳能采暖、空调建筑一直稳步发展，并已应用于大型建筑物上[12]。

3.2.4 太阳能电池、光伏发电

20世纪90年代后期，世界上兴起一股 “太阳屋顶”热，一些国家相继提出 “1万屋顶”、 “10万屋顶”和 “百万屋顶”计划。

近几年来，在发达国家已建造了相当发展水平的 “零能房屋”[3]，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染，它代表了21世纪太阳能建筑的发展趋势，将太阳能建筑的发展推向一个新阶段。德国弗莱堡著名的 “完全自足太阳房”就是一座完全依靠太阳能采暖、发电，而不依赖常规能源的零消耗建筑，至今已有6年了[13-19]。

Y.Berredjem,N.Karst,L.Cattin等对太阳能电池作了研究，根据不同电容器对太阳能电池的影响，寻求出了最优电容匹配[20]。

曹倩茹曾对光伏电源系统的最大功率进行了跟踪研究，根据光伏电池的特性，在常规光伏电源系统的基础上讨论了加入最大功率跟踪环节的必要性。由于光伏电池受温度、日照强度等因素的影响，光伏电池板转换效率低，加入最大功率跟踪环节后，光伏电池板的利用效率有所提高，降低了光伏系统的光伏电池板配置功率，从而降低了系统成本，其性能价格比得到有效提高。所采用的Buck-Boost电路，其电路结构简单，控制方法灵活[21]。

日本新能源和工业技术发展组织 （NEDO）在2004年6月发表的 “面向2030光伏路线图的概述” （Overview of PV Roadmap 2030） 中提出： 到2010年日本国内累计安装太阳能电池组件容量将为482 GW，到2030年累计安装太阳能电池组件容量达到1 000 GW，届时日本所有住宅消费的电力中将有50%由太阳能光伏发电提供，大约占全部电力供应的10%[12]。

2004年3月欧洲联盟联合研究中心发表 “欧洲光伏研发路线图” （PVNET Eourpean Roadmap for PV R&D EUR 21087 EN）的研究报告，对太阳能光伏发电进行了规划和预测[22]。

3.2.5 太阳能经济性、可行性分析

当前，国际上民用空调所消耗的电能约占国民总电耗的25%～30%。在各种空调制冷方式中，使用氟里昂作为制冷剂,以电能驱动的压缩式制冷方式占90%以上。氟利昂的大量使用造成了臭氧层的破坏，对全球温室效应也有很大的影响。现在虽然使用对臭氧层无破坏作用的R134a等制冷剂，但是这种制冷剂对温室效应的影响仍然很大，其对温室效应的影响是CO2的千倍。用太阳能替代常规能源驱动空调系统,用绿色制冷剂替代现有的制冷介质，对节能和环保都具有十分重要的意义。另一方面，太阳能辐射资源在时间上的变化规律和制冷空调用能在时间上的波动规律的高度匹配，使得太阳能制冷空调成为一个极为诱人的研究领域，在节能、环保、绿色制冷方面显示出无与伦比的优越性 [23]。

于国清以一个100 m2的住宅用户为研究对象，采用10～15年内全年逐时气象数据对太阳能热泵采暖系统进行模拟，并根据模拟结果分析了其初投资，使用寿命期内的总能耗、总运行费用，以及综合热价等指标[24]。

Christian Carboni和 Roberto Montanari也对太阳能热系统和其他传统能源热系统作了环保性、经济性、可行性综合比较，分析了太阳能的一些优势和潜力[25]。Jurgen R.Olivier,Thomas M.Harms,Daniel J.Esterhuyse等对南非的太阳能利用的经济性与可行性作了专门研究分析。研究发现，由于南非太阳能充足，并且目前已有一定的光伏发电规模，其产生的节能经济效益可观[26]。

3.2.6 国际上一些太阳能设施及各国的有关政策

美国是世界上能量消耗最大的国家，国会先后通过了 “太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和 “节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件。在经济上也采取了有效措施，仅在太阳能利用研究方面就投入了大量经费，而且国会还通过一项对太阳能系统买主减税的优惠办法。因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能建筑的研究、设计，还是对材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业体系。

美国于20世纪80年代初就由新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯科学实验室编制出版了被动式太阳房设计手册。此外，美国还出版了许多实用的被动式太阳房建筑图集，既有介绍成功的设计实例，也有对太阳房原理、构造的详细说明。这些工具书的发行和一些样板示范房屋的建立，对美国公众接受太阳房起到了很好的促进作用。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。早在20世纪40年代，美国麻省理工学院就进行利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了一系列实验太阳房。这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。到70年代以后，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。

日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列。

此外，法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯·特朗勃的专利，法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。值得一提的是近几年来在发达国家已有相当发展水平的 “零能耗房屋”，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染，它代表了21世纪太阳能建筑的发展方向。由于许多国家的政府 （如美国、德国）都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过20%的计划，相信这种 “零能耗房屋”将会有十分良好的发展前景[27]。

德国一年到头雨水不断，有2/3的时间其天空被云层覆盖，但经过努力，德国仍然成为世界领先的太阳能大国。其太阳能电站发电量占总发电量的3%[28]。

欧洲于1997年宣布了百万屋顶计划，其中德国，作为太阳能大国，看好可再生能源的发展趋势，将原计划的13%提高到2020年的27%[28]，同时于1998年还提出计划，在6年内安装10万套太阳能屋顶系统。此外，欧盟 “可再生能源白皮书”规定，到2010年将利用太阳能生产3 700 MW电能供欧盟地区使用[29]。

1997年，美国提出 “克林顿总统百万个太阳能屋顶计划”，即预计到2010年美国将为100万个家庭安装太阳能屋顶，每个光伏屋顶将有3～5 kW光伏并网发电[29]。

2000年在巴塞罗那颁布了适用于一定规模建筑物的太阳热能法令。从那时候起，西班牙的几十个市政府和其他国家的一些城市陆续授权在新建筑中引入太阳能热水技术。以色列是惟一一个在全国范围内实施在新建筑中引入太阳能热水技术政策的国家。从1980年开始，大多数的建筑物都必须有太阳能热水器[30]。

随着全球能源供应日趋紧张，环境问题日益严重，太阳能这种取之不尽、用之不竭的清洁能源，已越来越受到各国广泛关注。2005年11月，在北京成功举行了 “2005北京国际可再生能源大会”[30]，来自92个国家、地区、国际组织和非国际组织的1 200多名代表参加了会议，太阳能作为可再生能源自然在会上被反复强调和受到重视。

对于开发利用太阳能，各国竞相出台一些政策。除了中国，至少还有18个国家为太阳能热水技术 (太阳能热水器)投资提供资本补贴、减免款项或者扣除投资课税。这些国家包括澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、塞浦路斯、芬兰、法国、德国、希腊、英国以及美国的一些州和美国联邦政府。资本补贴一般占成本的20%～40%[30]。

4 太阳能市场前景

以目前的技术而言，太阳能利用与建筑相结合是完全可行的。对此各国所做的研究也较多。

联合国能源机构最近的调查报告指出，太阳能建筑将成为21世纪初市场的一个热点，成为21世纪最重要的新兴产业。同时，太阳能建筑的普及将有力地推动传统建筑业和建材业的革新。

太阳能建筑市场潜力可观。自进入20世纪90年代以来，世界太阳能市场以年均16%的幅度增长，是同期石油市场增幅的10倍。2000年，全世界光电池的销售比上一年猛增30.5%，创历史最高纪录。令市场人士关注的是，自1990年以来，大量消耗光电池的太阳能建筑，已成为众多国家的重要投资目标。1991年至2000年，美国、西欧和日本在发展太阳能住宅方面的投资累计高达890亿美元。有关预测显示，2010年以前，发达国家将至少建成200万幢太阳能商品住宅，其市场规模可达数百亿美元，如再计入办公用太阳能建筑和有关的设备及服务，市场总量可达1 000亿至1 500亿美元，而且这还未计入发展中国家的情况。市场人士认为，发展太阳能建筑为光电池大量进人市场找到了最佳的买主，有力推动了以光电池为核心的阳光产业进入商品化成长时期。阳光产业包括再生能源、环保型建筑、资源回收利用、生态保护、新型材料及相关服务，其中，与消费者关系最密切的商品化住宅，必然成为建筑商普及光电池应用的主要目标。美国商务部认为，未来10年是太阳能建筑商业交易最活跃的时期，将为厂商形成新的利润增长点[4]。

太阳能利用于建筑主要有主动和被动两种形式。其一为太阳能被动式利用。被动式是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，达到合理利用昼间采光，夏天遮阳降温，冬天采暖的目的。这种依靠建筑构造和材料达到充分利用自然资源、降低建筑能耗的建筑，在国外应用比较广泛，被称之为绿色房屋 （green house）。1997年，J.Khedari等[9]提出了RSC(roof solar collector)概念，将屋顶作为太阳能集热器，并实验研究了集热器的性能，首次优化了集热器屋顶各部分的参数。其后又出现了几项RSC的优化方案。另外，还有一种可被动利用太阳能的装置，被称之为太阳能罩（solar chimney）。太阳能罩类似于集热器屋顶，只不过它的外表面多了一层玻璃罩。实验证明，太阳能罩具有更高的换热通风效率。除集热器屋顶和太阳能罩之外，最近还出现了一种新型的屋顶集热器，是将屋顶设计为波纹状，这样便可以收集到更多的太阳能。其二为太阳能主动式利用。主动式利用是指利用太阳能集热器收集太阳能，然后再加以利用。目前，主动式太阳能利用系统在建筑中的应用主要有空调、供暖和生活热水三种形式。

以一幢小区居民楼为例对上述方案进行经济性分析。假设居民楼有42户 (7层每层6户)，设置120 m2的集热器，驱动一台制冷量为23 kW(相当于6台2匹机)的溴冷机。平均每户每天热水供应量为150～200 L。按每年日照时间2 000 h(即每天约6 h)，集热器平均热吸收量为0.3 kW/m2计算。太阳能热水器与溴冷机组的总成本包括初投资和运行费用，前者包括设备费、安装费，后者包括水电费、易损件更新费和维修费。系统的初投资包括:120 m2太阳能热水器、配套设备等设备费和安装费总计12.6万元。这部分投资费用将由全体住户分摊，折合每户3 000元。制冷机、空调配套设备及安装费总计3.6万元，这部分费用当然是本着谁受益谁支出的原则，由顶楼受益住户分担，折合每户6 000元。两项合计16.2万元。运行费用中自来水费是任何加热方式都需要的基本费用。太阳能热水站所需的水泵耗电通常远小于电加热费用，每天将200 L水升温30℃需要消耗7 kW·h热量或电能。与电加热相比，每户每年可节省电2 000 kW·h，按民用电价0.52元/千瓦时计，即节省电费1 000多元，3年左右就可收回投资。可见单从热水供应就有很好的经济效益。再看太阳能空调，吸收式制冷机的运行也会增加热水泵、冷却水泵和冷媒水泵、冷却塔风机以及制冷机本身溶液泵的电能消耗，但它们通常只有压缩式机组的1/3以下。

设夏季空调的使用时间为10 h/d，太阳能空调的制冷系数COP取为0.15，夏季集热器平均热吸收量可达0.5 kW/m2，每天8 h的吸热量为480 kW·h，足以驱动一台制冷量为23 kW(相当于6台2匹机)的溴冷机，每天工作约10 h。顶层6户每户每天节省空调用电能约为10 kW·h，按每年100天空调季节计算用电量，可节省电1 000 kW·h。以目前民用电价约0.52元/千瓦时计算，可节省电费500余元。15年的使用期内每户可节电1.5万kW·h，即可节省7 800元。若以6 000元初投资减去常规电空调机的2 000元，则8年左右可收回投资。由于目前的电价并不反映其作为稀缺能源的价值，电价上涨是必然趋势，届时太阳能空调的经济性将会更加显现[31]。

5 对太阳能长远展望

将所有的建筑都太阳能化，类似墙面都是太阳能吸收器，连成并网系统。太阳能在单位时间、单位面积上的能量虽不大，但太阳能给我们的时间是无穷大的 （天文学的研究结果认为，太阳系已存在50亿年左右，据专家估算，尚可维持1 000亿年之久，对于人类存在的年代来说，确实可以认为是“取之不尽、用之不竭”的）[4]，空间也几乎是无穷大（每年到达地面的太阳辐射能约可折算为130亿t标准煤，约为目前全世界所消耗的各种能量总和的2万倍）[4]，如果我们能把空间与时间充分利用，所获能量就相当的大。目前，太阳能光伏发电的技术已能实现，只是经济性尚不够。如果研发出可行的方案，靠成熟的技术来降低成本，那么我们所有房屋都是太阳能吸收器的未来将不是梦。现在太阳能光伏发电的离网与并网系统[27，32]已有一定技术基础。应在政府的鼓励与支持下，建一些太阳能建筑（本文前已述及很多成功的例子）。尽量建成并网的太阳能建筑，即太阳能建筑在用能不足时从电网补充，剩余时又返入电网供其它用途[27，32]。

随着技术的发展，电动车必将取代燃化石能源车，全球各个角落都有太阳能充电站，人们的出行将是动力无限。人们与环境和谐发展。

最后，我要感谢华东理工大学潘家祯教授在百忙中帮我检阅，使本文增色不少。

[1]王靖.太阳能建筑应用国内外对比研究、技术经济政策研究 [D].北京：北京建筑工程学院，2004.

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Solar Energy Review

Zhao Bin Hu Yiqiang Yang Sen Yang Jiuhe Si Baichang Zhang DonghuiGu Guoyang

People are trying to find new energy to solve the increasingly serious problem of energy crisis.Many studies have been implemented on wind energy,solar energy,bio-energy and other renewable energy.The solar energy has attracted a large number of attentions.The research and development of solar energy are discussed in the paper,from solar water heater to solar cells,from solar energy air conditioning to solar photovoltaic power generation as well as some completed solar building.Also the solar energy economy and feasibility analyses are introduced as well as encouragement policies and measures adopted by some countries.The future of photovoltaic power generation and aspects of solar energy application are analyzed at end of the paper.

New energy;Solar energy;Solar building;Photovoltaic power generation

TK 51

*赵斌，男，1983年生，助理工程师。西安市，710201。

2011-07-15）