实施新能源推广应用，加快太阳能在城市利用步伐论文

　　摘要：文中针对新能源的推广,重点介绍了太阳能，通过对太阳能产品的市场分析和介绍，阐述了绿色能源太阳能在城市建设中的应用。
　　关键词：新能源；太阳能；应用；城市利用；
　　人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期，就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源利用方式。
　　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。随着经济的持续发展，全球的能源需求也快速递增，宝贵的煤、石油、天然气将面临枯竭，世界各国正在从解决能源可持续供应和能源安全的战略高度来加快开发利用新能源，而在我国目前能源日益紧张的情势下，开发、利用新能源不仅是长期战略，同时也是解决当前能源的当务之急。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的自然能源，其开发应用尤为重要和迫切。早在六、七十年代，太阳灶已在我国新疆、甘肃、青海、陕西、宁夏等全国各地推广。进入八十年代，从太阳能热水器的推广开始，其节能、环保、可再生等独特优势就日益凸现出来，但当时太阳能热水器在技术上还不够成熟。到九十年代后期，太阳能热水器成为太阳能利用技术中最成熟，应用最广泛，发展最快的产业。目前，太阳能光伏发电技术已成熟和发展起来，我国各地太阳能光伏电站建设已具初步规模，部分已建成发电并应用。太阳能道路照明系统已在部分城市实施应用。城市太阳能设施的安装及普及每年以较快速度增长，年节约一定的标准煤和电能，但与缓解能源紧缺的迫切要求相比，此工作才刚刚开始，太阳能在城市的利用步伐也在逐步加快。
　　一、太阳能建筑技术在城市的应用
　　随着我国国民经济和人民生活水平的持续快速发展，能源问题与环境问题一样，已经成为影响中国经济和谐发展的关键因素。我国加入《京都议定书》条约，中央政府对于节能省地住宅的高度重视，以及中国第一部《可再生能源法》的提前出台，等等信息表明我国住宅建设及其相关的能源问题已经成为全局问题。太阳能建筑将在调整住宅能耗结构、保障建筑能源安全，降低温室气体排放、保护大气环境，解决城市、农村和偏远地区用能、提高国民生活质量，以及推进和实施我国住宅产业化政策等诸多方面产生积极的影响。
　　1、太阳能热利用在节能建筑中的重要地位
　　建筑业，交通运输和工业一直是三大耗能用户，在发达国家建筑能耗已占总能耗的25-40%。在建筑能耗中，采暖，制冷，空调和热水占75%。太阳能低温热转换技术能实现以合理成本来满足部分建筑用能的需求。因而它作为一种建筑节能技术将有宽广的市场。在20世纪90年代中国建筑用能以采暖为主，采暖占总能耗的12%。随着改革开放，人民生活不断提高，商品住宅开发已将成为国民经济的主要支柱产业之一。据1996年统计：已建成的建筑有310亿m2，在1995～2000年间新建住宅55亿m2，到2010年新建住宅已增至150亿m2，建筑用能亦将急剧增加，接近发达国家的水平。为此，建设部制定了《建筑节能技术政策1996～2010》，其目标是在1996～2010年，在新建住宅的采暖能耗要在1980年当地通用设计能耗的基础上节约50%；从2005年起新建住宅的采暖能耗因在2000年的基础上再节约30%。文件指出：在太阳能较丰富的地区要积极推广太阳能利用。［1］它将太阳能热利用纳入国家建筑节能的范畴，为太阳能利用发展奠定了重要的政策基础。目前在城市中30%的家庭拥有热水设备。生活热水能耗将是建筑能耗中不可忽略的份额。而太阳热水技术是目前太阳热利用中最为成熟的技术，用太阳能解决住宅的部分生活热水将是太阳能在建筑中应用的首选。
　　2、太阳热利用系统与建筑结构的一体化
　　目前在中国，用于建筑的太阳热利用系统是太阳热水器和被动太阳采暖。被动太阳房本身就是通过建筑结构设计和新材料的应用来实现太阳能采暖的技术。而在近十多年来，在大量的现有建筑上，特别是住宅建筑上，就地零乱地安装太阳热水器，普遍出现了热水器与建筑美学不协调的问题，在一定程度上影响了城市的景观，而且又增加了工程安装的造价。澈底解决的办法是预先将太阳能装置（包括集热器，热水箱，管道和附件等）的布置考虑到建筑设计中去，实现太阳能系统与建筑的一体化。这个战略措施必将起到扩大和规范太阳热水器的市场，推动太阳能热利用产业的进一步发展的积极作用。
　　3、太阳能热利用与节能建筑应用
　　太阳能社区在国外许多城市已纷纷建设，在我国，北京奥运场馆的建设为打造太阳能社区提供了典范，在不远的将来，我国太阳能社区必定如雨后春笋。
　　3.1太阳能建筑在节能省地型住宅建设中的重要作用
　　3.1.1是调整住宅建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求
　　2000年的统计结果表明，尽管我国民用建筑的整体舒适度低于世界各发达国家，但我国的建筑能耗已经占到当年全社会终端能源消耗的27.8％，接近发达国家(1／3左右)的水平，采暖和空调为主的建筑能耗已占10％以上。［1］2010年可再生能源利用量大于全国能源消费总量5％，到2020年可再生能源利用量不低于全国能源消费总量10%。
　　显然，太阳能建筑将在调整建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求和心理需求等方面发挥积极作用。
　　3.1.2将大大降低温室气体排放和大气环境保护方面的压力
　　有关资料显示，世界各国建筑能耗中排放的C02约占全球排放总量的l／3，其中，住宅约占2／3。
　　事实上，我国目前约90％的二氧化硫和氮氧化物排放来自化石能源的生产和消费。大气污染物造成的酸雨、呼吸道疾病等已经严重威胁经济发展和人体健康。对我国未来C02减排的潜力估计是，2010年以后，太阳能利用对减排已有较明显作用，2020年以后开始有较显著作用。
　　3.1.3将对我国能源政策和住宅产业化的推进和实施产生积极的影响。
　　尽管国家和行业主管部门已经出台了一系列法规、标准，如节能中长期发展规划、民用建筑节能管理规定、不同地区的节能设计标准等，除成本、技术、市场等制约因素外，管理体制过于分散、激励政策体系不健全、全民教育与理念传播不够等都是制约太阳能建筑发展的相关因素。当前，太阳能建筑的理念推广比具体某项技术或产品的推广更加迫切。太阳能建筑在生态和节能的教育、生活方式的改变和理念的传播等方面有着重要的作用。
　　发达国家和部分发展中国家已把发展可再生能源作为占领未来能源领域制高点的重要战略措施。我国光伏产业在快速增长。太阳能建筑已经成为开拓经济增长点、创造更多就业机会的有效途径。但在建筑教育课程、建筑施工环节、建筑验收规程以及住宅产业化政策中并没有体现出其作为一个“专业或领域”应有的地位。
　　可喜的是在《可再生能源法》第十七条“国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定太阳能利用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范。房地产开发企业应当根据前款规定的技术规范，在建筑物的设计和施工中，为太阳能利用提供必备条件。对已建成的建筑物，住户可以在不影响其质量与安全的前提下安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统。”
　　可以相信，随着住宅产业化进程的进一步推进，太阳能产品将像电视、电话那样成为设计师、开发商、业主的自然选择，国家责任和全民义务相结合将成为必然趋势。
　　4、发展太阳能建筑、推进节能省地型住宅建设节能省地的核心依然是节能、节地、节水、节材和环境保护，充分体现资源的节约和可持续发展。
　　现实是，我国人均土地占有量是世界平均水平的1／3，而960万平方公里的国土中适宜居住的只有23％。其中耕地只占13％，人均耕地面积只有1.41亩。因此，我国不仅粮食要依赖进口，更需要大量进口能源。截至2010年底，全国城镇房屋建筑面积242亿平方米。随着经济的发展，估计到2020年，我国还将新增建筑面积约100亿平方米(目前，我国城市平均每年新增建筑面积10亿平方米，住宅建筑面积占60—70％)。“充分利用屋顶资源，向屋顶要能源”，将不再是一句口号。
　　在太阳能建筑的研究推广中，应综合考虑下列因素：
　　(1)充分考虑区域气候特征和经济发达程度的差异：西部经济欠发达而太阳能资源又丰富的地区，应以被动利用太阳能建筑为主，加强集热、蓄热、导热等材料和技术的研发与推广；而对于经济发达的沿海地区，夏季炎热、冬季阴冷，又具有冬季采暖、夏季空调的生活需求和经济能力，应积极扩大综合利用太阳能建筑新技术的投资环境、理念基础和政策优势，并作为实施太阳能采暖制冷、防潮隔热技术示范推广的首选地区。
　　(2)关注居民的生活习惯和可支付能力：目前稳定的热水供应已逐步成为居民的基本生活需求之一，人们也因此建立了基本的生态与节能意识。这是太阳能热水设备(系统)与建筑结合发展最快的主要原因之一。
　　(3)针对不同的建筑功能，实施不同的激励政策：尤其对于量大面广的居住建筑则实行税收及贷款优惠政策、能源投资机制及业主有偿使用相结合的政策。当然这些政策应同样适用于既有住宅建筑的改造。
　　(4)建立和完善太阳能建筑技术和体系：编制设计规范、标准及其相关图集，建立产品(系统)检测中心和认证机构，完善施工验收及维护技术规程等，是太阳能利用(如热水供应)列入建筑工程设计环节，并作为一个“专业”纳入建筑体系的前提。
　　(5)强化理念推广和意识培养：引导人们了解建筑能耗、建筑环境、生态保护等一般知识，扩大和延伸已经成熟的太阳能热水和太阳能采暖应用理念。倡导“理念先行、示范突破、政策跟进”的原则，推行“标准设计、检测认证、建筑准入”的机制，逐步推进太阳能建筑在我国的发展，最终达到太阳能建筑的普及和推广。
　　开源节流是我国推进节能建筑的发展之路，太阳能建筑将成为节能省地住宅建设的重要途径。
　　二、太阳能LED灯具在城市照明中的应用
　　城市照明是一门科学、一种文化、一项艺术。城市照明体现了一个城市的形象，反映了一个城市的科学管理，是一项社会系统工程。太阳能LED灯具以其优越的节能效果、人文的光源照明控制，倍受客户青睐，其性价比与工频交流电灯具基本持平，且具有不破坏环境、不消耗不可再生能源的特点，易于客户接受，所以只要光源充足的地方就有太阳能LED灯具开发应用的市场。
　　1、太阳能LED灯具的市场分析
　　随着中国经济的快速发展，对能源的需求日益扩大，能源短缺问题已经成为影响中国经济快速发展的一个重要问题，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。同时在国际光电市场巨大潜力的推动下，各国的光电制造业都争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。中国作为世界能源消耗第二大国家也不例外。
　　与国际上蓬勃发展的光电发电相比，我国落后于发达国家10-15年，甚至明显落后于印度。我国光电产业正以每年30%速度增长，2008奥运会在北京举办，以及国家建设社会主义新农村的号召，还有未来5年能源下降20%的硬指标，这三条给太阳能产业提供了空前的商机，市场容量十分庞大，再加上国家对可再生资源开发利用的优惠政策已经施行，在这种情况下，我们有这么好的产业基础，整个社会和国家只要投入一小部分就可以有大的产出。太阳能作为一种可再生能源替代传统的不可再生能源将成为一种必然。
　　1.1太阳能LED灯具具有以下的特性：
　　(1)低成本：高亮度、低功耗，所需太阳能电池及蓄电池组配置较低、成本下降。
　　(2)寿命长:单晶硅或多晶硅太阳能组件的质量保证期为20年，20年后电池组件可继续使用，但发电量略有下降。超高亮白光LED使用寿命可达10万小时，智能控制器静态功耗低、使用寿命长。
　　(3)可靠稳定:单晶硅或多晶硅太阳能组件具有抗台风、抗潮湿、抗紫外线辐射等特点。
　　(4)无人值守:运行中无需管理人员，完美的智能控制系统给用户足够的放心。
　　(5)10小时以上供电:系统设计时考虑到当地阴雨天气，将平均多余的电能储存到蓄电池内，确保用户连续阴雨天有足够的电能使用。
　　再加上使用太阳能LED灯具一不用架设或埋设电力线路；二不用电网的电能；三不用保养维护，真可谓一次投资，终身受益。
　　所以太阳能LED灯具可以方便安装在广场、校园、公园、街道、草坪等，需求量也越来越大。目前太阳能灯具在户外照明领域市场占有量不到20%，预计在2015年以后，太阳能灯具在户外照明领域市场占有量可达20%以上。太阳能灯具是目前最环保、最节能、最易推广的新灯具，市场前景不言而喻。
　　2、太阳能LED灯具的工作原理
　　如图所示：白天太阳光照射到太阳能组件上，使太阳能电池组件产生一定幅度的直流电压，把光能转换为电能，再传送给智能控制器，经过智能控制器的过充保护，将太阳能组件传来的电能输送给蓄电池进行储存；到了夜晚太阳能组件因接收不到光能，其输出的直流电压降到接近为零时，智能控制器自动开启控制装置，向LED提供电能，促使LED发光源发出足够的亮度用于照明；到天亮时，太阳能组件又接收到光能产生电压时，智能控制器又自动转换到充电模式工作。［2］
　　3、太阳能LED灯具在城市照明中的应用实例
　　现太阳能LED灯具的应用已成熟，开发出的太阳能照明产品有：公路灯系列，草坪灯系列，庭院灯系列，广告灯箱灯系列，霓虹灯系列、造型景观灯系列，信号灯系列，水下灯、地埋灯系列及家居照明灯系列等，它高亮度、低成本的特点得到了社会及消费者的认可。通过开展“节能工程”，会继续增加人们对太阳能LED灯具的认知度，太阳能产品将会推向社会的每个角落。
　　随着人们对太阳能LED灯具的认知度越来越高，太阳能LED灯具及太阳能产品的普及率也会越来越高，市场越来越广阔。同时也随着太阳能LED灯具成本的降低，太阳能产品会进入更广阔的领域走进千家万户，实现“太阳能的绿色照明工程”，成为城市照明的一道闪亮风景。太阳能LED灯具是人们能直接感受到的低成本高节能的灯具，在太阳能的引用与推广上定会走在前头。
　　三、太阳能光伏发电
　　“太阳能光伏发电”——简称“光伏发电”，是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。
　　4.1太阳能离网发电系统
　　太阳能离网发电系统包括1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。
　　太阳能离网发电系统主要产品分类A、光伏组件B、风机C、控制器D、蓄电池组E、逆变器F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。［4］
　　4.2太阳能并网发电系统
　　可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。
　　因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。
　　太阳能并网发电系统主要产品分类A、光伏并网逆变器B、小型风力机并网逆变器C、大型风机变流器（双馈变流器，全功率变流器）。［4］
　　4.3我国光伏设备发展机遇
　　依靠我国半导体设备行业数十年来的技术积累，通过和一流光伏电池企业的深度合作，经过连续多年的不懈努力，我国光伏设备企业已具备太阳能电池制造设备的整线装备能力。在目前国产设备及进口设备混搭的主流建线方案中，国产设备在数量上已占多数。
　　目前，我国光伏设备企业从硅材料生产、硅片加工到太阳能电池芯片的生产以及相应的纯水制备、环保处理、净化工程的建设，已经具备成套供应能力，部分产品如扩散炉、等离子刻蚀机、单晶炉、多晶铸锭炉等开始大量出口，可提供10种太阳能电池大生产线设备中的8种，其中有6种（扩散炉、等离子刻蚀机、清洗/制绒机、石英管清洗机、低温烘干炉）已在国内生产线上占据主导地位，2种（管式PECVD、快速烧结炉）与进口设备并存但份额正逐步增大。［3］此外，全自动丝网印刷机、自动分拣机、平板式PECVD则完全依赖进口。组件生产用的层压机、太阳能模拟器等在行业获得广泛应用。硅材料加工设备中单晶炉以优良的性价比占据了国内市场的绝对统治地位并批量出口亚洲，多线切割机已取得突破，多晶硅铸锭炉已经开始大量在国内企业中使用。
　　根据业内前十名的发展规划，至2010年，中国将再增加3000MW以上的生产能力。即使采用目前成熟的国产设备和进口设备混合搭配的国内主流配置方案，也至少为设备厂家提供了36亿元的市场。若以全进口设备计算，则需设备投资84亿元。这一切为光伏设备企业的发展提供了极好的发展机遇。
　　2009年，在国内一些具有自主创新能力和较强的科研实力的公司（如河北某光伏发电设备有限公司就拥有：“太阳能跟踪系统”，“聚焦发电”等多项国家发明专利的光伏发电技术）的有力推动下，光伏发电技术有了较快革新和发展；再加上二〇〇九年七月十六日国家三部委财政部、科技部、国家能源局联合印发了《关于实施金太阳示范工程的通知》，决定综合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式，加快国内光伏发电的产业化和规模化发展，目前，我国的光伏发电整体竞争力能够达到国际领先水平，光伏发电电力供应量在国内总电力供应中的占比能够达到更高水平，从而更加有力的推动我国经济结构转型和能源结构优化！
　　但是，由于土地资源问题，太阳能光伏电站不能在城市建设，在某些城市郊区建设有示范项目。
　　参考文献
　　［1］王长贵，郑瑞澄，新能源在建筑中的应用．北京，中国电力出版社
　　［2］冯昌，徐进明，超高亮度LED在太阳能城市灯光系统中的应用，武汉科技学院学报
　　［3］李宏毅金磊.建筑工程太阳能发电技术及应用.机械工业出版社
　　［4］刘宏吴达成杨志刚翟永辉.太阳能光伏电源系统.化学工业出版社

《实施新能源推广应用，加快太阳能在城市利用步伐论文》

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