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1、-建筑光伏一体化技术-第 12 页 建筑光伏一体化技术光伏建筑一体化技术（BIPV），光伏发电第一部分 建筑物光伏一体化技术第一章 光伏建筑发电系统简介1 光伏建筑一体化（BIPV）提出了“建筑物产生能源”的新概念，即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、环保的太阳能资源生产电力。2光伏就是光转变成电的光生伏特的意思。在光照条件下，光伏材料吸收光能后，在材料两端产生电动势，这种现象叫做光伏效应。3光投射到光伏材料上存在反射、吸收和投射三种可能。材料对于光的吸收量取决于材料的吸收系数和材料厚度。4许多个太阳能电池连接起来，装配成一大块的太阳能电池板，简称光伏板。5
2、世界上所有的材料物质都可以分为固体、液体和气体，其中固体又可分为导体和绝缘体。有一种材料，在低温下是绝缘体，在加入杂质、得到能量或者加热时就变成导体，这种材料叫做半导体。带正电性质（有较高空穴浓度）的材料叫做p型半导体，带负电性质（有较高的电子浓度）的半导体叫n型半导体。6用于太阳能电池的半导体材料有单晶体、多晶体和非晶体三种形式。单晶体：整块晶片只有一个晶粒。晶粒内的院子有次序的排列着，不存在晶粒便捷。多晶体：一块晶片含有许多晶粒，晶粒之间存在边界。非晶体：原子结构没有长序，材料含有未饱和的或悬浮的键。7外加电压对pn结的影响：1）无外加电场：外界断路时，pn结无外加电场，只有自建电场，pn
3、结处于平衡状态，带电粒子的飘移电流等于带电粒子的扩散电流，外电路没有电流。2）外加正向电压：p型区一侧外接正极，外加电场与自建电场方向相反，pn结的电场减少，由于耗尽区内的电阻率大大的高于耗尽区外，外加电压几乎全部落在耗尽区，正向偏压下，电子从n型区注入p-n结耗尽区，流经p型区，通过外接电路再流入n型区与空穴复合；空穴从p型区注入p-n结耗尽区，流经n型区跟电子复合，外电路有电流，电流大小随着外加正向电压的大小而变。3）外接反向电压：p型区一侧外接负极，外加电场与自建电场的方向相同，p-n结的电场增大，p型区产生的电子会加速漂移过p-n结耗尽区到n型区；n型区产生的空穴会加速飘移过p-n结耗
4、尽区到p型区，外电路没有电流，但电压很高。8为了使太阳能电池光电转换效率高，必须具有以下条件：1）高电流 光生载流子的收集效率要高；2）高电压 光生电流的收集应在尽可能高的电压下出现；3）低寄生电阻 尽可能使低的寄生串联电阻而高的寄生并联电阻出现。9太阳能电池的特性：1）光伏I-V特性；2）短路电流 3）开路电压 4）最大输出功率和峰值功率5）填充因子FF 6）光电转换效率 太阳能电池最大输出功率与入射光功率之比。10光照射在太阳能电池上有下列几种反应：1）在正面电极接触的表面上，光被电极反射或被吸收；2）在正面的表面上，光被反射；3）在材料内部，光被吸收；4）在背面，光被反射；5）在背面被反
5、射后，光被吸收；6）在背面电极接触面上，光被吸收。11温度的影响：1）温度对I-V特性的影响 温度上升会使I-V特性变差 2）短路电流随温度的升高而增大 3)开路电压随温度的升高而减小，温度每上升1，约下贱2mV 4）填充因子随温度的升高而减小，温度每上升1，FF会降低0.0015FF 5）最大输出功率随温度的升高而减小，温度每上升1，最大功率Pm的值会下降0.0040.005Pm.12从建筑学、光伏技术和经济效益方面的观点来看，光伏发电技术和建筑学相结合的光伏建筑一体化有如下优点：1）可以有效的利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用宝贵的土地资源，这对于土地昂贵的城市尤为重要，也可以在人口稠密的闹市
6、区安装使用。2)建筑物光伏发电不需要安装任何额外的基础设施。3）能有效的减少建筑能耗，实现建筑节能，4）原地发电，原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资。5）光伏组件阵列一般安装在屋顶及墙的南立面上直接吸收太阳能，因此建筑物集成光伏发电系统不仅提供了电力，而且还降低了墙面及屋顶的温升，从而降低了建筑物室内冷负荷。6）建筑光伏板既可以发电，又可以作为普通的建筑材料，减小了光伏系统成本的回收期；7）建筑光伏发电可以提供创新方式改善建筑物的外观审美；8）建筑物光伏发电可以把电力维护、控制、其他安排和系统的操作都结合在建筑概念，可以增加楼盘的综合品质；10）最后，也是最重要的一点，建筑物光
7、伏发电对人类生态环境的保护，具有极其重大影响。13光伏与建筑相结合的形式：（1）建筑与光伏系统的结合：光伏系统与建筑屋顶相结合、光伏系统与建筑墙体相结合；（2）建筑与光伏组件的结合：光伏组件与玻璃幕墙相结合、光伏组件与遮阳装置相结合、光伏组件与屋顶瓦板相结合、光伏组件与窗户及采光顶相结合。14光伏建筑一体化对光伏系统及光伏组件的要求：1）光伏阵列的布置要求 2）建筑的美学要求 3）光伏组件的力学性能 4）建筑隔热隔声的要求 5）建筑采光的要求 6）光伏组件安装方便的要求 7）光伏系统寿命问题15光伏建筑一体化系统的设计：1）建筑设计 2）发电系统设计 3）结构安全性与构造设计16光伏照明系统一
8、般采用最大功率点跟踪控制（MPPT）恒电压工作点控制(CVT)。17太阳能交通工具的几个问题需要注意：1）高转换率的光伏板；2）有最大功率点跟踪装置；3）质量轻、性能高的蓄电池；4）蓄电池高效率的充放电过程；5）流线型设计；6）高可靠性设计。18并网光伏系统的优点：1）省略了蓄电池作为蓄能环节，降低了蓄电池充放电过程中的能量损失，免除了由蓄电池带来的运行和维护费用，同时也消除了处理废旧蓄电池带来的间接污染； 2）随着逆变器制造技术的不断进步，逆变器以及光伏系统并网的技术问题受到了厂家的重视和解决，现在的逆变器稳定性得到了提高，体积得到了缩小； 3）光伏电池可以始终运行在最大功率点处，由电网来接
9、纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电的效率； 4）电网获得了收益，分散布置的光伏系统能够为当地的用户提供电能，缓解了电网 传输和分配负担； 5）利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体的污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略； 6）光伏电池组件与建筑物完美组合，既可以发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用，发挥多种功能，不但有利于降低建筑费用，并且还使建筑物科技含量提高，增加“卖点”。19并网系统的组成：1）光伏阵列，它可以将太阳能转换成直流电能；2）逆变器，它是一个电能转换装置，可以将直流电转换为交流
10、电；3）漏电保护、计量等仪器、仪表，这些也是并网发电的必需设备；4）交流负载。20孤岛效应：就是当电力公司的供电系统因故障事故或停电维修等原因而停止工作时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态，没有迅速将自身切离市电网络，因而形成了一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛现象。21逆变器不仅可以将光伏板发出的直流电转换为交流电，还可以对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功和无功、电能品质等进行控制另外还有以下功能：1）自动开关；2）最大功率点跟踪（MPPT）控制；3）防止孤岛效应。4）自动调整电压。22混合系统的优点：1）使用混合发电系
11、统可以达到可再生能源的更好利用。2）具有较高的系统实用性。3）利用太阳能、风能的互补要求，再加上柴油机作为备用发电设备，使系统获得较高的稳定性和可靠性，在保证同样供电的情况下，可以大大减少储能蓄电池的容量，大幅度降低了系统的成本。4）与单用柴油发电机的系统相比，具有较低的维护和运行费用。5）对系统进行合理的设计和匹配，基本上可以由风、光发电系统供电，很少启用电源，可以获得较好的社会经济效益。6）负载匹配更佳。22混合系统的缺点：1）控制比较复杂，2）系统初投资比较大。3）比独立系统需要更多的维护。3）产生污染。23混合系统设计的考虑因素：1）负载工作情况，采用确定的控制策略满足负载工作的要求。
12、2）系统的总线要求，采用交流总线需要更加复杂的控制，系统的操作也较为复杂，但是效率更高。3）蓄电池总线电压，设备允许的电压和当地安全法规定的电压两者中尽量取最高值。4）蓄电池容量，按最长连续阴雨天数来设计蓄电池容量，通常可以提供5到7天或者更多的自给天数，混合系统一般为2到3天。5）柴油机发电与风、光发电的能量贡献比例、6）发电机功率和蓄电池充电的考虑。7）柴油发电机的基本控制。8）光伏板倾角的确定，比当地纬度大5到10度。9）风力发电方面的考虑。24对太阳电池板的基本要求：1）由一定的标称工作电压和标称输出功率；2）工作寿命长，要求组件能正常工作20到30年以上，因此，要求组件所使用的材料、
13、零件及结构，在使用寿命上相互一致，避免因一处损坏而使整个组件失效；3）有足够的机械强度，能经受在运输、安装使用过程中发生的冲击、振动及其他外力；4）组合引起的电性能损失小；5）组合成本低。25太阳电池板的封装类型一般有玻璃壳体式及平板式，寿命短的原因主要有：1）单体太阳能电池都是很薄的。2）太阳电池的电极，特别是上电极，容易受腐蚀。3）某些太阳能电池是由手工组装的，组装质量参差不一，这种电池再组成太阳能电池阵列，质量就不易得到保证。4）封装材料不当。26电能的储存由很多方式，主要包括电容储存、电感储存及化学能储存等。27蓄电池的主要作用：1）蓄电池将日照充足时系统发出的多余电能储存起来，以便在
14、夜间或阴天使用，解决了发电与用电不同步的问题。2）各种用电设备的工作时段和功率大小都有着各自的规律，欲使太阳能发电与用电负载自然配合使不可能的，蓄电池的储能空间和充放电性能为光伏发电站发电系统功率和能量的调节提供了条件。3）蓄电池的低内阻及良好的动态特性能适应电感负载对电影院的要求，向负载提供瞬时大电流。28对蓄电池组的基本要求：1）自放电率低；2）具有深循环放电性能；3）充放电循环寿命长；4）对过充电过放电耐受能力强；5）充电效率高；6）当电池不能及时补充充电时，能有效抑制小颗粒硫酸铅的生长；7）富液式电池在静态环境中使用时，电解液不易层化；8）低温下具有良好的充电、放电特性，充放电特性对高
15、温不敏感；9）蓄电池各项性能一致性好，无需均衡充电；10）具有较高的能量效率；11）具有较高的性价比；12）具有免维护或少维护的性能。29选择能量储存系统应考虑的因素主要是成本、循环寿命、可购得程度、操作与维护的难易程度。目前使用的主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池，钠硫蓄电池由非常高的比能量密度，但适于高温下操作，和改良型铅酸与镍镉电池也是中期的选择，铁铬氧化蓄电池与可再充电的锌二氧化锰电池是后期的选择。30铅酸蓄电池性能优良、质量稳定、寿命可靠、容量大、价格低、使我国光伏电站目前主要选用的蓄电池。31铅酸蓄电池的容量是指电池的蓄电能力，标称容量是指蓄电池出厂时规定的该蓄电池在一定的放电电流及一定
16、电解液温度下单格电池的电压降到规定值时所能提供的电量。32影响铅酸蓄电池寿命的因素：1）每日放电深度均大于50%，会导致正极板的脱落；2）高温会加速腐蚀；3）长时间过量充电，郑家腐蚀速率；4）长时间充电不足，导致电解液酸化与层化现象，降低电池容量；5）1%3%的锑含量标准，能增加循环寿命；6）其他因素，例如低的电解液液面高度也会严重的缩短电池寿命。33使用维护镍镉电池的基本要求：1）经常保持蓄电池外表的情节干燥，一定要防止正负极相碰短路；2）防止铝、铜、钙、镁、硫酸根离子、碳酸根离子等有害物质，以及氯气，二氧化碳、硝酸蒸汽、等有害气体的侵蚀；3）充好的蓄电池，应在不高于30度的情况下保存备用；
17、4）在任何湿度范围内使用，都应保持电解液的相对密度符合规定，液面必须高出极板；5）充放电或者浮充使用的，应定期放电、全充电一次，防止过放电，过热以致反极甚至引起爆炸；6）蓄电池存放环境应干燥、通风、清洁，不能与酸性物质放在一起。34逆变器除了能将直流电变化为交流电外，还具有自动稳压的功能，控制基波的频率和幅值。35光伏发电系统对对逆变器的基本技术要求如下：1）能输出一个电压稳定的交流电；2）能输出一个频率稳定的交流电；3)输出的电压及其频率，在一定范围内可以调节；4）具有一定的过载能力，一般应能过载125%150%；5）输出电压波形含谐波成分应尽量小。6）具有短路、过载、过热、过电压、欠电压等
18、保护功能和报警功能；7）启动平稳，启动电流小，运行稳定可靠；8）换流损失小，逆变效率高，一般应在85%以上；8）具有快速的动态响应。36对于独立光伏发电系统，理想的逆变器应具有以下特性：1）过载能力（Pn的24倍）；2）低空载与无负载损失；3）输出电压调制；4）低电池电压的断路；5）低量的谐波；6）高效率；7）低的声频与射频噪声。37并网逆变器应具有的功能：1）自动开关；2）最大功率点跟踪（MPPT）控制；3）防止单独运行；4）自动电压调整；5）断路保护；6)异常情况排解与停止运行。38控制元件是对太阳能光伏发电系统进行控制与管理的设备，控制元件应具有以下功能：1）信号检测；2）蓄电池最优充电
19、控制；3）蓄电池放电管理；4）设备保护；5）故障诊断定位；6）运行状态指示。39过充电的控制装置：1）串联控制器；2）并联或分路控制器；3）最大功率点充电控制器40充电控制器的两个优点：1）在选择模组与蓄电池时灵活性较强；2）倘若光伏发电板至蓄电池之间的连接导线较强，可以选择比蓄电池电压值还要高一些的光伏板输出电压，遮阳可以减少电流与接线的损失。41二极管作用：1）防反充；2）当若干光伏电池组件串联成光伏阵列时，需要在光伏电池组件两端并联二极管，当某组件被阴影遮挡或出现故障停止发电时，在该二极管两端形成正向偏压，不至于阻碍其他正常组件发电。3）当光伏阵列由若干串列并联时，在每串中都要串联二极管
20、，随后再并联，以防止某串列出现遮挡或故障时消耗能量和影响其他正常阵列的能量输出。4）防反接。42光伏并网系统需要接入保护装置，一方面对光伏发电系统保护，防止孤岛效应等发生；另一方面需要安装继电保护装置，防止线路事故或功率失稳。第二章 光伏建筑系统的设计、施工及维护1设计之前，首先要收集当地的气象参数，估算太阳能电池的发电量，然后进行具体的系统设计、模拟仿真、安装可能性判断和施工上的问题检查等。2常用的光伏电池主要分三类：单晶硅、多晶硅、非晶硅。单晶硅电池的色彩均匀统一，呈黑色或深灰色，多晶硅色彩在灰色和深蓝色之间变化，呈晶体结晶状态，这两种组件内电池的金属导线都清晰可见，呈银白色或黑色，非晶硅
21、光伏电池一般呈深棕色。3系统的设计主要有以下几个步骤：收集当地气象参数、计算负载分布情况、根据光伏板表面的太阳辐射量确定光伏板的总功率、根据系统稳定性等因素确定蓄电池容量、选择控制器和逆变器、考虑混合发电的问题等。4光伏板的方位角是指光伏板所在方阵的垂直面与正南方向的夹角（东负西正），倾斜角是指光伏板平面与水平地面的夹角。5太阳能光伏建筑一体化由两种形式：光伏屋顶结构和光伏墙结构6光伏幕墙系统可分为垂直光伏幕墙系统和倾斜光伏幕墙系统。7光伏墙由光伏板、光伏板与外墙面见的气流通道，固定支架，空气入口，空气出口以及墙体组成。8系统组件的安装顺序：1）根据设计需要选择合适的太阳能光伏板，然后为光伏阵
22、列选择适当的安装方法与安装场所，包括安装地点占用面积的选择，建筑体的支撑强度；2）选择蓄电池的类型，及蓄电池组的安装场所；3)选择必要的功率调节元器件、逆变装置、接线盒及控制柜的安装位置；4）制定相关的安全装置与开关设备；5）进行电力线路系统配置，制定电缆线尺寸与类型；6）准备完整的零件与工具一览表，以便订货和核实。9通常太阳电池阵列由三种安装方式：安装在地面上、安装在建筑立面上和安装在屋顶上。10太阳电池板与水平面的最小倾角时10度。11对光伏电池阵列支架的基本要求主要有：1）应遵循用料省、造价低、坚固耐用、安装方便的原则，进行太阳能电池方阵支架的设计和生产制造；2）光伏电站中的太阳能电池阵
23、列的支架，可根据应用地区的实际情况和用户要求，设计成地面安装型或屋顶安装型。3）太阳能电池方阵支架应选用钢材或铝合金材料制造，其强度应可承受10级大风的吹刮；4）太阳能电池方阵支架的金属表面，应镀锌、镀铝或涂防锈漆，以防止生锈腐蚀；5）在设计太阳能电池方阵支架时，应考虑当地纬度和日照资源等因素；6）太阳能电池阵列支架的连接件，包括电池板和之间的连接件、支架与螺栓的连接件以及螺栓与光伏阵列的连接件，均应用电镀钢材或不锈钢钢材制造。12蓄电池的安装在整个光伏系统的安装过程中起着非常重要的作用，必须在安全、布线、温度控制、防腐蚀、防积灰和通风等方面给予充分的重视。13使用小蓄电池，常常由于下列原因造
24、成亏电：1）在太阳能资源较差的地方，由于太阳能电池方阵不能保证设备供电的要求而使蓄电池充电不足；2）在每年冬季或连续几天无日照的情况下，照常使用用电设备而造成蓄电池亏电；3）启用电器的耗能匹配超过太阳能方阵的有效输出能量；4）几块太阳能电池串联使用时，其中一块电池由于过载而导致整个电池组亏电；5）长时间使用一块太阳能电池中的几个单格而导致整块电池亏电。14阀控全密封免维护蓄电池(VRLA)的失效原因有：1）失水；2）不可逆硫酸盐化。15逆变器的评价内容：1）额定输出容量；2）输出电压稳定度；3）整机效率；4）保护功能；5）启动性能。16选用逆变器应注意：1）足够的额定输出容量和过载能力；2）较
25、高的电压稳定性能；3）在各种负载下具有高效率或较高效率，整机效率高是光伏发电用逆变器区别于通用型逆变器的一个显著特点；4）良好的过电流保护与短路保护功能；5）维护方便。17阀控全密封免维护蓄电池（VRLA）：1）失效原因：失水、不可逆硫酸化（欠充电是引起电池极板硫酸盐化的主要因素） 2)判断单体蓄电池状态的方法：横向对比 是比较蓄电池组中单体蓄电池的端电压；纵向对比是指比较单体蓄电池的端电压在蓄电池中的相对位置在多年历史演化的变化趋势；3）预防和维护措施 单体蓄电池的性能差异是造成单体蓄电池故障的主要原因，所以要尽量减小蓄电池组中单体蓄电池的性能差异，适量补充电是解决欠充电问题的简单有效的办法
26、，是防止硫酸盐化的有效措施，同时可以提高蓄电池组中单体蓄电池性能在工作中的一致性，也是预防失水发生的有效手段。4）结论 单体蓄电池的性能差异是造成整个蓄电池组故障的主要原因；免维护不是不维护，而是需要更加合理有效的维护；相对比较时判断单体蓄电池的有效方法，包括横向对比和纵向对比，因而要定期记录单体蓄电池的端电压；最有效的维护时及时给予充电的落后电池以适量补充电。第四章 光伏建筑的经济、环境和市场前景的分析1经济效益：所谓经济效益就是指人们在经济实践活动中取得的有用成果与劳动耗费之比，或者产出的经济成果与投入的资源总量之比。2经济效益主要从两个方面来考察：一是在一定的人力、物力、财力的条件下，如
27、何靠科学管理、合理调配而使之充分发挥作用，更好的满足既定目标的要求，得到最好的效果，即得到最佳的“成果”，产出最大。二是在确保满足既定目标的前提下，通过技术进步，优化组合而使在获得效益的过程中所花费的消耗最少，即付出最少的“耗费”，投入最少。3经济效益的一般表达式：1）差额表示法：经济效益=有用成果劳动耗费；2）比率表示法：经济效益=有用成果/劳动耗费；3）差额比率表示法：经济效益=（有用成果劳动耗费）/劳动耗费。4经济效益评价的基本原则：1）要求尽可能做到经济、技术、政策上的相互结合。2）宏观经济效益要和微观经济效益相结合。3）近期经济效益要和远期经济效益相结合。4）直接经济效益要和间接经济
28、效益相结合。5）定量的经济效益要和定性的经济效益相结合。6）经济效益评价还要与综合效益评价相结合，5经济分析的方法：工程经济分析的主要是论证技术方案的经济效益。经济效益实质上就是有用成果和劳动耗费的比较，1）回收期分析：回收期分析就是使累积的经济效益等于最初的投资费用所需的时间，投资回收期可分为静态投资回收期和动态投资回收期。2）净现值分析：净现值是指投资项目所产生的现金净流量以资金成本为贴现率折现之后与原始投资额现值的差额。3）投入产出比率：投入产出比率是投资项目收益与项目投资的比率，是对投入利用效能的直接测量标准。4）内部收益率：内部收益率是指项目在整个计算内各年财务净现金流量的现值之和等
29、于零时的折现率，也就是使项目的财务净现值等于零时的折现率。5）生命周期成本分析：生命周期成本指产品在整个生命周期中所有支出费用的总和，包括原料的获取、产品的使用费用等。6）评价指标。6光伏建筑一体化的经济效益主要来源于以下几个方面：能源成本的节约、出售电能的收益、加强的电能质量和可靠性、减少的建筑成本、环境上的气体减排、增加的租金、税收减免、补助和其他刺激措施。7并网的费用一般包括初装费、输出电量税、电表校准税、培训费和附加费。8光伏建筑一体化系统的成本主要是取决于系统的类型和规模。9光伏组件的回收：回收非晶硅光伏组件的一个可行性方法就是利用喷沙将玻璃上的薄层除去，但这种分离薄膜材料的方法并不
30、经济，因为只有玻璃能够被重新利用。薄膜型组件的回收，例如碲化镉组件的回收方法，基于一个闭合回路的电化学过程，可以迅速地将损坏或失效的光伏组件转化成新的高效率的光伏组件。10光伏系统中除了光伏组件之外的部分统称为光伏系统配件，这包括系统的布线、电子和电力组成部分、支架和电池等。11世界光伏技术发展趋势：1）光伏电池效率的不断提高：实验室效率，单晶硅24.7%，多晶硅20.3%，非晶硅薄膜13%，碲化镉16.4%，铜铟硒19.5%；商业化效率，晶体硅14%20%，（多晶硅14%16%，单晶硅16%20%）。2）商业化光伏电池硅片厚度的持续降低，降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶体硅光伏电池成本的
31、有效技术措施，生产规模不断扩大和自动化程度的持续提高是光伏电池生产成本降低的重要方面。3）光伏电池组件成本的大幅度降低。4）晶体硅光伏电池技术持续进步，薄膜光伏电池快速发展。第二部分 建筑物太阳能空调技术第五章 太阳能制冷技术（一） 太阳能热利用及集热技术1人类利用太阳能的途径主要有以下三类：太阳能光热转换、太阳能光电转换和太阳能光化学转换。太阳能制冷技术可以通过两种太阳能转换方式实现，其一是太阳能光电转换，然后用产生的电能驱动常规压缩式制冷系统，消耗机械能制冷；二是太阳能光热转换，利用太阳能集热器将太阳光能转化为热能，然后用太阳热能作为热源驱动制冷机组，消耗热能实现制冷。2太阳能制冷形式主要
32、有太阳能吸收式和太阳能吸附式制冷。3太阳能制冷技术就是：通过太阳能光热转换将太阳能转化为热能以驱动制冷机的技术。太阳能的光热转换主要靠太阳能集热器来实现，太阳能集热器是吸收太阳辐射并将光热转换得到的热能传递到传热工质的装置，是太阳能制冷技术实现的关键部件。4太阳能集热器根据其不同的集热方法可以分为非聚焦式的平板型太阳能集热器和聚焦型太阳能集热器，根据集热器的不同结构分为平板集热器、真空管集热器和热真空管集热器。根据不同的工作温度范围可分为低温集热器、中温集热器和高温集热器。5真空管太阳能集热器可以分为玻璃吸热体真空管（全玻璃真空管）集热器和金属系热体真空管（玻璃金属真空管）集热器两大类。真空管
33、是真空管太阳能集热器的关键组成部分，主要由外层的玻璃管和内部的吸热体组成。6对真空管的技术要求：1）玻璃由很好的透光性、热稳定性、耐冷热冲击性由较好的机械强度，膨胀系数低，耐腐蚀已易加工。2）涂于内玻璃管外表面的选择吸收涂层的太阳辐射吸收率大于0.86，由良好的真空性能，耐热性能和光学性能。7金属吸热体真空管集热器：包括热管式、同心套管式、U型管式、储热式、直通式和内聚光式真空管。8热管式真空管集热器由热管式真空集热管、导热块、连集管、隔热材料、支架和套管组成，其中热管式真空管集热管是热管式真空管集热器的关键构件，由热管、金属系热板、玻璃管、金属封盖、弹簧支架和消气剂构成。9热管式真空管集热器
34、的优点：除了具备工作温度高、承压能力大和耐热冲击性能好等这些金属吸热体真空管集热器共有的优点外，还又有独特的优点：1）热管式真空管内没有水，耐冻；2）热容量小，集热器的输出能量高；3）单向传热，保温性能好。10同心套管式真空管集热器的独特优点：传热介质进入真空管后被吸热板直接加热，减少了二次传热的热量损失，热效率高，可以水平安装，可以简化安装支架又可避免影响建筑物外观。11聚焦型太阳能集热器需要跟踪太阳的位置，由两种办法：一种是地平经纬仪法，这种方法可使聚焦型集热器同时调整经度方向的角度和纬度方向的角度来追逐太阳位置的变化。另一种是平均旋转角速度法，通过每小时将聚焦性集热器旋转15，集热器可在
35、3月21日到9月21日准确跟踪太阳在天空中的位置。（二） 太阳能吸收式制冷技术12太阳能吸收式制冷技术是使用太阳能经集热器光热转换得到的热能驱动吸收式制冷机实现制冷的技术。13吸收式制冷是通过液体吸收剂来吸收制冷剂蒸汽，然后通过驱动热能加热液体，产生的高温高压制冷剂蒸汽将从低温环境中吸收的热量释放到外界环境中。吸收式制冷就是利用溶液的浓度随其温度和压力变化而变化的这一物理性质通过热源对二元溶液的加热使制冷剂蒸发汽化与二元溶液分离，所产生的高温高压制冷剂蒸汽向环境放热后并经过节流阀变为低温低压液态制冷剂，然后依靠低温低压液态制冷剂的蒸发汽化而制冷，又通过二元溶液吸收已吸热汽化的气态制冷剂。14目
36、前常用的制冷剂-吸收剂工质对主要有两种：一种是溴化锂-水工质，其中水是制冷剂，溴化锂是吸收剂；另一种是氨-水工质，氨是制冷剂，水是吸收剂。15吸收式制冷机主要由发生器、吸收器、蒸发器和冷凝器组成，这两个热交换设备组成了制冷剂循环和吸收剂循环两个循环环路。16选用溴化锂-水作为工质由如下优点：溴化锂这种盐类化合物的沸点很高，远高于水的沸点，因此在工质对的气相中实际上九只有水蒸气，不会存在溴化锂蒸汽，循环过程中不需要精馏；二元溶液的蒸汽压大大偏离拉乌尔定律，且为负偏差，即二元溶液对气态制冷剂水蒸气的吸收能力很强。17单效溴化锂吸收式制冷循环是溴化锂吸收式制冷循环的基本形式单效溴化锂吸收式制冷机主要
37、由蒸发器、冷凝器、发生器和吸收器组成，蒸发器的作用是使低温低压的液态制冷剂水在其中吸收热蒸发为低温低压的水蒸气，产生制冷效应，吸收器的作用相当于蒸汽压缩式制冷循环中压缩机的吸气行程，是将蒸发器中生成的水蒸气不断抽吸出来，使制冷剂在系统中循环并维持蒸发器内的低，发生器的作用则相当于蒸汽压缩式制冷循环中压缩机压缩过程，不断产生高温高压的制冷蒸汽，冷凝器的作用是将高温高压的汽态制冷剂水蒸气在其中放热冷凝为液态水。18单效溴化锂吸收式制冷循环的5个过程：1）稀溶液经溶液热交换器的升温过程；2）稀溶液在发生器中的发生过程；3）浓溶液经溶液热交换器的冷却过程；4）浓溶液和稀溶液的混合过程；5）混合溶液在吸
38、收器中的吸收过程。19溴化锂吸收式制冷系统的优点：1）使用热能驱动制冷，可明显节约电能，而且可利用低品位的可再生热源及余热废热等；2）整个机组除功率较小的溶液泵外，无其他运动部件，噪声小；3）所用的制冷剂满足环保要求；4）整个系统在真空状态下运行，无高压爆炸危险，工作安全可靠；5）由优良的调节性能，制冷量调节范围广，可在20%100%的负荷范围内进行冷量的无极调节；6）对外界条件变化的适应性强，可在一定的热煤水进口温度、冷煤水出口温度和冷却水温度范围内稳定运转；7）对安装基础的要求低，无需特殊机座，室内外均可安装。20溴化锂吸收式制冷系统缺点：1）溴化锂作为盐类化合物，其水溶液对普通碳钢有较强
39、的腐蚀性，对机座的性能和正常运行有一定的影响；2）气密性要求高，即使漏进微量的空气也会影响机组的性能，对机组的制造工艺要求较严格；3）溴化锂水溶液在浓度过高或温度过低时容易结晶。21针对缺点所产生的措施：1）防腐蚀措施，在溴化锂水溶液中加入缓蚀剂；2）抽气措施，安装抽气设备，用于排除机组内的不凝性气体；3）防结晶措施，在发生器中设浓度溢流管。4）提高效率的措施，对热交换器的传热表面进行处理，在溶液中加入表面活性剂来提高换热器的传热效率，降低金属耗量。（三） 太阳能吸附式制冷技术22太阳能吸附式制冷技术有以下特点：1）与蒸汽压缩式正冷方式相比，结构简单、初投资及运行费用少、使用寿命长、无噪声、无
40、环境污染、能有效利用可再生能源及低品位能源等优点，不存在制冷工质腐蚀及结晶等问题，无需溶液泵或精馏装置，无运动不坚及电力消耗，整个系统运行安全可靠；2）有适应不同的热源及蒸发温度的吸附工质对可供选择，大部分可在低温下运行，可与低温太阳能集热器配合工作，降低了初投资；3）系统的制冷功率与太阳能热源强度高度匹配，太阳辐射度越大系统的制冷功率越大；4）单位质量制冷工质的制冷功率性对较小，因此常见的系统制冷量通常较小；5）由于吸附剂解析和吸附过程缓慢，导致吸附式制冷循环的循环周期较长；6）吸附式制冷系统的COP偏小且随工质对的性能、循环工况、传热性能的不同有较大变化。23太阳能吸附式制冷技术有：基本型
41、吸附式制冷循环、连续回热型吸附式制冷循环、双效复叠吸附式制冷循环。（四） 其他太阳能制冷方式24其他方式有：太阳能蒸汽喷热式正冷、太阳能热机驱动蒸汽压缩式制冷和太阳能除湿制冷。25喷射式制冷系统的主要优点有：1）喷射器没有运动部件、结构简单、运行可靠；2）相当于蒸汽压缩机喷射器可在低品位热源驱动下工作，可充分利用可再生能源和余热等；3）可以利用水等环境友好型工质作为制冷剂，满足环保要求；4）喷射器结构简单，可与其他系统构成结构简单而效率较高的混合系统。第六章 太阳能除湿空调技术1目前常规的空调系统都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿，再将冷却干燥的空气送入室内，实现排热除湿的目的。2大多
42、数空调系统是依靠空气通过冷表面对空气进行降温除湿。3温湿度独立控制空调系统的主要组成部分是处理显热的系统和处理潜热的系统。第七章 太阳能制冷与空调系统的蓄能方式（一） 太阳能热储存1太阳能的蓄热方式可以分为显热式、潜热式和热化学式三大类。显热式蓄热就是利用加热蓄热介质，使其温度升高而蓄热，所以也叫热容式蓄热。潜热式蓄热通过加热蓄热介质到相变温度时吸收的大量相变热而蓄热，所以也叫相变式蓄热。热化学式蓄热是通过可逆化学反应实现热量储存和释放过程的蓄热方式。蓄热过程主要涉及的参数包括储能周期、储能密度、热能的储存和释放速度。2增加显热储存的途径包括提高蓄热介质的比热容、增加蓄热介质的质量以及增大蓄热
43、温度差。选择蓄热介质时还必须综合考虑密度、黏度、毒性、腐蚀性、热稳定性和经济性。3水是最常见的蓄热介质，岩石是除水外应用最广的介质。4热量储存的评价依据：1）技术依据；2）环境依据；3）经济依据；4）节能依据；5）集成依据；6）储存耐久性。5太阳能蓄热系统中应注意的问题：1）能量转换的全过程；2）蓄热装置的容量；3）蓄热装置的隔热性能。6无无机氧化物作为中、高温先热蓄热介质时，具有以下优点：1）高温时蒸汽压力很低；2）不和其他物质发生反应；3）比较便宜。7与显热储存相比，相变蓄热由以下优点：1）容积蓄热密度大；2）温度波动幅度小。（二） 蓄能太阳能空调系统8太阳能蓄能空调，按照采用蓄能方式的不
44、同加以划分分为显热蓄能、潜热（相交）蓄能和化学能蓄能等。9蓄热水箱目前有单水箱蓄热、多水箱蓄热或蓄冷以及分层水箱蓄热等多种形式。10潜热蓄能的主要优点是蓄能密度大，以及相变过程的温度近似恒定。11相变蓄能材料（PCM）主要有含结晶水的无机盐、石蜡和某些有机物，一些碱、盐和金属也有可能作为相变蓄能材料。12相变蓄能材料具有可以透过可见光以及吸收红外辐射的特性。13以空气为携热介质的开式太阳能吸收式制冷循环的优点：1）由太阳能集热器与开式吸收式制冷循环所构成的太阳能空调系统结构简单、单位制冷量的系统总造价低，易于大规模推广使用；2）以空气为携热介质的系统，太阳能集热器无冻坏的问题，并且因为空气的热
45、容小，所以系统的启动较快；3）以空气为携热介质的吸收式太阳能制冷循环所要求达到的热空气温度并不高，当热空气温度达到75时制冷循环就能进行；4）以空气为携热介质的吸收式太阳能制冷循环COP值随环境温度的升高而增加，因此该系统更适合于在高温炎热环境下工作。第八章 太阳能制冷、空调与建筑物的有机结合1微气候是指在建筑物周围地面上及屋面、墙面、窗台等待定地点的风、阳光、辐射、气温与湿度等气象条件。2一年中对太阳总辐射有影响的因素可分为以下五类：天文因子类，包括太阳常数、日地距离、太阳赤纬、时角；地理因子类；几何因子类；物理因子类；气象因子类。3太阳能保证率是指在太阳能利用系统中，太阳能所提供的能量占系
46、统总负荷的百分率。4建筑规划设计要求：应从建筑基地的选择到建筑群体布局、日照间距、朝向以及地形的利用等方面综合考虑，首先，要做到合理的基地选择与场地规划；其次，朝向的选择应能同时兼顾到利用太阳能并于夏季利用阴影和空气流动降低建筑物内外表面的温度；再次，为保证各排建筑物获得所需日照量，前后两排建筑之间应保持一定的日照间距。5建筑物降低夏季冷负荷的防热综合措施：1）降低建筑内热源；2）建筑整体防热；3）自然通风降温；4）夜间冷却；5）蒸发冷却。6太阳能制冷、空调技术与建筑物的有机结合的四个方面的要求和评判标准：1）在外观方面，应做到太阳能集热器的合理摆放与布置，实现视觉效果上的协调与统一；2）在功
47、能方面，确保安装太阳能集热器后建筑物的承重和防水等功能不受影响，同时考虑低于强风、暴雪、冰雹等的能力；3）在集热系统管路布置方面，应合理设计太阳能循环管路以及冷热水供应管路，尽量减少在管路上的热量损失；4）在系统运行方面，要求太阳能集热系统可靠、稳定、安全、易于检修和维护，合理解决太阳能与辅助能源的匹配问题，通过完善的自控设计实现整个系统的智能化全自动控制。7太阳能光热设备与建筑的有机结合，具体实施时应考虑以下几方面：1）太阳能集热系统与建筑物相结合后的外观与风格问题；2）分体式太阳能集热系统更易于实现与建筑物的有机结合；3）太阳能集热系统与建筑物各部分围护结构的灵活结合；4）整个太阳能集热系
48、统的循环管路与建筑结构、水电系统的协调；5）有机结合的关键是太阳能集热与建筑物做到同步规划设计，同步施工安装。8太阳能制冷、空调技术的局限性，表现为以下几个方面：1）虽然太阳能空调技术可以显著减少一次常规能源的小号，大幅度降低运行费用，但由于现有太阳能集热器的成本较高，造成了整个太阳能空调系统的初投资偏高，因此目前只适用于经济条件较好的用户；2）由于到达地球的太阳能辐照密度不高，收集制冷所需的太阳能需要安装较大规模的太阳能集热系统，使太阳能集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制，因此目前只适用于层数不多的建筑；3）虽然太阳能空调开始进入实用化示范阶段，但目前可以实现商品化的太阳能制冷系统多为大制冷量的溴化锂吸收式制冷机，只适用于商用和公用的中央空调。 根据以上的局限性，目前研究和发展重点主要在三个方向展开，即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷。第三部分 其他太阳能技术在建筑中的应用第九章 太阳能热利用技术简介1热量传递由三种方法：导热、对流及热辐射。2辐射传热是物体的部分热能转变成电磁波辐射能向外发散，当电磁波碰到其他物