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摘要：太阳能是世界上最大的可被利用的可再生资源，同时太阳能又是其他一些可再生能源的源泉，如风能、水能、潮汐能等。随着社会经济的发展，工业化进程的加快，对能源的需求日益增加，不可再生的化石能源被大量使用，石油、煤炭等面临枯竭，同时化石资源的过度利用使自然环境面临巨大的挑战，而太阳能作为清洁的可再生能源被许多国家所关注，太阳能建筑也应运而生，实现太阳能技术和建筑设计的完美结合，将成为当前建筑创新、协调发展的一个新选择。
关键词：太阳能建筑；应用技术；发展方向
1太阳能应用的背景
进入21世纪，人类面临的最大的生存危机是能源危机。常规能源（石油和煤炭）等矿物燃料，燃烧时产生大量的二氧化碳，严重破坏生态环境。而且这些能源的储备量正在快速地减少。对于新能源的利用和技术的改进已成为各国政府、特别是发达国家的重要战略国策。
在重多新能源中，由于太阳能具有清洁、无污染、永不枯竭的优点，它的利用不但可以减少对常规能源的消耗，而且可以降低二氧化碳的排放、保护环境，因此在建筑中受到了人们越来越多的关注。经过数十年的研究和开发，太阳能在建筑中的利用已取得显著成果并转化为生产力。
2国内外太阳能建筑的发展现状
2.1国外太阳能发展现状
欧洲在过去的几十年里，太阳能产业发展较快。2007年欧洲总太阳能产热量为48TJ，总太阳能发电量为2517GWh.欧洲国家积极推动建筑太阳能技术的发展，主要技术类型有太阳能热利用技术和太阳能发电技术。欧洲国家的太阳能应用技术水平走在了世界的前列。
美国现在已将光伏板直接嵌入屋顶和外墙，实现了光伏建筑一体化。
亚洲太阳能技术成熟地区主要集中在日韩等经济条件发达的国家。以日本为例，日本在20世纪90年代初在太阳能光伏发电方面取得了巨大的成功，是世界上光伏发电最大的市场之一。90%的太阳能光伏发电系统为屋顶并网系统。
2.2国内太阳能建筑的发展现状
我们国家也大力倡导太阳能与建筑相结合的建筑一体化。全国太阳能热利用面积已经达到15.2亿m2以上，光伏建筑应用也已经达到1376.4MW，一部分已经能替代常规能源，成为我国节约一次性能源使用，减少温室气体排放、保护大气环境的重要技术手段。
3太阳能在建筑中的应用技术
太阳能在建筑中的应用主要可分为光热应用、光电作用和光化学应用。但是光化学作用目前应用不多，因此，下面我们分别介绍太阳能的光热作用和光电作用在建筑上的应用。
3.1太阳能光热作用在建筑中的应用
太阳能光热作用在建筑中的应用按照有无机械动力可分为主动式和被动式两大类。没有机械动力称为被动式建筑，反之则为主动式建筑。
3.1.1被动式太阳房的采暖方式主要有以下几种
（1）直接受益式：这是太阳能采暖最常见的方法，就是让太阳光穿过窗户直接照进来。室内的地面、墙面选用蓄热能力强的材料，室内的热量经对流和辐射的方式逐渐地将室内空间加热。这种太阳能采暖方式最直接、简单、效率也较高。
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（2）集热墙式：集热墙式就是在玻璃窗的后面建一道重型结构墙，而且在墙外表面涂有吸收率高的涂层，顶部和底部分别开有通风孔。这种形式的太阳房在供热机理是：太阳光穿过透光材料照射集热蓄热墙，墙外表面温度升高，加热夹层内的空气，热空气自然上升，流入室内，冷空气从室内经下面的孔流入夹层，形成自然对流。而且墙体吸收辐射后通过传导、辐射方式直接向室内传递热量。在夜间需要关闭上下风口，防止逆循环。
（3）附加阳光间式：在房屋主体南面附加一个玻璃温室，让温室里的热空气来加热相邻的房间，在同时起到减少房间的热量损失的作用。而且附加阳光间因为有一定的空间，所以有实用功能，可以做为生活空间，养花养草、娱乐休息。
3.1.2主动式太阳房的采暖方式主要有以下几种应用：
（1）太阳能热水器的应用
太阳能热水器是利用温室原理，将太阳辐射能转变为热能，并向冷水传递热量，从而获得热水的一种系统。太阳能热水系统由集热器、蓄热水箱等相关附件组成。
我国第一台太阳能热水器是1958年由北京市建筑设计院研制开发，用于北京天河农场的公共浴室。目前我国国产的太阳能热水器已经占居了我国的太阳热水器市场，如：皇明、太阳雨等，还出口国外，质量上已经达到国际先进水平。但是长期以来，太阳能热水器一直是房屋建成后由用户购买安装，而目前高屋建筑校多，很多建筑是无法安装太阳能热水器的，因此国家发改委、建设部提出将太阳能热水器与建筑结合的理念，而且近几年也取得了一些实质性的进展。将太阳能集热系统安装于阳台或直立墙面上，与建筑完美结合，解决了高层、多层建筑安装太阳能热水。
（2）太阳能供热系统
近几年，太阳能供热系统在国内的应用逐渐增多，国内一些研究单位、高校、企业相继开展太阳能采暖相关研究工作。目前，研究热点主要集中在这几个方面：太阳能采暖系统模型及模拟研究及设计软件的开发；太阳能采暖的适用性、节能及经济性的评价与分析；系统优化的研究。
（3）太阳能制冷系统
太阳能制冷主要可以通过光—热和光—电转换两种途径实现。光—热转换制冷是指太阳能通过太阳能集热器转化为热能，根据所得到的不同热能品位，驱动不同的热力机械制冷。光—电转换制冷是指太阳能通过光伏发电转化为电力，然后通过常规的蒸汽压缩制冷，半导体热电制冷或斯特林循环等方式来实现制冷。太阳能制冷技术应用的市场条件目前仍不成熟，处于示范工程阶段。
3.2太阳能光电作用在建筑中的应用
太阳能光伏发电系统就是用太阳能电池作为电源为建筑供电。太阳能电池的特性：在光的照射下，内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光电效应。
单体太阳电池———太阳电池的最基本单元，是产生电压和电流的基本材料。每个硅电池片的输出电压约为0.5V，输出功率1~3W不等。边长在2~10厘米之间。
太阳电池组件或称光伏组件———由于电池片易损坏、电压低，为了保护电池片和提高工作电压，出厂前还需要对电池片进行连线焊接和封装，以组装成由多个电池片串联而成的“太阳电池组件”，组件是构成最小实用型功率系统的基本单元。目前，每个太阳电池组件的输出电压大约17.5V左右，输出功率在40W~200W之间不等。光伏方阵———在光伏发电系统中，将多个太阳电池组件组装在一起，其功率应满足系统负载的需要，这样的发电装置集合体称为“光伏方阵”在大型光伏发电站里，为了便于安装和进行能量处理，可以将规模过大的方阵分成多个较小的“子方阵”。方阵规模可以小至只有一个组件，用于并网的方阵可以大到上十万个组件。
世界第一块单晶硅太阳电池是在1954做成的，光电转换效率仅为6%的，开创了光伏发电的新纪元。现在的多晶硅太阳能电池的转换效率最高可以达到24%。
我国从1958年起进行光伏器件研究。70年代中后期，自制光伏航标灯、太阳灯塔、气象及通讯用光伏电源。中国光伏产业现在已经成为世界第一的光伏组件生产国和出口国。预计光伏发电将在本世纪中期为人类提供30%左右的电力，成为重要的战略替代能源。
4结语
综上所述，太阳能建筑在我国已经被认可并且已经投入到建筑应用中，其中的标志性太阳能建筑已经处于世界前沿，引领世界太阳能建筑的发展，太阳能建筑技术的技术已处于世界领先的地位，但太阳能建筑在民用建筑方面的应用还太单一，且太阳能系统的成本较高，所以太阳能建筑在民用方面还有待提高。
参考文献
［1］郝国强，李红波，陈鸣波.光伏建筑一体化（BIPV）并网电站的应用与发展；“上海节能”2006年.
［2］张拓，衣建全杨小天；太阳能光伏发电在我国建筑设计中的应用现状及其重要意义；“吉林建筑工程学院学报”Vol.30No.5.
［3］扬立权，王琪，刘姗姗；太阳能采暖系统应用现状与发展；“农业与技术”Vol.36No.01.
论文作者:赵莉1,陈莹莹2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/9/30
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