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關(guān)鍵詞： 建筑物節(jié)能 太陽能建筑 能源建筑物 綜合應(yīng)用
建筑節(jié)能成為日益關(guān)切的大問題,當(dāng)今社會十分關(guān)注建筑工程的能耗及建筑物使用過程中長期的能耗,因此要根據(jù)建筑設(shè)計的節(jié)能要求,尤其是利用太陽能建筑技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1建筑物的節(jié)能技術(shù)
建筑節(jié)能是技術(shù)進步的重要標(biāo)志,新能源利用是實現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在目前條件下,建筑節(jié)能主要采取以下五項技術(shù)措施:
1.1減少建筑物的外表面積。建筑物的外表面積的衡量值是體形系數(shù)。控制建筑物體形系數(shù)的重點是平面設(shè)計,當(dāng)平面凸凹過多,建筑物外表面積就會增加。如住宅建筑設(shè)計中,經(jīng)常會遇到臥室及衛(wèi)生間開窗問題,由于衛(wèi)生間靠內(nèi)開窗要凹進平面很多,無形中增加了建筑物外表面積,另外還有飄窗,曬臺等構(gòu)造對節(jié)省能源很不利。所以對平面設(shè)計時,要綜合考慮多種因素,在滿足使用功能的同時,使建筑物體形系數(shù)控制在有合理效范圍內(nèi)。另外在立面造型,層高控制方面也會影響到建筑物體形系數(shù)。進入21世紀許多高層建筑采取矩形平面及矩形組合,使建筑物外表面積相應(yīng)減小,整體尺寸較和諧,也保持了建筑物的外觀,對建筑節(jié)能是有益的。體現(xiàn)了建筑設(shè)計理念的新思維。
1.2重視圍護結(jié)構(gòu)體設(shè)計。建筑物的能源和熱工消耗,主要反映在外圍護結(jié)構(gòu)上。圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括:選擇圍護結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造,確定圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),外墻受周邊冷熱橋影響下其平均傳熱系數(shù)的計算,圍護結(jié)構(gòu)熱工性能指標(biāo)及保溫層厚度的計算等。在外墻外側(cè)或者內(nèi)側(cè)增設(shè)一定厚度的保溫材料,以提高墻體的保溫性能,是現(xiàn)階段墻體節(jié)能的重要措施。目前外墻保溫多數(shù)采用聚苯乙烯泡沫塑料板類材料。在施工過程中按照保溫材料的施工程序,加強保溫板的粘結(jié)及固定牢固,保證邊緣及底部的質(zhì)量,才能達到保溫效果。同時屋面是熱量波動最大的部位,需要采取有效措施增加保溫隔熱效果和耐久性。
1.3合理控制窗墻面積比例。同自然環(huán)境接觸面大的還有外門窗。許多分析和試驗表明,門窗占全部熱能耗的50%左右。對門窗進行節(jié)能設(shè)計就會明顯提高節(jié)能效果。必須選擇熱阻值高的門窗框體材料。現(xiàn)在許多門窗框體材料常用塑料內(nèi)襯托鋼架,斷熱鋁合金框,低輻射鍍膜中空玻璃。窗戶的氣密性要好,認真控制窗墻面積比例,北向不留大窗和飄窗,其它朝向也不宜使用飄窗。在工程實踐中,建筑物為了立面效果,許多住宅建筑采取大面積窗戶。在無法減小窗戶大面積的情況下,也要采取措施:如盡量把窗戶安排南側(cè),增加窗戶的固定扇,加強框及扇邊緣的密封,根據(jù)規(guī)定進行權(quán)衡判斷計算,以達到建筑物的整體節(jié)能效率。
1.4加強其它部位的保溫隔熱措施。其它一些部位的保溫隔熱措施如地板,樓板,欄板及冷熱橋部位進行保溫隔熱處理。寒冷及嚴寒地區(qū)建筑物四周內(nèi)外地面處理,不采暖樓梯間墻面及透光窗,單元門入口處理,陽臺樓地面及門窗口處理。需要引起注意的是:遇外界接觸的門要選擇保溫門,外飄窗要采用上下挑板及側(cè)板的,凡是遇外界接觸的板都必須進行保溫節(jié)能處理?，F(xiàn)在建筑采用專門用的節(jié)能設(shè)計軟件,通過綜合計算滿足各項熱工指標(biāo)。要根據(jù)熱工指標(biāo)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,使建筑物整體達到節(jié)能要求。
1.5采取其它節(jié)能措施,綜合實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。另外采取其它一些節(jié)能控制措施如安裝熱量表,熱量控制開關(guān)等,使溫度保持均衡,也是減少能耗的必要手段。事實上建筑節(jié)能的主要內(nèi)容除采暖空調(diào)外,應(yīng)該包含通風(fēng),家用電氣,熱水及照明等。假如家庭所有電氣都是節(jié)能產(chǎn)品,那節(jié)能的潛力更大效果更明顯。
關(guān)鍵詞： 建筑物節(jié)能 太陽能建筑 能源建筑物 綜合應(yīng)用
建筑節(jié)能成為日益關(guān)切的大問題,當(dāng)今社會十分關(guān)注建筑工程的能耗及建筑物使用過程中長期的能耗,因此要根據(jù)建筑設(shè)計的節(jié)能要求,尤其是利用太陽能建筑技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1建筑物的節(jié)能技術(shù)
建筑節(jié)能是技術(shù)進步的重要標(biāo)志,新能源利用是實現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在目前條件下,建筑節(jié)能主要采取以下五項技術(shù)措施:
1.1減少建筑物的外表面積。建筑物的外表面積的衡量值是體形系數(shù)?？刂平ㄖ矬w形系數(shù)的重點是平面設(shè)計,當(dāng)平面凸凹過多,建筑物外表面積就會增加。如住宅建筑設(shè)計中,經(jīng)常會遇到臥室及衛(wèi)生間開窗問題,由于衛(wèi)生間靠內(nèi)開窗要凹進平面很多,無形中增加了建筑物外表面積,另外還有飄窗,曬臺等構(gòu)造對節(jié)省能源很不利。所以對平面設(shè)計時,要綜合考慮多種因素,在滿足使用功能的同時,使建筑物體形系數(shù)控制在有合理效范圍內(nèi)。另外在立面造型,層高控制方面也會影響到建筑物體形系數(shù)。進入21世紀許多高層建筑采取矩形平面及矩形組合,使建筑物外表面積相應(yīng)減小,整體尺寸較和諧,也保持了建筑物的外觀,對建筑節(jié)能是有益的。體現(xiàn)了建筑設(shè)計理念的新思維。
1.2重視圍護結(jié)構(gòu)體設(shè)計。建筑物的能源和熱工消耗,主要反映在外圍護結(jié)構(gòu)上。圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括:選擇圍護結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造,確定圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),外墻受周邊冷熱橋影響下其平均傳熱系數(shù)的計算,圍護結(jié)構(gòu)熱工性能指標(biāo)及保溫層厚度的計算等。在外墻外側(cè)或者內(nèi)側(cè)增設(shè)一定厚度的保溫材料,以提高墻體的保溫性能,是現(xiàn)階段墻體節(jié)能的重要措施。目前外墻保溫多數(shù)采用聚苯乙烯泡沫塑料板類材料。在施工過程中按照保溫材料的施工程序,加強保溫板的粘結(jié)及固定牢固,保證邊緣及底部的質(zhì)量,才能達到保溫效果。同時屋面是熱量波動最大的部位,需要采取有效措施增加保溫隔熱效果和耐久性。
1.3合理控制窗墻面積比例。同自然環(huán)境接觸面大的還有外門窗。許多分析和試驗表明,門窗占全部熱能耗的50%左右。對門窗進行節(jié)能設(shè)計就會明顯提高節(jié)能效果。必須選擇熱阻值高的門窗框體材料?，F(xiàn)在許多門窗框體材料常用塑料內(nèi)襯托鋼架,斷熱鋁合金框,低輻射鍍膜中空玻璃。窗戶的氣密性要好,認真控制窗墻面積比例,北向不留大窗和飄窗,其它朝向也不宜使用飄窗。在工程實踐中,建筑物為了立面效果,許多住宅建筑采取大面積窗戶。在無法減小窗戶大面積的情況下,也要采取措施:如盡量把窗戶安排南側(cè),增加窗戶的固定扇,加強框及扇邊緣的密封,根據(jù)規(guī)定進行權(quán)衡判斷計算,以達到建筑物的整體節(jié)能效率。
1.4加強其它部位的保溫隔熱措施。其它一些部位的保溫隔熱措施如地板,樓板,欄板及冷熱橋部位進行保溫隔熱處理。寒冷及嚴寒地區(qū)建筑物四周內(nèi)外地面處理,不采暖樓梯間墻面及透光窗,單元門入口處理,陽臺樓地面及門窗口處理。需要引起注意的是:遇外界接觸的門要選擇保溫門,外飄窗要采用上下挑板及側(cè)板的,凡是遇外界接觸的板都必須進行保溫節(jié)能處理?，F(xiàn)在建筑采用專門用的節(jié)能設(shè)計軟件,通過綜合計算滿足各項熱工指標(biāo)。要根據(jù)熱工指標(biāo)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,使建筑物整體達到節(jié)能要求。
1.5采取其它節(jié)能措施,綜合實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。另外采取其它一些節(jié)能控制措施如安裝熱量表,熱量控制開關(guān)等,使溫度保持均衡,也是減少能耗的必要手段。事實上建筑節(jié)能的主要內(nèi)容除采暖空調(diào)外,應(yīng)該包含通風(fēng),家用電氣,熱水及照明等。假如家庭所有電氣都是節(jié)能產(chǎn)品,那節(jié)能的潛力更大效果更明顯。
太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點：
1．經(jīng)濟效益高
近年來，隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的減少，價格也會隨之逐步升高，企業(yè)生產(chǎn)成本也同樣不斷攀升。然而，采用太陽能，以用蒸汽生產(chǎn)60℃熱水為例，水溫從20℃升至60℃，每噸熱水耗用的蒸汽可節(jié)約13元。由此可見，太陽能熱水系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用能為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。
2．環(huán)保效果好
太陽能作為清潔型能源，使得采用該系統(tǒng)生產(chǎn)熱水沒有任何污染，如果印染企業(yè)都能采用太陽能生產(chǎn)熱水，將大大改善空氣質(zhì)量。以2006年我國印染行業(yè)生產(chǎn)熱水的規(guī)模推測，全年可以實現(xiàn)減排1 690億m3廢氣和33.8億噸煙塵。與此同時，太陽能熱水系統(tǒng)還可實現(xiàn)增產(chǎn)、隔熱、安全等作用。
1.太陽能技術(shù)特點及在建筑節(jié)能工程中的重要地位
1.1太陽能技術(shù)特點
太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，具有一些其他能源不可比擬之處：（1）普遍性。我國是太陽能十分豐富的國家，2/3以上國土面積年日照量為2200h以上，如河北省年日照時間在2100h～2200h之間，非常適宜太陽能熱利用；（2）無污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃燒時要產(chǎn)生有害氣體和廢渣，但太陽能的利用不會產(chǎn)生廢氣、廢渣，不會對環(huán)境造成污染；（3）安全性。太陽能利用不同于核能發(fā)電，一旦發(fā)生事故就會嚴重污染環(huán)境，造成生態(tài)危機，太陽能利用安全可靠，不會因發(fā)生事故而污染環(huán)境；（4）用之不竭。太陽能是太陽內(nèi)部進行裂變釋放的能量，據(jù)估計在過去漫長幾億年中，太陽只消耗它本身能量的2%，對于人類短暫存活期限來言是用之不竭的。
太陽能作為一種新興能源，其利用也存在一些缺點：（1）受氣候時間影響大，地球的自轉(zhuǎn)造成太陽能晝夜差異大，陰、雨天和晴天太陽能差異大，夏天和冬天差異大。這不僅增加技術(shù)上的困難，也增加太陽能利用的不穩(wěn)定性；（2）利用效率的技術(shù)不成熟，在我國利用較多較成熟的是太陽能熱水器，太陽能熱水器基本是靠天吃飯，太陽能利用率低，諸如太陽能光伏發(fā)電，太陽能供暖在我國起步晚，技術(shù)上不成熟，設(shè)備造價高。
1.2太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的重要地位
建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能技術(shù)政策1996-2010》，其目標(biāo)為在2000年前，新建、擴建住宅和公建項Et的能耗要在1980年當(dāng)熱通用設(shè)計能耗的基礎(chǔ)上節(jié)約50%；從2005年起新建、擴建住宅等項目能耗要在2000年基礎(chǔ)上再節(jié)約30%。隨著改革開放，人民生活水平的提高，熱水淋浴設(shè)備已進人千家萬戶，生活熱水能耗是建筑能耗中不可忽視的組成部分，電熱水器、煤氣熱水器由于其要消耗大量石油、煤炭資源而面臨發(fā)展瓶頸，太陽能熱水器作為我國目前在建筑領(lǐng)域利用最多最成熟的技術(shù)，將是解決住宅等項目部分生活熱水的首選技術(shù)。
2.太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的被動式應(yīng)用
所謂被動式應(yīng)用是指利用房屋結(jié)構(gòu)本身來完成太陽能的集熱、蓄熱和放熱功能。主要是利用南向或者屋頂?shù)拇皯羰龟柟膺M入室內(nèi)，靠室內(nèi)的蓄熱結(jié)構(gòu)來蓄積太陽能，或者直接利用蓄熱外墻來完成對太陽能的蓄積。目前，常用的被動式用法主要有以下三種：
2.1直接收益式系統(tǒng)
直接收益式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡單，只是將陽光可照射到的地面和墻體做成蓄熱結(jié)構(gòu)（一般利用混凝土等重質(zhì)材料做），白天利用其蓄積太陽能，晚間這些表面則又成為散熱表面。
2.2集熱蓄熱墻式系統(tǒng)
這種系統(tǒng)是利用南向的墻體直接來集熱和蓄熱。最常用的就是帶玻璃蓋層的重質(zhì)集熱墻。在玻璃和墻體之間留有空氣夾層，這樣不但可以利用墻體來集熱和蓄熱，而且可以利用空氣的自然對流來使室內(nèi)升溫。如果有玻璃幕墻，再加上內(nèi)部的保溫處理，這樣的蓄熱式墻體，其內(nèi)表面溫度一般均高于室溫，同時配合空氣的對流傳熱，其效果是可以接受的。同時，夏季打開通風(fēng)口，使北窗進來的溫度較低的空氣通過房間后由通風(fēng)口排出，也可以起到夏季通風(fēng)、降溫的效果。
2.3附屬溫室式系統(tǒng)
附屬溫室式系統(tǒng)和集熱一蓄熱墻式系統(tǒng)接近，只不過將玻璃幕墻改做成一個陽光間，利用陽光間的熱空氣及蓄熱的南墻來蓄積太陽能。陽光間內(nèi)的南墻可以開窗，將陽光問內(nèi)的熱空氣導(dǎo)入室內(nèi)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對建筑外立面影響小。
3.太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的主動式應(yīng)用
所謂主動式系統(tǒng)，是指利用太陽能集熱器收集太陽能，然后加以利用的系統(tǒng)。目前，主動式太陽能系統(tǒng)在建筑中的熱利用，主要有采暖、制冷和熱水供應(yīng)三方面用途。
3.1系統(tǒng)形式
太陽能采暖主動式系統(tǒng)可以分為熱水集熱和熱風(fēng)集熱兩種形式。由于熱風(fēng)式集熱系統(tǒng)效率較低，運行控制復(fù)雜，占用的空間很大，和建筑的匹配較困難等原因，所以采用的場合較少。目前，將采暖和熱水供應(yīng)有機結(jié)合起來，共用集熱器的系統(tǒng)是利用太陽能非常有效的一種形式。這樣的系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)形式多樣，但是從集熱器介質(zhì)和熱利用部分介質(zhì)之間的關(guān)系上看，可以分為直接和間接式兩種。
直接利用是指進入集熱器的熱媒和末端使用的二次熱煤相同，不經(jīng)過換熱器的交換。間接利用則正好相反，一、二次熱媒以換熱器為界，兩邊的介質(zhì)相互獨立。
直接式系統(tǒng)集熱和負荷部分是一個整體，集熱器加熱的熱水直接被用戶使用，沒有中間環(huán)節(jié)。間接式系統(tǒng)則通過換熱的形式，將熱量傳給末端用戶，集熱和負荷側(cè)是兩個獨立的系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)形式各有優(yōu)點。直接式系統(tǒng)形式簡單，熱效率高；間接式系統(tǒng)穩(wěn)定性好，系統(tǒng)使用范圍大。
3.2采暖形式對系統(tǒng)的影響
由于太陽能集熱系統(tǒng)受太陽日射強度的限制，其集熱溫度不是很高。如果盲目提高集熱溫度，就要增加集熱面積，不但系統(tǒng)的效率受到很大影響，而且從經(jīng)濟性上也將得不償失。目前，配合太陽能采暖主要還是熱風(fēng)采暖、散熱器和地板輻射采暖幾種形式。由于熱風(fēng)和散熱器采暖都需要較高的供水溫度，而太陽能集熱器的集熱溫度又不可能太高，所以系統(tǒng)的采暖效果不是很好。
地板輻射采暖是配合太陽能采暖的最好的一種形式。地板輻射采暖是把金屬或者化學(xué)管道埋于地下，靠整個地面和室內(nèi)的熱交換來使采暖房間達到設(shè)計溫度。由于地板輻射采暖其散熱面積大，而且主要的熱交換方式為輻射換熱，增加了人員的舒適性。所以，地板輻射采暖要求的供水溫度比較低，一般低于65℃。而且目前地板輻射采暖，其做法通常是利用3-5cm的豆石沙漿做填充層，使地面本身就是一種蓄熱結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)的熱惰性。所以，不論從地板輻射采暖的使用條件，還是其結(jié)構(gòu)特點，都特別適合與太陽能結(jié)合使用，而且完全可以結(jié)合被動式太陽能利用，提高整個建筑的太陽能利用水平。
3.3采暖、制冷、熱水供應(yīng)一體式系統(tǒng)
為了提高太陽能系統(tǒng)的利用率，將采暖、制冷、熱水供應(yīng)組成一套統(tǒng)一的系統(tǒng)，可以達到對太陽能集熱系統(tǒng)的全年使用。因為如果只考慮采暖，夏天過多的熱水量無法處理，夏季空曬會對太陽能集熱器造成不小的損害，所以如果做成一體式的結(jié)構(gòu)，合理考慮集熱面積和各項負荷的關(guān)系，就可以使一套系統(tǒng)四季使用，從而提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。并且通過自控措施及閥門的切換，可以使系統(tǒng)在采暖和制冷工況下分別運行。不過由于使用溴化鋰冷水機組，需要夏季較高的集熱溫度，否則整個系統(tǒng)的效率將很低，溴化鋰冷水機組可以使用單效雙級式，以適應(yīng)較低的供水溫度。
4.結(jié)束語
太陽能在建筑中的應(yīng)用是建筑節(jié)能工作的重要部分。盡管我國太陽能建筑應(yīng)用目前存在著一些不足，但隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的科技進步和相關(guān)政府主管部門、科研機構(gòu)和太陽能產(chǎn)業(yè)相關(guān)廠家的共同努力，我國的太陽能建筑應(yīng)用將在未來得到快速發(fā)展。
【參考文獻】
太陽能是一種可再生的、清潔的、分布廣泛的、免費的能源。人類對太陽能的利用有悠久的歷史。太陽能利用主要包括太陽能熱利用和太陽能光利用。太陽能熱利用應(yīng)用很廣，如太陽能熱水、供暖和制冷、太陽能淡化海水、太陽能熱動力發(fā)電等。太陽能光利用主要是太陽能發(fā)電和太陽能制氫。由于常規(guī)能源短缺，在世界各國政府的大力支持下，作為可再生能源主力的太陽能將在全球能源供應(yīng)中扮演越來越重要的角色。
一、太陽能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用類型
（一）太陽能熱利用技術(shù)
1、采暖系統(tǒng)
現(xiàn)階段主要采用的太陽能采暖中，被動式采暖應(yīng)用的范圍相對于主動式采暖更大。采用太陽能采暖方式可以有效地降低采暖過程中的環(huán)境污染問題，并且采暖的成本較低，噪音影響小。但是受天氣的限制較大，整體熱能轉(zhuǎn)換效率相對較低。在陰雨天氣或者夜間，整體采暖效果欠佳。解決方案是配合其他類型的采暖來滿足室內(nèi)采暖需求。在采暖中應(yīng)用太陽能技術(shù)，其技術(shù)的研究重點就是利用率的提高和回收期的減少。
2、太陽能熱水系統(tǒng)
目前，太陽能熱水系統(tǒng)在綠色建筑中得到了廣泛應(yīng)用，國家已在某些省市強制要求12層以下的建筑必須使用該系統(tǒng)。建筑行業(yè)的大趨勢就是以低能耗、低污染為基點的綠色經(jīng)濟模式，太陽能資源正具備很大的發(fā)展?jié)摿?。在國家政策的大力扶持下，預(yù)計到2020年，全國太陽能熱水系統(tǒng)總集熱面積將達到3億平方米。我國太陽能資源豐富，年平均總?cè)照招r數(shù)比較充裕，足以說明太陽能熱水系統(tǒng)在未來有著美好的發(fā)展前景和利用空間，希望該系統(tǒng)能與綠色建筑緊密結(jié)合，能夠使建筑節(jié)省更多的能源，促進綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展。從整體而言，中國太陽能光熱利用在全世界所占的比例都比較大。
3、太陽能冷氣空調(diào)系統(tǒng)
太陽能輻射量變化幾乎與冷氣空調(diào)負載或電力尖峰負載同步，因此太陽能制冷空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展一直被重視，也能將目前國內(nèi)太陽熱能系統(tǒng)偏重于盥洗應(yīng)用的市場，拓增至冷卻空調(diào)應(yīng)用市場領(lǐng)域?，F(xiàn)階段使用熱能驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)其熱源主要來自鍋爐、氣電共生、引擎廢棄以及太陽熱能等。其系統(tǒng)運行由于無機械式耗能的壓縮機，只有冰水泵、冷卻水泵以及熱水泵，其特性是結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)安靜、維護簡單、制冷成本低廉以及節(jié)約能源等。熱能驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)并無使用CFCs（氟氯碳）化合物作為冷媒，無污染環(huán)境的問題，是具環(huán)保概念的空調(diào)系統(tǒng)。
（二）太陽能發(fā)電技術(shù)
利用太陽能電池，光伏發(fā)電可以借助半體界面具備的光生伏特特點，實現(xiàn)光能向電能的直接轉(zhuǎn)變。在串聯(lián)太陽能電池之后，展開封裝保護工作，可以組成大面積的太陽能電池構(gòu)件，并結(jié)合功率控制設(shè)備構(gòu)成光伏發(fā)電裝置。光伏行業(yè)方面要結(jié)合自身豐富的發(fā)展經(jīng)驗，適當(dāng)擴大生產(chǎn)量與生產(chǎn)規(guī)模，并降低成本。其中，發(fā)電成本需要具體參考經(jīng)濟使用年限、整體系統(tǒng)價格、利率、運行費用與維護、保險費用等因素，對成本造價進行合理預(yù)算。
現(xiàn)階段，我國現(xiàn)代居民住宅區(qū)內(nèi)部的工程照明系統(tǒng)，選用太陽能發(fā)電為輔電源。通過太陽能發(fā)電，在一定程度上實現(xiàn)了對能源消耗量的降低，同時降低了太陽輻射能帶來的影響，實現(xiàn)了對生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化與保護。此外，太陽能熱發(fā)電內(nèi)容主要是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后利用熱能進行發(fā)電，在建筑節(jié)能技術(shù)方面同樣得到廣泛應(yīng)用。
二、提高節(jié)能建筑中太陽能技術(shù)應(yīng)用有效性對策
首先，政府應(yīng)當(dāng)及時出臺支持發(fā)展太陽能技術(shù)發(fā)展，和鼓勵太陽能技術(shù)應(yīng)用于建筑中的政策，并給予資金和技術(shù)支持，還要推動提高民眾的節(jié)能環(huán)保意識，使其更樂意接受和使用太陽能產(chǎn)品。其次，提高民眾對太陽能技術(shù)的支持度，不僅需要政府的努力，社會組織通過動員活動，提高民眾對能源的保護意識，對太陽能技術(shù)的了解，以及對太陽能技術(shù)應(yīng)用于建筑的支持。最后，建筑行業(yè)及太陽能行業(yè)應(yīng)該加強聯(lián)系和交流，共同探討出合適的建筑項目，以推動太陽能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用；建筑人員應(yīng)該主動了解更多太陽能技術(shù)，太陽能技術(shù)研究人員應(yīng)該對我國不同地區(qū)、不同類型的建筑都有充分的了解，結(jié)合不同建筑的功能需求和設(shè)計生產(chǎn)出合適的太陽能產(chǎn)品，推動其應(yīng)用在建筑中。
三、結(jié)語
總而言之，我國的許多行業(yè)都會消耗大量的能源與資源，這導(dǎo)致我國能源儲備受到威脅，必須要尋找新能源來緩解能源消耗的壓力。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，太陽能作為一種清潔的可再生能源，具有不容低估的生命力和廣闊市場，在建筑節(jié)能中充分利用好太陽能有著重要而現(xiàn)實的意義。隨著太陽能建筑一體化技術(shù)的發(fā)展，太陽能在現(xiàn)代城市建筑中的利用將朝著功能化、美觀化和生態(tài)化的方向發(fā)展。
參考文獻：
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2被動式能源建筑的形式
按照太陽能建筑的利用方式可以把能源建筑分為直接受益型、集熱蓄熱墻型、附加型等幾種形式，具體內(nèi)容如下幾個方面。
2.1直接受益型
直接受益型的擦暖形式是以太陽通過一定的透光材料直接進入室內(nèi)，以太陽透過較大的南窗玻璃，通過存儲熱能到維護結(jié)構(gòu)表面的墻和地上，再通過夜間對流輻射的方式和室內(nèi)空間熱傳導(dǎo)進行釋放。建筑要求：建筑正陽的南方要安裝大面積的直接受陽的玻璃窗、圍護結(jié)構(gòu)需要有較大的熱阻、室內(nèi)需有蓄能較好的材料保證能量的積聚。
2.2集熱蓄熱墻型
集熱蓄熱墻型是利用建筑南向的集熱墻（垂直），通過傳導(dǎo)、輻射和對流吸收太陽光而傳送熱能。建筑要求：建筑墻體覆蓋玻璃，在墻體上下設(shè)通風(fēng)口，一方面，太陽能通過墻體熱傳導(dǎo)通過對流輻射吸收熱能到室內(nèi)，另一方面，集熱墻以對流方式傳遞熱能給玻璃和墻體間的夾層，再由室內(nèi)空氣對流傳遞熱能。
2.3附加型
附加型是指在建筑的南面附加一個玻璃罩室，是使太陽光是集受益窗和蓄熱墻的綜合熱能的一種方式。建筑要求：以陽光直射建筑南向，在建筑室內(nèi)用門或者窗把房子和陽光隔開，給房間一個緩沖的減少熱能消耗，以此給房間熱能供給。
3節(jié)能建筑設(shè)計策略
3.1位置及朝向設(shè)計
被動式太陽能建筑在建造上必須保持足夠的陽光直射，按照太陽偏離的角度和時間以個固定的北緯35°的建筑為例，方向正南向垂直，冬季較夏季受到的輻射要大，當(dāng)太陽直射垂直角度超過30°時接受的能量集聚下降。
3.2建筑平面
被動式太陽能建筑以太陽能利用年規(guī)律的合理為設(shè)計目的，按照使用功能和人們對溫度的舒適度來把控，太陽能的建筑要以溫度舒適性為主，盡可能把臥室和客廳設(shè)計到正南向或者東西向的15°來吸取太陽能，把一些要求溫度不高的比如廁所、廚房、衣帽間可以設(shè)計到北向，在中間設(shè)計一道緩沖區(qū)減少熱能流失。
3.3形體設(shè)計
建筑形體是指建筑單位體積的建筑外表面積，建筑形體系數(shù)的越小度對建筑耗能損失就越小，外維護結(jié)構(gòu)的傳熱損失就小，因此，在設(shè)計上盡可能減小建筑的體形系數(shù)，體形系數(shù)以f0\V0進行表示，除此外，影響到建筑體形的還有建筑的造型、布局和暖通的因素。因此在對建筑節(jié)能的系數(shù)間采取f0\V0<0.3時為最佳控制。
但是，長期以來，老化、失配及陰影等問題便一直困擾生產(chǎn)太陽能發(fā)電設(shè)備的公司，并嚴重阻礙了太陽能應(yīng)用的普及。例如，當(dāng)云朵、樹蔭等障礙物在電池板上帶來陰影遮擋時，將造成嚴重的電壓和電流適配，大大降低太陽能電池板的發(fā)電效率。利用先進的電源管理技術(shù)可以解決這種電壓和電流的適配，盡量減少發(fā)電量的損失。Gartner公司的報告也指出，“光伏產(chǎn)業(yè)下一步的技術(shù)發(fā)展自然是：在太陽能電池板中集成電源管理芯片，從而提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，并符合更嚴格的安全標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
一、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)概述
太陽能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N轉(zhuǎn)化技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是太陽能電池板。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝，形成大面積太陽電池組件，即光伏發(fā)電裝置。目前，太陽能電池板主要有有單晶硅、多晶硅、非晶硅及薄膜電池等。
目前，太陽能光伏技術(shù)主要為太陽能光熱利用與光電利用。太陽能光熱利用通常指采暖與制冷。其中，大型供熱工程屬于太陽能高溫利用，而居民生活熱水供應(yīng)屬于低溫利用；太陽能制冷技術(shù)，主要應(yīng)用于太陽能制冷空調(diào)與太陽能通風(fēng)降溫系統(tǒng)中。
二、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的緊密程度，通常將光伏建筑分為光伏建筑一體化（簡稱 BIPV）和光伏系統(tǒng)附著在建筑上（簡稱 BAPV）兩種形式。
1、BAPV 應(yīng)用形式
BAPV 是直接把封裝好的光伏方陣安裝在建筑物上，組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。它的主要功能是發(fā)電，作為附著在建筑物上吸收太陽光的發(fā)電構(gòu)件，與建筑物的功能不發(fā)生沖突，不會破壞或削弱原有建筑物的功能。
圖 1 是 BAPV 應(yīng)用的一種形式，利用建筑物屋面安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)縱向主支撐型鋼采用 H 型鋼，構(gòu)造簡單又具有一定的高度，使光伏電池板與建筑有一定的通風(fēng)間距，可保證電池板背面溫度不致過高，以免降低光電轉(zhuǎn)換效率；橫向承接型鋼采用 C 型鋼，既簡化了施工工序，又解決了構(gòu)件與線路間的連接問題，方便拆卸，有利于線路的檢修。
圖 2 是 BAPV 應(yīng)用的另一種形式，利用建筑金屬屋面安裝太陽能光伏系統(tǒng)支架與太陽能光伏組件，太陽能光伏系統(tǒng)雖不具有建筑屋頂護結(jié)構(gòu)的功能，但增加了建筑物的美感，且具有發(fā)電功能。
（二）BIPV 應(yīng)用形式
BIPV 是太陽能光伏系統(tǒng)與建筑物同時設(shè)計、同時施工和安裝，與建筑物形成完美結(jié)合。光伏方陣代替建筑物傳統(tǒng)的建筑材料成為建筑物的構(gòu)件，作為建筑物采光頂、外幕墻、外遮陽等結(jié)構(gòu)的一部分，既具有發(fā)電功能，又兼顧節(jié)能降耗，同時光伏方陣的顏色與建筑物搭配協(xié)調(diào)，與建筑物完美統(tǒng)一。BIPV是完整意義上的光伏建筑一體化概念。
光伏建筑一體化建筑集發(fā)電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能于一身，應(yīng)用形式主要有光伏幕墻、光伏采光頂、光伏遮陽、光伏雨蓬、光伏欄板等。
1、光伏幕墻
光伏幕墻是最能體現(xiàn)光伏建筑一體化在建筑中應(yīng)用的一種形式。它通過在玻璃夾層中壓入光伏方陣，組成雙玻璃光伏組件融合到玻璃幕墻中，替代普通玻璃幕墻的玻璃材料，使玻璃幕墻集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體，為建筑帶來額外的綠色概念，體現(xiàn)建筑的智能化與人性化的特點，代表著建筑光伏一體化技術(shù)在建筑中應(yīng)用的最新發(fā)展方向。光伏玻璃幕墻作為建筑物的護結(jié)
構(gòu)，直接吸收太陽能的輻射，可以避免幕墻表面溫度過高，減小室內(nèi)外溫差，有效地降低空調(diào)能耗。但光伏幕墻由于其光伏方陣安裝在垂直幕墻面上，偏離了吸收太陽能的最佳角度，光伏方陣的輸出功率偏低。
2、光伏采光頂
光伏采光頂是光伏建筑一體化在建筑中應(yīng)用的最佳形式，它克服了光伏幕墻偏離吸收太陽能的最佳角度的不足，將光伏方陣安裝在光照好、周圍無高大建筑物遮擋的地方，并將光伏發(fā)電系統(tǒng)作為建筑物屋頂結(jié)構(gòu)的一部分，能更有效地收集太陽能，光伏方陣的輸出功率較高。目前，市場上已開發(fā)并生產(chǎn)出透光率更高的光伏玻璃，進一步滿足了采光頂?shù)牟晒庖蟆９夥晒忭斉c光伏幕墻相比，能更有效地降低太陽光對建筑物的輻射，實現(xiàn)遮陽、節(jié)能。
3、光伏遮陽
光伏遮陽是在建筑的遮陽板上安裝高轉(zhuǎn)換率的光伏方陣，遮陽板不但遮擋陽光，而且具有發(fā)電功能。光伏遮陽有自動跟蹤和固定兩種類型，固定光伏遮陽是根據(jù)建筑物的地理位置設(shè)計最佳的朝陽角度，有效地收集太陽能；自動跟蹤光伏遮陽是根據(jù)太陽高度角、方位角的變化，自動跟蹤最佳的朝陽角度，從而最有效地收集太陽能。
三、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑節(jié)能中的推廣與應(yīng)用
目前，太陽能科技發(fā)展趨勢包括以下兩種，即太陽能光電技術(shù)與太陽能光熱技術(shù)相結(jié)合，太陽能綜合技術(shù)與建筑相結(jié)合。太陽能建筑一體化是未來建筑發(fā)展
的主要形式，它將為人類帶來嶄新的生活方式。當(dāng)前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，例如，北京奧運會、上海世博會、大型加油站、公園等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用使人類的生活方式更綠色、環(huán)保、低碳，以更好的實現(xiàn)可持續(xù)生態(tài)環(huán)境。
1、2008 年，北京奧運會鳥巢體育場設(shè)有太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量約為 130 kW，該系統(tǒng)產(chǎn)生的電力資源直接并入國家體育場的電力供應(yīng)系統(tǒng)，對緩解奧運場館的電力供應(yīng)起到舉足輕重的作用。與此同時，對提倡綠色奧運，使用綠色能源、大力控制和節(jié)能減排、倡導(dǎo)綠色環(huán)保的生活方式起到積極的示范作用。
2、2010 年上海世博會，中國館、主題館、世博中心、演藝中心等安裝的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量超過 4.68 兆瓦，一天的發(fā)電量相當(dāng)于 150 戶居民一個月的生活用電量。太陽能光伏發(fā)電帶來的“陽光世博”也充分展示了我國太陽能利用的技術(shù)水平，極大地推動了我國太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
結(jié) 語
綜上，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用前景廣闊。由于太陽能自身的優(yōu)勢，以及國家對節(jié)能環(huán)保的提倡，相信在不久的將來，建筑業(yè)會充分利用太陽能光伏技術(shù)，使太陽能與建筑成為有機的整體，面向一體化建筑，實現(xiàn)節(jié)能效果。
參考文獻
德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心（HZB）和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）的研究人員聯(lián)合組成的科研小組，成功研發(fā)出一種價格低廉的利用太陽能進行電解水制氫的方法，相關(guān)成果發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》雜志上。
科學(xué)家們開發(fā)的這套系統(tǒng)可以通過太陽光將水分解成氫氣和氧氣，這使得太陽能可以被轉(zhuǎn)換成氫能并存儲起來。亥姆霍茲柏林材料與能源中心太陽能燃料研究所主任羅爾·范·德克羅爾教授說：“我們結(jié)合了兩方面的最佳之處。我們利用了化學(xué)的穩(wěn)定性和金屬氧化物的低廉價格，將其與一個很好但相當(dāng)簡單的薄膜硅太陽能電池結(jié)合，從而得到一個便宜、非常穩(wěn)定和高效的（水解氫氣的）單元?！?/p>
當(dāng)光線射入這個相對簡單的具有金屬氧化物層的硅薄膜電池時，系統(tǒng)會產(chǎn)生一個電壓。金屬氧化物層起光陽極的作用，成為氧形成的地方。它通過一個石墨導(dǎo)電橋連接到太陽能電池單元。由于只有金屬氧化物層接觸到電解液，所以太陽能電池單元的其他部分不會受到腐蝕。鉑金線圈則被用作陰極，這是氫氣形成的地方。粗略計算可以表明這種技術(shù)具有的潛力：以德國每平方米大約600瓦的太陽光能來算，100平方米這樣系統(tǒng)可以在一個小時的日照下分離生成3千瓦時以氫氣形式存儲的能量。
科學(xué)家們系統(tǒng)研究了不同的金屬氧化物在從光入射到電荷分離，直至水分解的過程中的作用，以便進一步優(yōu)化這一過程。德克羅爾說，理論上釩酸鉍光陽極效率最高可達9%。通過用一種廉價的磷酸鈷催化劑，科學(xué)家們顯著地加快了光陽極上氧的生成。研究中最大的挑戰(zhàn)是釩酸鉍層電荷高效的分離。盡管金屬氧化物穩(wěn)定并且便宜，但帶電粒子會趨于迅速重組，使得分解水的過程失效。德克洛爾和他的同事通過研究發(fā)現(xiàn)，在釩酸鉍層里加入額外的鎢原子是有幫助的。這些鎢原子產(chǎn)生的內(nèi)部電場可以很好地防止重組的發(fā)生。
系統(tǒng)中最重要的光陽極是用添加了鎢原子的金屬氧化物釩酸鉍（BiVQ4）制成，并用廉價的鈷磷酸鹽催化劑噴涂和包覆。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)家將含鉍、釩、鎢的溶液噴射到熱玻璃基板上，然后將溶劑蒸發(fā)。通過多次噴涂不同濃度的溶液，得到了一個厚度約300納米的高效光活性金屬氧化物層。德克羅爾說：“我們?nèi)匀徊皇呛芰私鉃槭裁粹C酸鉍工作得非常好。但我們發(fā)現(xiàn)，超過80%的被吸收的光子得到了利用，這實在是一個創(chuàng)紀錄的金屬氧化物，也是物理學(xué)的奇跡。下一個挑戰(zhàn)是按比例將這樣的系統(tǒng)擴展到平方米大小，從而使它們可以生成更多的氫氣?！?/p>
1 太陽能采暖簡介
采暖是我國的能耗大戶。自1991年起平均每年新建建筑10億m2，至1996年底，共有各類建筑約310億m2。每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項需要的耗能占全國能耗總量的11.5％[1]。化石能源的大量消耗，使我國的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴重的環(huán)境污染。因此研究使用清潔的可再生能源－太陽能進行采暖具有重要意義。
太陽能采暖可分為兩大類，一為主動式，另一為被動式。被動式就是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，依靠建筑物本身構(gòu)造和材料的熱工性能，使房屋盡可能多地吸收和貯存熱量，以達到采暖的目的。主動式用集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機及泵等設(shè)備來收集、蓄存及輸配太陽能的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各部分均可控制而達到需要的室溫。
主動式太陽能采暖又可分為直接式和間接式。所謂直接式就是由太陽能集熱器加熱的熱水或空氣直接被用來供暖。所謂間接式就是集熱器加熱的熱水溫度通過熱泵提高后再供暖。采用由于集熱溫度高時，集熱器的效率很低，因此一般采用地板采暖或風(fēng)機盤管。這兩種方式要求熱源的溫度比較低，50℃左右，集熱器具有較高的效率。
本文的研究對象為一個100平米的房間，假定其耗熱量指標(biāo)為50W/m2，采暖室內(nèi)設(shè)計溫度為20℃，溫度低于8℃即進行采暖，設(shè)置備用鍋爐。太陽能負責(zé)8小時的熱負荷。集熱器正南向放置，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥?。該系統(tǒng)同時負責(zé)生活熱水供應(yīng)，每日240L。
2 逐日模擬與綜合熱價法
2.1 逐日模擬方法
目前的太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟分析一般以月平均值進行分析，由于需求與供給之間的不匹配，太陽能未必轉(zhuǎn)化為有用收益。比如，太陽能熱水供應(yīng)中，夏天收集的熱量往往用不完，只能放掉。目前還缺乏令人信服的用于全年模擬的氣象數(shù)據(jù)模型，因此本文以1991-2000年的逐日氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對太陽能利用系統(tǒng)進行工況模擬，在此基礎(chǔ)上進行經(jīng)濟分析[2]。中國幅員遼闊，地區(qū)差異很大，本文只選擇幾個典型城市進行分析。
2.2 綜合能源價格方法
目前，評價太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對太陽能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進行分析。而對太陽能利用系統(tǒng)進行經(jīng)濟分析的目的是，確定針對使用者而言最為經(jīng)濟合理的方案，即相對于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此，本文采用綜合能源價格法[3]。
能源價格指的是購買一定種類能源的費用。它在一定意義上代表了或開采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對于供熱供冷的系統(tǒng)，在其有效使用期限內(nèi)的資金投入主要用于：1）初投資：安裝供熱供冷系統(tǒng)；2）運行費用：在使用期間系統(tǒng)的運行和維護費用。綜合能源價格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費用的累計綜合值與在此期間所提供能量總和的比值。它是一個將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟分析對象相對于提供單位能量所需費用的參數(shù)。
考慮到資金的動態(tài)特性，即不同時期支出貨幣的價值是不相等的，本文在經(jīng)濟分析過程中，將綜合能源價格進行現(xiàn)值處理。即通過將不同時期投人的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法，使資金投入時間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱（冷）的綜合能源價格，在同等價值條件下進行比較。
綜合能源價格現(xiàn)值的表達式為：
式中：M——綜合能源價格現(xiàn)值，RMB／MJ；
V——初投資，RMB；
t——計算年數(shù)；
n——系統(tǒng)有效使用年限；
Z——第t年使用費用，RMB；
i——銀行存款年利率；本文忽略通貨膨脹對銀行年利率的影響，i取常數(shù)。
Et——第t年提供能量總計，MJ；
3 主動式太陽能直接采暖經(jīng)濟性分析
模擬年限為10年。模擬時采用逐日的溫度和太陽輻射。
在染料敏華太陽能電池制作過程中，兩個電極[1]的制作是最重要的制作環(huán)節(jié)，其制作程序直接影響電池的光電性能（光電轉(zhuǎn)換效率等）。
常用來制作染料敏化太陽電池光陽極的半導(dǎo)體材料主要有納米TiO2、ZnO、SnO2、和Nb2O5等氧化物[2]。在納米TiO2薄膜制備領(lǐng)域，目前有兩大研究熱點：在柔性襯底上制備TiO2薄膜和制備規(guī)整有序的納米TiO2薄膜。為了改善電池的光電性能，人們采用了TiCl4表面處理、表面包覆和摻雜等物理化學(xué)修飾技術(shù)來改善納米TiO2電極的特性。TiCl4表面處理可改變TiO2導(dǎo)帶位置，增大光電子注入效率[3]。在納米TiO2表面包覆具有較高導(dǎo)帶位置的半導(dǎo)體或絕緣層以形成類似核-殼結(jié)構(gòu)的阻擋層來減少TiO2導(dǎo)帶電子和氧化態(tài)染料或電解質(zhì)中的電子受體的復(fù)合概率[4]。實驗表明，在納米多孔薄膜中適當(dāng)?shù)膿诫s他類金屬離子可以增強電池的光電性能。劉秋萍等以Mg摻雜TiO2薄膜取得了7.12%的轉(zhuǎn)化效率，較未摻雜的電池短路電流提高了26.7%[5]。張盼盼等的研究也表明，在TiO2薄膜中摻雜Zn能提高TiO2導(dǎo)帶能級，同時可延長俘獲態(tài)電子的復(fù)合時間常數(shù)，提高電池的開路電壓[6]。經(jīng)過二十多年的研究，在對燃料敏化電池的光陽極、染料、電解質(zhì)、對電極等關(guān)鍵材料的研究取得一些列可喜成果之后，其光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到了15%的商業(yè)化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[7]。
現(xiàn)有文獻一般敘述大體制作工序，在實際操作過程中需要有更具體的技術(shù)細節(jié)才能制作出高質(zhì)量的電極。因此我們對光陽極的制作過程做了細致研究，以保證實驗的穩(wěn)定性與可重復(fù)性。
1 燃料敏化電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理（如圖1）
“染料敏化太陽能電池”全稱“染料敏化納米多孔TiO2薄膜太陽能電池”，是模擬自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的納米多孔TiO2半導(dǎo)體膜作為光陽極，并選用適當(dāng)?shù)难趸?還原電解質(zhì)，用鍍鉑的導(dǎo)電玻璃作光陰極。其主要由納米多孔半導(dǎo)體TiO2薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電基底結(jié)構(gòu)組成。
當(dāng)太陽光照射到電池表面時，鑲嵌在納米TiO2薄膜表面的光敏染料吸收光子，染料分子受到激發(fā)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，后TiO2的導(dǎo)帶注入電子，此時染料自身轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸伒恼x子。注入到二氧化鈦層的電子富集到導(dǎo)電基底，并通過外電路流向?qū)﹄姌O，形成電流。染料正離子接受電解質(zhì)溶液中的電子給體得到電子，自身恢復(fù)為還原態(tài)，使染料分子再生。電解質(zhì)中的被氧化的電子給體擴散至對電極，在對電極表面得到電子，被還原，從而完成循環(huán)，在整個過程中，表觀上化學(xué)物質(zhì)沒有發(fā)生變化，而光能轉(zhuǎn)化成了電能。
2 染料敏化太陽電池電極的制作細節(jié)
燃料敏化電池的光陽極是由導(dǎo)電玻璃基底、在基底導(dǎo)電面結(jié)晶而成的半導(dǎo)體氧化物薄膜和吸附于氧化物晶體顆粒上的光敏劑三部分組成，是實現(xiàn)光能向電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。實驗發(fā)現(xiàn)，在光陽極的制作過程中，對導(dǎo)電玻璃前期處理不規(guī)范，會使電池性能起伏嚴重，降低實驗的可重復(fù)性。故而，我們將對導(dǎo)電玻璃的前期處理做了規(guī)范，起到了良好的效果。
2.1 對導(dǎo)電玻璃的前期處理（如圖2）
切割導(dǎo)電玻璃：按絲網(wǎng)印刷機的網(wǎng)格大小制圖，按圖在玻璃無導(dǎo)電膜的一面上切割，玻璃刀的斜度為45°為宜，在剖開玻璃時兩手平行用力。
打孔：在制作光陰極時需要打孔，打孔位置應(yīng)預(yù)先標(biāo)記，根據(jù)工作面積大小選擇打孔數(shù)目，在對電極的工作面外側(cè)進行打孔。常用的打孔設(shè)備有超聲波打孔機，激光打孔機等。
清洗玻璃：用棉球蘸洗衣液清洗導(dǎo)電玻璃，在帶有導(dǎo)電材料一面，棉球應(yīng)沿一個方向擦動；然后，依次使用無水乙醇、丙酮、無水乙醇浸泡，并進行超聲處理，每一過程持續(xù)30min左右。
燒玻璃：為了去除玻璃上的有機物質(zhì)制造電池的玻璃以450°的溫度燒結(jié)，燒結(jié)時間為3小時，取出玻璃時溫度降到120°。
2.2 制作光陽極（如圖3）
（1）制備TiO2薄膜。目前制備TiO2薄膜的方法很多：浸漬法、旋轉(zhuǎn)法、高溫溶膠噴射沉積法、絲網(wǎng)印刷法、濺射法等多種技術(shù)，本文著重運用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備TiO2多孔薄膜電極，使TiO2膠體能夠更好的吸附在導(dǎo)電玻璃上，以達到電子外電路輸送效率更高的目的，過程如下：
①根據(jù)絲網(wǎng)版的印刷位置調(diào)整絲網(wǎng)印刷機的印刷范圍，利用網(wǎng)格圖，將定位玻璃板與TiO2薄膜電極一塊放到印刷臺上，手調(diào)定位板的位置，觀察玻璃基底處于絲印圖案正下方的位置。②確定位置后，抬起絲網(wǎng)版，用膠帶固定住定位玻璃板，并用鉛筆輕輕勾勒出玻璃基底的具置。③放下絲網(wǎng)版后，在絲印圖案邊沿一端滴加少量的TiO2膠體，將軟質(zhì)刮刀調(diào)整到一定的高度，使刮刀的壓力傾斜度約為45°，啟動機器，讓軟質(zhì)刮刀在絲網(wǎng)版上刮動一次，使膠體在刮刀的作用下通過網(wǎng)孔，均勻的沉積到導(dǎo)電玻璃上，盡量一次完成，多余的膠體回收利用。④抬起絲網(wǎng)版，輕輕移出夾在中間的薄膜電極，置于干凈處備用，及時用酒精溶液清洗絲網(wǎng)版及軟質(zhì)刮刀。若要制備多層不同粒徑的TiO2薄膜，可采用逐層印刷法，每印刷一層薄膜都必須燒結(jié)一次。
將印刷有多孔薄膜的基底放入馬弗爐內(nèi)，膜面朝上，以每分鐘15℃的速度升溫，于450℃時溫恒煅燒15min，當(dāng)爐溫自然冷卻至350℃時恒溫10min，接而繼續(xù)以每分鐘15℃的速度升溫至450℃時恒溫15min，最后將電極在馬弗爐里面自然冷卻，120℃時用鑷子取出制備的多孔膜電極。燒結(jié)溫度不宜過高，主要除去膠體中的水分及有機物，使TiO2形成多孔的高比表面積形狀，以吸收更多的染料分子，增大光的捕捉效率，過高的燒結(jié)溫度反而會導(dǎo)致膠體薄膜的碳化，因此控制溫度是極其重要的。
（2）染料色素液的配制。敏化染料作為燃料敏化電池的光捕獲天線，它的性能是決定電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素，它不僅需要很寬的可見光譜吸收，以盡可能多的利用太陽光，而且要緊密地吸附在薄膜電極表面和較好的穩(wěn)定性，以便于長期循環(huán)使用。本文使用了N719商品染料。
稱取36mg染料樣品放入50mL小燒杯中，用無水乙醇做溶劑，少量多次轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶內(nèi)，快到刻線時用滴管定容，搖勻。最后放入小磁子，用黑色保鮮膜包裹容量瓶外側(cè)，放在磁力攪拌器上攪拌24h充分溶解。
（3）電極的染料敏化。將燒結(jié)好的TiO2薄膜電極浸泡到已配好的染料溶液中，密封保存12小時，使染料分子充分吸附在TiO2薄膜上，用鑷子取出電極，無水乙醇沖洗電極染料層表面，洗去吸附在表面的染料分子，防止吸附松脫的染料對電子輸送的干擾，用吹風(fēng)機吹干，剩余的染料溶液及無水乙醇回收保存以備下次使用。
2.3 制作對電極
取少量氯鉑酸用移液管均勻地涂在處理好的導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，待其晾干后，放入爐子中，使其在溫度300°的放置10分鐘，420°的放置20分鐘，然后降溫降到120°時可出爐。
3 結(jié)語
本文敘述和總結(jié)了制作染料敏華太陽能電池電極的技術(shù)細節(jié)。對光陽極納米多孔半導(dǎo)體薄膜和電解質(zhì)研究的深入，燃料敏化電池的光吸收效率和光電轉(zhuǎn)化效率不斷提升。隨著燃料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率達到15%商業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步減低成本、提高效率和穩(wěn)定性，其在社會生活中的應(yīng)用將會逐步推廣開來，成為硅電池的有力競爭者。
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