近20年來,國外工業(yè)發(fā)達國家和一些發(fā)展中國都非常重視太陽能建筑技術的發(fā)展。其發(fā)展的共同特點都是以太陽能的熱技術開發(fā)和應用起步的。至20世紀中后期,太陽能熱水器等一些太陽能產(chǎn)品在一些國家的技術已很成熟,并在住宅小區(qū)中開始廣泛推廣使用。在太陽能產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化、建材化等方面也取得了可喜的成果。
1.太陽能建筑技術在美國的發(fā)展
美國在大力開發(fā)利用太陽能光熱發(fā)電、光伏發(fā)電,太陽能建材化、太陽能建筑一體化、產(chǎn)品化等方面均處于世界領先水平。早在20世紀80年代中期,美國太陽能熱水器的安裝面積就已超過1000萬平方米,年產(chǎn)值超過10億美元。
太陽能住宅建筑一體化的設計思想是美國太陽能協(xié)會創(chuàng)始人史蒂文斯特朗在20年前倡導的。即不再采用屋頂安裝一個笨重的裝置來收集太陽能,而是將半導體太陽能電池直接嵌入墻壁和屋頂內(nèi)。他的這一設計思想,在當時由于太陽能電池過于昂貴,無法實施。如今,太陽能電池的價格只有當時的1/3,所以,推廣的可能性就大大增加。根據(jù)史蒂文斯特朗這一設計思想,后來,美國電力供應部和能源部合作推出太陽能建材化產(chǎn)品,如住宅屋頂太陽能屋面板、“窗簾式墻壁”等產(chǎn)品。
美國建筑學家設計了一幢新穎的太陽能住宅。采用了現(xiàn)代化的光電技術和多種新型建筑材料。該住宅安裝了36塊非晶硅光電池板,每塊可產(chǎn)生50瓦電能,電池板與12個24伏的蓄電池相連接。這些電池板產(chǎn)生的電能可以滿足廚房設備、照明和其它家用電器的用電需求。
該住宅的9扇窗子的窗框表面涂有一層低輻射率的涂料,窗框中裝有特制的儲熱物質(zhì)。在白天,窗戶從陽光中吸收熱量,窗框中的儲熱物質(zhì)融化,將熱量儲存起來;到了晚上,儲熱物質(zhì)重新凝固,釋放出所儲存的熱量。據(jù)測算,在一個陽光明媚的冬日里,每個窗戶可以儲存3165焦耳的熱量,儲存的總熱量可滿足整幢房子所需熱量的一半。
該住宅的太陽能熱水管,由拋物面金屬反射鏡和熱量收集器組成,可以水平和垂直兩個方面跟著太陽運動,熱效率高達70%,大大高于目前使用的普通平板式太陽能熱水器,據(jù)測定,這種熱水器在有陽光的日子里,一天就可加熱約2噸水,完全可以滿足一個大家庭的需要。
美國摩托羅拉半導體公司在亞利桑那州的非尼克斯建造了一座太陽能房子。這是一幢半地下的平房建筑,屋頂上的太陽能電池方陣猶如高聳的“山脊”,太陽能集熱器安裝在向陽一側,為這座住宅提供了充足的電能和熱能。半透明的光學玻璃安裝在兩側的窗戶上,既讓光線射入室內(nèi),又將陽光直射產(chǎn)生的熱量拒之窗外,保證了冬暖夏涼舒適的家居環(huán)境。
2003年,美國紐約州特羅伊的倫斯勒工學院開發(fā)出一種“新太陽能窗”。它可將太陽光熱能轉化為可貯存的能量,可滿足一幢建筑的供熱、制冷和照明需要,這種新型太陽能窗由嵌入兩個玻璃天窗的多個透明塑料板構成。每個塑料板上都有幾十個小型金屬塔模塊,這些模塊由半透明的塑料質(zhì)透鏡制成,能夠追蹤太陽光線運動,裝在墻上或屋頂?shù)膫鞲衅髂軌虼_保模塊總是對著太陽,捕捉所有太陽光線。每個模塊上都有一個小型太陽能電池,負責收集光熱,并將其轉化成可用能量,運轉發(fā)電機。除滿足建筑內(nèi)供熱、制冷和照明等能源需要外,剩余能量可貯存在電池組以備后用。據(jù)稱,傳統(tǒng)的太陽能設備使用4英尺見方的硅太陽能板,而本太陽能模塊只有一平方厘米大,其實用性較傳統(tǒng)太陽能設備大大提高。
1997年,美國實施“百萬太陽能屋頂計劃”。目標到2010年,要在全國的住宅、學校、商業(yè)建筑等屋頂上安裝100萬套太陽能發(fā)電裝置,光伏組件累計用量將達到3025MW,相當于新建3~5個燃煤發(fā)電廠的電力,每年可減少二氧化碳排放量約351萬噸,通過大規(guī)模的應用,使光伏組件的價格可從1997年的22美分/kw?h降到2010年的7.7美分/kw?h。