第4講新能源開(kāi)發(fā)利用1（1）太陽(yáng)能利用技術(shù)太陽(yáng)是一個(gè)巨大、久遠(yuǎn)、無(wú)盡的能源。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量（約為3.75×l026W）的22億分之一，但已高達(dá)1.73×1017

瓦，換句話說(shuō)，太陽(yáng)每秒鐘輻射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。由于太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)進(jìn)行著氫聚合成氦的核聚變反應(yīng)，所以不斷地釋放出巨大的能量，并以輻射和對(duì)流的方式由核心向表面?zhèn)鬟f熱量，溫度也從中心向表面逐漸降低。由核聚變可知，氫聚合成氦在釋放巨大能量的同時(shí)，每1克質(zhì)量將虧損0.0072克。根據(jù)目前太陽(yáng)產(chǎn)生核能的速率估算，其氫的儲(chǔ)量足夠維持100億年。因此，太陽(yáng)能可以說(shuō)是用之不竭的。

太陽(yáng)持續(xù)不斷地向地球輸送能量，隨處可取，無(wú)須開(kāi)采、運(yùn)輸。而且太陽(yáng)能是一種潔凈、無(wú)污染的能源，既不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，也不會(huì)對(duì)生態(tài)平衡構(gòu)成危害。

第一節(jié)太陽(yáng)能2但是，太陽(yáng)能能量密度低，且受晝夜、氣候等自然條件限制。由于能量密度低，即使天氣晴朗的中午，太陽(yáng)垂直投射到地球表面每平方米上的能量最多約為1千瓦。因此，需要龐大的收集設(shè)備，投資多，占地面積大，且能量提供是間隙的，供應(yīng)是非常不穩(wěn)定的，需要儲(chǔ)能裝置。正是由于這些缺陷，給太陽(yáng)能的利用技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)許多問(wèn)題，要完善地利用太陽(yáng)能還有許多工作需要做。專家們預(yù)測(cè)100年后，太陽(yáng)能有望占到全球一次能源的70%。太陽(yáng)能的利用主要有兩大重點(diǎn)方向：一是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，如太陽(yáng)能供熱水、供暖和制冷，太陽(yáng)能干燥農(nóng)副產(chǎn)品、藥材和木材，太陽(yáng)能淡化海水，太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電等。另一是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能（即光伏發(fā)電）。如，建在新江彎城體育中心的上海市第一套太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，與建筑一體化，它采用的是新型的非晶硅技術(shù)，在正常光照下，發(fā)的電可以點(diǎn)亮500盞100瓦的電燈，能夠基本滿足該體育中心的照明用電。3太陽(yáng)內(nèi)部有“里三層”，從中心向外，依次是核反應(yīng)區(qū)，這里是太陽(yáng)熱能產(chǎn)生的基地；輻射區(qū)，太陽(yáng)能先通過(guò)這里傳播出去；對(duì)流區(qū)，太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)這里向太陽(yáng)表層傳播，它們是“輸送帶”。太陽(yáng)外部有“外三層”。依次為光球?qū)印⑸驅(qū)雍腿彰釋印Ｈ藗內(nèi)庋劭梢?jiàn)的明亮表面就是光球?qū)樱覀兯?jiàn)到太陽(yáng)的可見(jiàn)光，幾乎全是由光球發(fā)出的。光球?qū)雍窦s500km，溫度為5762K，密度為10-6g/cm3，它是由強(qiáng)烈電離的氣體組成，太陽(yáng)能絕大部分輻射都是由此向太空發(fā)射的。4在太陽(yáng)的光球?qū)由希幸恍┬郎u狀的氣流，像是一個(gè)淺盤(pán)，中間下凹，看起來(lái)是黑色的，這些旋渦狀氣流就是太陽(yáng)黑子（sunspot）。黑子本身并不黑，之所以看得黑是因?yàn)楸绕鸸馇騺?lái)，它的溫度要低一、二千度，在更加明亮的光球襯托下，它就成為看起來(lái)像是沒(méi)有什么亮光的暗黑的黑子了5太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來(lái)源于太陽(yáng)；地球上的化石燃料從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)貯存下來(lái)的太陽(yáng)能。但太陽(yáng)能也有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是能流密度低；二是其強(qiáng)度受各種因素的影響不能維持常量。這兩大缺點(diǎn)大大限制了太陽(yáng)能的有效利用。61.集熱器集熱器是收集太陽(yáng)能的主要裝置，一般分為非聚光集熱器和聚光集熱器。非聚光集熱器能利用太陽(yáng)直射輻射和散射輻射。聚光集熱器能將太陽(yáng)光聚集在面積較小的集熱面上，可以獲得較高的溫度，但只能利用太陽(yáng)直射輻射，且需要跟蹤太陽(yáng)。非聚光集熱器有平板利用太陽(yáng)直射輻射、真空管利用太陽(yáng)直射輻射等方式。典型的平板集熱器見(jiàn)圖3-2-1。它由集熱板（吸收太陽(yáng)能并加熱集熱介質(zhì)）、透明蓋板（減少集熱板與環(huán)境間的對(duì)流核輻射換熱，保護(hù)集熱板避免外界侵害）、隔熱層（防止集熱器向周?chē)幔┖屯鈿ぁ?/p>

第二節(jié)太陽(yáng)能熱利用技術(shù)78920世紀(jì)70年代研制成功的真空管集熱器，其集熱介質(zhì)被封閉在高真空的玻璃管內(nèi)，較之于平板集熱器，熱性能顯著提高。我國(guó)已經(jīng)形成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界水平，產(chǎn)量居世界之首。10利用太陽(yáng)能集熱器，實(shí)現(xiàn)小區(qū)住宅建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)一體化，是構(gòu)建生態(tài)住宅小區(qū)的重要組成部分。例如，某住宅小區(qū)共有坡頂住宅26棟，設(shè)計(jì)中選擇了有足夠集熱面的22棟建筑，其屋面坡度為32°，在向南斜屋面上設(shè)置三排太陽(yáng)能集熱器凹槽，集熱器鑲嵌在凹槽內(nèi)，構(gòu)成一大塊集熱器，每2-3棟建筑構(gòu)成一個(gè)供熱水子系統(tǒng)，11個(gè)子系統(tǒng)組成一個(gè)大系統(tǒng)。這樣的太陽(yáng)能集中供熱系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)控制運(yùn)行。太陽(yáng)能集熱器采集的熱量直接傳遞給水，獲得熱量的水傳輸?shù)皆O(shè)置在泵房?jī)?nèi)的保溫水箱。再通過(guò)電動(dòng)泵將熱水經(jīng)由保溫水管送至每個(gè)家庭。為安全起見(jiàn)，輸出熱水控制在60℃以下。考慮到陰天、雨天等不利氣候的影響，系統(tǒng)采用雙能源供熱模式，即在水箱內(nèi)的熱水溫度達(dá)不到要求的水溫時(shí)，啟動(dòng)電輔助加熱。11太陽(yáng)能集中供熱系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：便于將有限的資源更為合理分配利用。如住戶分散安裝，由于雜亂無(wú)序集熱面有限、水量不足、氣候影響而不能充分發(fā)揮太陽(yáng)能資源的作用，集中供水可以大面積采熱，全天候供熱。通過(guò)控制中心可以為住戶提供相對(duì)恒溫、恒壓的熱水，使用更加方便。既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)。據(jù)測(cè)算，相對(duì)于燃?xì)鉄崴骰螂姛崴鞴崴惺教?yáng)能供熱水更為經(jīng)濟(jì)。實(shí)現(xiàn)住宅建筑太陽(yáng)能供熱水系統(tǒng)一體化，既開(kāi)發(fā)利用了可再生潔凈能源，又美化了住宅小區(qū)的建設(shè)。12為了更有效地利用太陽(yáng)能必須提高入射陽(yáng)光的能量密度，使之聚焦在較小的集熱面上，以獲得較高的集熱溫度，并減少散熱損失，這就是聚光集熱器的特點(diǎn)。聚光集熱器通常由三部分組成：聚光器、吸收器和跟蹤系統(tǒng)。其工作原理是：自然陽(yáng)光經(jīng)聚光器聚焦到吸收器上，并加熱吸收器內(nèi)流動(dòng)的集熱介質(zhì)，跟蹤系統(tǒng)則根據(jù)太陽(yáng)的方位隨時(shí)調(diào)節(jié)聚光器的位置，以保證聚光器的開(kāi)口面與人射太陽(yáng)輻射總是互相垂直的。

聚光集熱器一般將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行發(fā)電，是太陽(yáng)能熱利用的重要方面。20世紀(jì)80年代以來(lái)，歐洲一些國(guó)家相繼建立起了不同形式的示范裝置，促進(jìn)了太陽(yáng)能熱力發(fā)電技術(shù)。現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)一般分為三類：拋物柱面槽式聚焦系統(tǒng)、碟式聚焦系統(tǒng)和塔式聚焦系統(tǒng)。13a）拋物柱面槽式聚焦系統(tǒng)

b）碟式聚焦系統(tǒng)

b）塔式聚焦系統(tǒng)

14塔式聚焦太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)由反射鏡陳列、高塔、集熱器、發(fā)電機(jī)組等構(gòu)成，集熱器置于塔頂。反射鏡陳列由許多反射鏡按一定規(guī)律排列而成。反射鏡自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，反射光能精確地投射到集熱器的窗口。當(dāng)陽(yáng)光投射到集熱器被吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎螅訜岜P(pán)管內(nèi)的流動(dòng)介質(zhì)使其蒸發(fā)。一部分熱量用來(lái)帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，另一部分熱量則被儲(chǔ)存在蓄熱器里，以備沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)發(fā)電。

152.太陽(yáng)坑為了降低塔式太陽(yáng)能熱動(dòng)力系統(tǒng)的投資，發(fā)展了一種太陽(yáng)坑發(fā)電技術(shù)。它是在地面挖一個(gè)球形大坑，坑壁貼上許多小反射鏡，使大坑成一個(gè)巨大的凹面半球鏡，它將太陽(yáng)能聚焦到接受器，以獲得高溫蒸汽。試驗(yàn)證實(shí)太陽(yáng)坑發(fā)電的方案是可行的。由于其技術(shù)簡(jiǎn)單，成本低，有巨大的市場(chǎng)潛力。

163.太陽(yáng)能煙囪發(fā)電另一種有前途的太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)是太陽(yáng)能煙囪發(fā)電。它是在一大片圓形土地上蓋滿玻璃，圓中心建一高大的煙囪，煙囪底部裝有風(fēng)力透平機(jī)。透明玻璃蓋板下被太陽(yáng)加熱的空氣通過(guò)煙囪被抽走，驅(qū)動(dòng)風(fēng)力透平機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電裝置簡(jiǎn)單可靠，在西班牙已建有一座容量為50千瓦的試驗(yàn)電站。顯然這種發(fā)電方式非常適合于我國(guó)廣大的西部地區(qū)。17184.太陽(yáng)能烘干192021226.太陽(yáng)能池23247.太陽(yáng)能海水淡化如果將房屋當(dāng)作一個(gè)集熱器，通過(guò)建筑設(shè)計(jì)把高效隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料等有機(jī)地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽(yáng)能，達(dá)到房屋采暖的目的。美國(guó)建筑專家發(fā)明一種太陽(yáng)能墻：將建筑物的墻體外側(cè)裝一層薄薄的黑色打孔鋁板，能吸收照射到墻體上太陽(yáng)能的80%，被吸入鋁板的空氣經(jīng)預(yù)熱后，通過(guò)墻體內(nèi)的泵抽到建筑物內(nèi)，從而就能減少建筑物的耗能。另外，德國(guó)科學(xué)家發(fā)明兩種采用光熱調(diào)節(jié)的玻璃窗，一種是太陽(yáng)能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，白天采集建筑物窗玻璃表面的暖氣，然后把這種太陽(yáng)能傳遞到墻和地板的空間儲(chǔ)存，到了晚上再放出來(lái)。還有一種是自動(dòng)調(diào)整進(jìn)入房間的陽(yáng)光，如變色太陽(yáng)鏡一樣，根據(jù)房間設(shè)定的溫度，窗玻璃或是變成透明或是變成不透明。

258.建筑物太陽(yáng)能利用太陽(yáng)能房可以分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式太陽(yáng)能房是依靠建筑物結(jié)構(gòu)本身充分利用太陽(yáng)能來(lái)達(dá)到采暖的目的，夏天可以通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，阻止太陽(yáng)的直射。而冬天可以通過(guò)室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、相變蓄熱地板等吸收并貯存白天太陽(yáng)的輻射熱量，到了晚上，貯存的熱量慢慢釋放出來(lái)，減小了供暖能耗，見(jiàn)圖3-3-5a主動(dòng)式太陽(yáng)能房是在被動(dòng)式太陽(yáng)能房的基礎(chǔ)上，利用太陽(yáng)能集熱器和相應(yīng)的蓄熱裝置作為熱源來(lái)代替常規(guī)熱水（或熱風(fēng)）采暖系統(tǒng)中的鍋爐。將太陽(yáng)能收集并貯存在蓄熱裝置中，可以保證一天24小時(shí)的取暖要求，溫度可以調(diào)控，既舒適，又省能。

2627太陽(yáng)能利用是建筑節(jié)能的必然趨勢(shì)目前，全球建筑物自身能耗約占世界總能耗的三分之一左右。因此，建筑應(yīng)該是主要的節(jié)能領(lǐng)域。節(jié)能，就是探討如何最大限度地減少能量浪費(fèi)。從使用能源的目的和方式進(jìn)行劃分，節(jié)能可以分成直接節(jié)能，廣義節(jié)能和潛在節(jié)能三種類型。直接節(jié)能，指的是減少不合理的需求來(lái)節(jié)約能耗。例如，白天關(guān)路燈，風(fēng)管少漏風(fēng)，下雨不澆花。一句話，直接節(jié)能就是根本不應(yīng)該消耗的能源堅(jiān)決不消耗。廣義節(jié)能，則是指在滿足需要的前提下提高能源的利用率，從而減少應(yīng)該耗費(fèi)的那部分能源的消耗。例如，空氣熱回收設(shè)備的利用，保溫墻體材料的應(yīng)用，光照度的合理調(diào)控，生活用水的“二次利用”等。潛在節(jié)能，是把能夠利用的能源盡可能地利用起來(lái)。例如，美國(guó)有些建筑利用公共走廊地毯下安裝的踏板，將人體走路時(shí)的重力作用帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的中心軸，解決走廊等的照明。在可以預(yù)期的將來(lái)，潛在節(jié)能將有極大的發(fā)展。

28光合作用：在多種酶的催化下，綠色植物吸收太陽(yáng)的光能，把CO2和H2O合成有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過(guò)程。太陽(yáng)能光電化學(xué)電池太陽(yáng)能光伏電池

。第三節(jié)太陽(yáng)能光利用技術(shù)291.太陽(yáng)能光電化學(xué)電池：利用N型二氧化鈦半導(dǎo)體電極為陽(yáng)極，以鉑作陰極，制成的太陽(yáng)能光電化學(xué)電池，在太陽(yáng)光照射下，陰極產(chǎn)生氫氣，陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導(dǎo)線連接便有電流通過(guò)。既實(shí)現(xiàn)制氫、又可獲得電能，但制氫效率非常低（0.4%），且只能吸收太陽(yáng)光中的紫外線和近紫外線，電極容易受腐蝕，性能不穩(wěn)定。以光電化學(xué)效應(yīng)原理工作的太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。30太陽(yáng)能光伏電池的工作原理是：當(dāng)太陽(yáng)光照射到一種稱為“P－N結(jié)”的半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。波長(zhǎng)極短的光很容易被半導(dǎo)體內(nèi)部吸收。被吸收的光子有一些轉(zhuǎn)變成熱能，另一些光子則與半導(dǎo)體原子中的“階電子”碰撞，使“價(jià)電子”獲得能量變成自由電子而逸出晶格，從而產(chǎn)生電子流動(dòng)。下圖為太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)原理圖。2.太陽(yáng)能光伏電池：31太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以有效地利用建筑物屋頂和幕墻，無(wú)需占用寶貴的土地資源，這對(duì)于土地昂貴的城市尤為重要。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可原地發(fā)電，原地使用，減少了電力輸送的線路損耗。由于太陽(yáng)能發(fā)電板陣列一般安裝在屋頂及墻面上直接吸收太陽(yáng)能，因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)降低了墻面及屋頂?shù)臏厣瑴p輕了建筑的空調(diào)負(fù)荷，降低了空調(diào)的能耗。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種彩色光伏組件，可以取代和節(jié)約昂貴的外飾材料（如玻璃幕墻等），使建筑物的外觀統(tǒng)一協(xié)調(diào)，美化建筑環(huán)境；太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)正是在白天用電高峰期供電，從而舒緩高峰電力需求，這對(duì)于高峰電力緊張地區(qū)及無(wú)電少電地區(qū)更為重要。配備蓄電池后，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)除了確保自身用電外，還能夠滿足安全用電設(shè)施的不斷電要求。

3.太陽(yáng)能光伏發(fā)電32我國(guó)政府十分重視太陽(yáng)能的綜合開(kāi)發(fā)與利用。先后將太陽(yáng)能列入新能源和可再生能源技術(shù)發(fā)展的研究開(kāi)發(fā)與利用戰(zhàn)略重點(diǎn)。早在1999年國(guó)家有關(guān)部門(mén)就將開(kāi)發(fā)高效率、低成本的太陽(yáng)能集熱、光伏技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域,我國(guó)2020年的太陽(yáng)能光電總?cè)萘繉⑦_(dá)到300MW。我國(guó)從80年代開(kāi)始實(shí)驗(yàn)被動(dòng)太陽(yáng)能的熱利用。然而，被動(dòng)太陽(yáng)能利用只是簡(jiǎn)單地直接轉(zhuǎn)換為生活用水的加溫，停留在低水平應(yīng)用層。它與智能化系統(tǒng)也沒(méi)有發(fā)生什么關(guān)系。而太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)這個(gè)典型的主動(dòng)型潛在節(jié)能，將會(huì)對(duì)智能化系統(tǒng)提出更高、更深的技術(shù)要求，要求智能化系統(tǒng)深化與供能設(shè)備、發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)集成，保證整個(gè)建筑內(nèi)電力的調(diào)配和平衡。33根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池可分為：硅太陽(yáng)能電池，以無(wú)機(jī)鹽（如硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等多元化合物）為材料的太陽(yáng)能電池，液結(jié)太陽(yáng)能電池，聚光太陽(yáng)能電池等。作為制作太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體材料來(lái)說(shuō)，要求性能穩(wěn)定、光電轉(zhuǎn)換效率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、便于生產(chǎn)等。硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅（純度為99.99%）太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。目前，單晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)到20%左右。單晶硅從開(kāi)采、運(yùn)輸、制作等一系列過(guò)程成本很大，因此，作為太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠家希望在不降低光電轉(zhuǎn)換效率的前提下，尋找單晶硅的替代材料。多晶硅以及硫化鎘、砷化鎵等多元化合物均是比較適用的替代材料。其中，多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%，其電性能和機(jī)械性能都與單晶硅太陽(yáng)能電池基本相似，而生產(chǎn)成本低于單晶硅太陽(yáng)能電池。34太陽(yáng)能電池重量輕，無(wú)活動(dòng)部件，使用安全。單位質(zhì)量輸出功率大，既可作小型電源，又可組合成大型電站。目前其應(yīng)用已從航天領(lǐng)域走向各行各業(yè)，走向千家萬(wàn)戶，太陽(yáng)能汽車(chē)、太陽(yáng)能游艇、太陽(yáng)能自行車(chē)、太陽(yáng)能飛機(jī)、太陽(yáng)能電話亭都相繼問(wèn)世，然而對(duì)人類最有吸引力的是所謂太空太陽(yáng)站。空太陽(yáng)電站的建立無(wú)疑將徹底改善世界的能源狀況，人類都期待這一天的到來(lái)。35上海市江灣城體育中心安裝的大規(guī)模非晶硅太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)安置在體育中心的屋頂，所發(fā)的電可點(diǎn)亮500盞100瓦電燈，下圖中工人正在保養(yǎng)非晶硅板的表面。36

首都博物館新館的建筑條件：北京市位于北緯36度56分，東經(jīng)116度20分地區(qū)。全年日照2,662小時(shí)，平均標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)間為4-5小時(shí)。理論上每平方米日照面積可達(dá)1,000W能量，屬太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)。首博新館作為北京的標(biāo)志性建筑物，是市政府奧運(yùn)工程配套項(xiàng)目中的重點(diǎn)工程。首博新館屋頂設(shè)計(jì)為平頂挑檐結(jié)構(gòu)，有利于太陽(yáng)能發(fā)電板的布置與安裝。根據(jù)屋頂平面部分設(shè)計(jì)，安裝太陽(yáng)能發(fā)電板的面積5,000平方米強(qiáng)、峰值發(fā)電量達(dá)300kW。在中國(guó)已經(jīng)建造的太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程中，單體建筑發(fā)電量居第一，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。37太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的工程風(fēng)險(xiǎn)建筑是建筑技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)晶，在建筑中應(yīng)用高新技術(shù)必須服從建筑的整體設(shè)計(jì)理念。首博新館不是為建設(shè)太陽(yáng)能系統(tǒng)蓋一個(gè)建筑，而原來(lái)首都博物館新館建設(shè)任務(wù)書(shū)中并沒(méi)有提出安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)的要求。目前的建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也沒(méi)有考慮屋面上再架設(shè)太陽(yáng)能電池板的結(jié)構(gòu)與荷載、根本沒(méi)有設(shè)計(jì)安裝太陽(yáng)能電池板的支架接點(diǎn)。從建筑外觀、造型的角度，也不希望在屋面上再加出一層太陽(yáng)能屋面。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式必須服從首博新館建筑的整體設(shè)計(jì)理念、符合首博新館屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各種條件要求。而且太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝不能破壞首博新館建筑造型，不能破壞裝飾性屋面輕盈、通透的藝術(shù)風(fēng)格。

38太陽(yáng)能電池板與屋面結(jié)合的抗風(fēng)負(fù)荷問(wèn)題是最大的工程風(fēng)險(xiǎn)。如何解決太陽(yáng)能光伏發(fā)電板在屋面安裝時(shí)對(duì)屋面負(fù)荷、造型的影響等問(wèn)題，一直是建設(shè)首博太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心問(wèn)題。工程要保證能夠成功地滿足功能要求，不能夠出事故。尤其不能夠出重大事故。一旦刮下一片太陽(yáng)能玻璃板就會(huì)釀成大禍，甚至出人命！太陽(yáng)能工程必須保證建筑物的安全，太陽(yáng)能系統(tǒng)不僅僅要保證自身系統(tǒng)的安全可靠，同時(shí)要確保建筑的安全可靠。必須考慮安裝條件和安裝方式、安裝強(qiáng)度。包括太陽(yáng)能光伏電池板在屋面安裝時(shí)對(duì)屋面負(fù)荷的影響問(wèn)題，包括太陽(yáng)能電池板自身載荷和抗風(fēng)能力、抗冰雹沖擊等工程應(yīng)用問(wèn)題。以往的太陽(yáng)能組件安裝需要采用平架或者斜撐架安裝方式，這種安裝方式不僅會(huì)破壞建筑物的完整性和建筑外觀造型，而且對(duì)屋面防水存在不利影響。特別是需要承受屋面空氣層流所產(chǎn)生的很大的風(fēng)力。39綜合上述因素，首都博物館新館采用了非晶體柔性太陽(yáng)能發(fā)電板、以特種粘合劑直接粘貼在屋面板的技術(shù)形式。這樣既不會(huì)影響建筑造型，也不需要對(duì)屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新計(jì)算和加固。特別重要的是，以特種粘合劑直接粘貼在屋面板的技術(shù)形式不再存在太陽(yáng)能發(fā)電板和屋面之間的空氣腔，從根本上解決了空氣層流作用的發(fā)生。另外，在建筑天棚上嵌裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電板時(shí)，一般都需要考慮天棚屋頂會(huì)否產(chǎn)生漏水問(wèn)題。直接粘貼方式從根本上杜絕了滲漏問(wèn)題。常見(jiàn)的以玻璃為基板的太陽(yáng)能光伏發(fā)電板則還有一個(gè)玻璃破碎問(wèn)題。即在極端的氣候條件下，常常會(huì)有玻璃破碎情況發(fā)生。直接粘貼的非晶體柔性太陽(yáng)能發(fā)電板以不銹鋼為基板，不會(huì)因?yàn)楸⒌茸匀粸?zāi)害發(fā)生破碎。當(dāng)然，采用粘結(jié)方式，對(duì)粘合劑的性能和粘貼工藝需要特別注意。如果粘貼當(dāng)時(shí)的屋面自然氣溫過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)影響到粘貼的牢固度。而且，所用的粘結(jié)劑必須能夠經(jīng)受得住自然氣候的變化。不因?yàn)樗募咀兓⑷諘窈头e雪積雨而影響粘結(jié)度。40太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)為子孫后代提供了可持續(xù)發(fā)展的空間，世界上許多國(guó)家（如歐洲國(guó)家、美國(guó)、日本等）都在積極倡導(dǎo)太陽(yáng)能光伏發(fā)電。但是，正象所有的生產(chǎn)都需要考慮投入產(chǎn)出一樣，任何新型能源形式的采用都會(huì)有一個(gè)消耗多少能量、產(chǎn)出多少能量的比率問(wèn)題。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在生產(chǎn)制造過(guò)程中，無(wú)論是發(fā)電板相關(guān)的硅晶體、鋼材或玻璃的冶煉，以及其他相關(guān)逆變器等各種零部件的生產(chǎn)加工，都需要消耗一定能量。全地球的能源是一個(gè)大系統(tǒng)。這些預(yù)先消耗的能量，宇建成以后產(chǎn)出的能量之比，是值得考慮的大問(wèn)題。例如，目前有一些晶體太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)水平很低級(jí)，生產(chǎn)中消耗的電能需要產(chǎn)出的太陽(yáng)能板發(fā)電19年才能夠補(bǔ)償。而它的