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1太阳能发电原理
太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。
1.1太阳能电源系统
太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。
(1)电池单元：
由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。
理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。
(2)电能储存单元：
太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。
1.2控制器
控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。
1.3DC-AC逆变器
逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流
电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照
明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。
2太阳能发电系统的效率
在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。几种太阳能电池的转换效率。
充分利用太阳能是绿色照明的重要内容之一。而真正意义上的绿色照明至少还包括：照明系统的高效率，高稳定性，高效节能的绿色光源等。
3.1发电--建筑照明一体化
目前成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等，实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。1997年6月，美国宣布了以总统命名的"太阳能百万屋顶计划"，在2010年以前为100万座住宅实施太阳能发电系统。日本"新阳光计划"已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170～210日元/W，太阳能电池年产量达10MW，电池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德国仅用一年两个月建成了全球首座零排放太阳能电池组件厂，完全用可再生能源提供电力，生产中不排放CO2。工厂的南墙面为约10m高的PV阵列玻璃幕墙，包括屋顶PV组件，整个工厂建筑装有575m2的太阳能电池组件，仅此可为该建筑提供三分之一以上的电能，其墙面和屋顶PV组件造型、色彩、建筑风格与建筑物的结合，与周围的自然环境的整合达到了十分完美的协调。该建筑另有约45kW容量，由以自然状态的菜子油作燃料的热电厂提供，经设计燃烧菜子油时产生的CO2与油菜生长所需的CO2基本平衡，是一座真正意义上的零排放工厂。BIPV还注重建筑装饰艺术方面的研究，在捷克由德国WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墙。印度西孟加拉邦为一无电岛117家村民安装了12.5kW的BIPV。国内常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功一种"太阳房"，把发电、节能、环保、增值融于一房，成功地把光电技术与建筑技术结合起来，称为太阳能建筑系统(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通过专家论证。近日在上海浦东建成了国内首座太阳能--照明一体化的公厕，所有用电由屋顶太阳能电池提供。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。
3.2绿色照明光源研究
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Keywords: wind power generation; photovoltaic power system small signal stability
[中图分类号] TM614 [文献标识码]A[文章编号]
一、引言
近些年来，对着自然环境的恶化和能源的枯竭，可再生能源日益受到了社会各界的重视，作为可再生能源的重要组成部分，风力和太阳能发电也得到了一定程度的发展，在风力和太阳能发电发展过程中，较为成熟的技术当属风力发电技术以及太阳能光伏发电技术，但是，随着近些年来风力发电以及光伏发电容量的增加，这两种技术带来的小干扰稳定问题也受到了专家学者的关注，对于风力发电与光伏发电系统小干扰稳定的问题，国外的专家学者已经进行了深入的研究，取得了良好的研究成效，下面就对风力发电系统小干扰稳定及光伏发电系统小干扰稳定分别进行阐述。
二、风力发电与光伏发电简介
就目前来看，风力发电技术是现阶段对于可再生能源发电技术中发展形势最好的技术之一，风力发电最早发源于丹麦，近些年来，由于环境资源的枯竭问题，风力发电这项新技术渐渐受到了各国的关注，在1995年之后，风力发电在世界范围内得到了迅速的发展，目前，兆瓦级的风机成为发展的主流，海上风机也得到了一定程度的发展，我国的风力发电最为起源于上世纪50年代，在1995年以后，风力发电也逐渐呈现出了产业化的发展趋势，但是就现阶段来看，我国的风力发电技术还不够完善，核心的元器件都需要依赖进口，电能的造价也较高，主要依靠国家的补助来维持，因此，在下一阶段，必须要发展风力发电的核心技术。
光伏发电是太阳能发电的一种，最早起源于上世纪50年代中期，我国的光伏发电于上世纪80年代以后得到了迅速的发展，近些年来也取得了一定的发展成效，作为光伏电池的生产大国，我国在其运用方面还有一些不足之处，也有着巨大的市场潜力。
三、风力发电小干扰稳定
对于风力发电的小干扰稳定需要从单机系统入手研究，为了研究风力发电的小干扰稳定，需要建立小信号模型，并在模型的基础上探讨风力发电系统的小干扰稳定性，并通过各种参与因子分析控制器参数与状态变量以及震荡模型之间的关系，从而揭示出小干扰稳定的原理。目前，在我国研究较多的是异步风力发电系统、直驱式永磁同步风力发电系统以及双馈风力发电系统，相关的研究数据表明，当风力发电系统的风电机处在额定转速十，其桨距角可以使风机获得最大的转距，在风速超过额定速度时，可以控制其桨距角使风机可以获得恒定的输出功率，但是，在实际的工作过程中，风机存在着延时的情况，因此，在控制中除了使用桨距角，还要利用其他的因素，通过建立单机模型对其进行分析，并根据不同参与因子的计算，利用状态矩阵元素对风力发电小干扰稳定进行研究，可以获知，同永磁同步发电机转速相关的模态都属于衰减状态，通过对起衰减状态的研究证实，整个风力发电系统在运行的过程中，遭受干扰后表现的也较为稳定，也有良好的动态性能。
四、光伏发电系统小干扰稳定
一般情况下，光伏发电系统主要由光伏电池，滤波电容，逆变器，线路，变压器，电网等部分组成，在研究光伏发电系统小干扰稳定的过程中，选择风速的阶跃上升以及风速的阶跃下降作为干扰，并建立仿真波形图以及小信号模型，小信号模型包括电力电子变换器模型，光伏电池模型，控制器模型，电网接口部分模型以及直流部分模型，经过仿真波形图的计算，并将这些模型进行联立，可以得出，当风速发生阶跃的情况下，整个光伏发电系统的动态稳定性能较好，系统运行也较为稳定。在计算的过程中，对起运行过程中的参与因子进行分析可计算，可以得出当控制器的参数发生变化时，会对状态产生不同的影响，在这其中，主导特征值对整个系统运行的动态性能有着极为重要的影响，当主导特征值为15.4时，整个系统呈现出衰减的状态，当主导特征值为14.7时，整个系统呈现出震荡的状态，
五、结语
随着近些年来风力发电以及光伏发电的发展，其小干扰稳定问题也逐渐引起了相关专家学者的关注，小干扰稳定的分析对于风力发电与光伏发电而言，都有着十分重要的意义，由于风能及太阳能都具有不稳定性的特征，因此，风力发电机组于光伏电池组一般会通过电力电子变换的装置于负荷以及电网相连，因此，小干扰稳定也呈现出了新的特点，对于风力发电机组而言，整个风力发电系统在运行的过程中，遭受干扰后表现的也较为稳定，也有良好的动态性能，对于光伏电池组而言，当风速发生阶跃的情况下，整个光伏发电系统的动态稳定性能较好，系统运行也较为稳定，同时，主导特征值对整个系统运行的动态性能有着极为重要的影响。
参考文献：
[1] 黄汉奇：风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究[博士论文]，华中科技大学 ，2012，05（01）
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随着能源危机越来越严重，近年来，太阳能的开发和利用已经受到越来越多的关注。如今，许多国家都想利用光伏并网发电系统来将太阳能转换成电能，并且太阳能电池原材料的发展越来越快，并网控制技术不断提高，使得光伏发电的发展，具有广阔的前景。
一、光伏发电的工作原理和影响因素
光伏能量转换装置是太阳能电池，也称为光伏电池。光伏发电原理是光生伏打效应。当太阳（或其他光源）照射到太阳能电池上时，电池就会吸收光能，从而形成光电子一空穴对。由于内置电池的电场效应，光生电子和空穴将会分离，这样就会在电池两端积累异号电荷，即产生“光生电压”，也就是所谓的“光生伏打效应”。如果从两侧的内置电场引出电极并连接上负载时，负载就会出现“光生电流”，从而导致功率输出。利用这种方式，就能把太阳的光能直接转化成可以使用的电能了。光伏发电系统就是利用光伏电池将太阳能转换成电能的矩阵，并存储在电池系统或直接用于负载可再生能源装置。其工作原理是：白天，光伏组件接收太阳光，输出功率，一部分供给直流或交流电源；另一部分通过反向二极管给充电电池组充电的，夜间或阴雨天，光伏电池组不工作，蓄电池组就给直流或交流负载工作供电。
影响光伏发电的主要因素：1.太阳高度。太阳高度是指太阳相对于地平面的高度角。太阳高度经常用太阳光线和地平线的夹角表示。太阳高度角越大，太阳就越高，太阳光的辐射也就越强；反之，太阳高度角小，太阳低，辐射弱。
不同的时间段太阳高度也是不同的，比如早晨时太阳高度最低，中午时最高，下午又逐渐降低，到傍晚日落时最低。因为地球在自转的同时又绕着太阳公转，所以太阳高度在一年中也发生着变化，地球自转轴与公转轨道平面并不垂直，始终保持着固定的角度。前半年，太阳逐渐从低纬度升高到高纬度，到夏至时太阳高度角最大，反之，冬至太阳高度角最小。对于具体的一个面来说，如果太阳高度低的话，光线穿过大气的路程就比较长，过程中会消耗大量的能量；同时，又因为光线以较小的角度投影到该平面上，所以到达地面的能量也较小。
2.大气透明度
在垂直于光线边界的平面上，太阳辐射的强度基本上是恒定的；但在地球的表面上，太阳辐射强度是不断变化的，主要是因为大气不同程度的透明度造成的。大气透明度是衡量大气对于太阳光线透过程度的一个参数，万里无云的天气，大气透明度高，太阳辐射到达地面的能量就多，云雾或灰尘很多时，大气透明度低，太阳辐射的能量就很少一部分能到达地面。可见，大气透明度和天空云量和灰尘的含量是有很大关系的。
3.地理纬度
太阳辐射从低纬度到高纬度地区逐渐减弱。由于不同纬度的太阳光达到达地面的路程是不同的。较低的纬度，太阳光到地面的路径短，所以，到达地面的辐射量就大；相反，纬度越高，太阳光到地面的路径长，辐射的量就小。
二、光伏发电系统主要研究问题
1.最大功率点跟踪控制方法
外部环境和内部设备会严重影响光伏发电系统的输出功率，它的输出曲线一般是非线函数。在稳定的外部环境下，光伏系统具有独特的最大输出功率点。要想获得系统的最大功率，必须安装最大功率点跟踪器。最大功率点跟踪控制方法有很多，常见的包括固定电压法，扰动观察法，电导增加的方法。此外，一些研究人员将神经网络控制，模糊控制，滑模控制方法应用于控制最大功率点跟踪控制，并取得了一定的成绩。上述方法有其明显的优缺点。那么，如何使系统稳定地停留在最大功率点处，依然是目前光伏系统的一个热门话题。
2.逆变及并网控制问题
随着广泛使用太阳能发电，并网光伏发电已成为主要的形式；成功实现并网光伏发电技术，逆变是最重要的环节，在 IEEE 的标准中对逆变有严格的技术要求；为了不污染交流电网的同时提高当前电网的质量并网控制策略问题也是目前研究的热点。
3.孤岛效应问题
孤岛效应是存在于分布式发电系统中的一个问题。所谓孤岛效应就是当由于电气故障，操作失误或其他自然要素等原因中断供电时，单个客户端的太阳能发电系统未能检测到停电状态将自己从市电电网中脱离，太阳能发电系统和负载形成超越公共电网系统无法控制的自给供电孤岛。这种自给孤岛现象对电气设备维修人员甚至电网带来严重的后果，因此系统必须能够及时检测到电网系统停止运行。
三、最大功率点跟踪控制原理
为了使太阳能电池能充分地吸收太阳能，在不同日照强度、温度条件下的总输出功率最大，从而提高了太阳能电池的效率，我们可以对太阳能电池实行最大功率点跟踪（MPPT），允许其在最大功率点工作，使用增量电导的控制方法，利用比较太阳能电池阵列的瞬时导抗和导抗变化量，以及按照结果进行相应的调制来完成太阳能电池的最大功率点跟踪控制。
光伏电池的最大功率点随这外部工作环境而不断地发生变化,所以,必须要利用测量到的实时电信号(如光伏电池输出功率、电压等),识别并跟踪最大功率点的位置,以确保光伏电池始终在最大功率点工作。
一般情况下为了使负载得到的功率最大，只需让负载电阻和供电系统的内阻相等即可，然而由于太阳能电池的内阻受到多种因素的影响，如日照强度、环境温度及负载，因而它在不断地变化，所以不可能用上面的方法获得最大输出功率。因此经常在太阳能电池和负载之间加一个DC／DC变换器，通过改变DC／DC变换器中功率开关管的占空比，就可以使得太阳能电池工作在最大功率点，从而实现最大功率点跟踪控制。
四、光伏发电的优势与不足
由于太阳能光伏发电没有机械转动部件同时也不消耗燃料，并且不排放任何温室气体在内的物质，具有无噪声、无污染的特点；太阳能资源打破了地域限制，分布较广，取之不尽，用之不竭。所以，相比于其它的新型发电技术(风力发电与生物质能发电等)，太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，它的优点包括以下几个方面：
1.太阳能资源取之不尽，用之不竭，太阳能照射到地球上的能量要比人类消耗的能量多6000倍。而且太阳能的分布相当广泛，可以这么说只要有光照的地方人么们就能够利用光伏发电系统，它完全不受地域、海拔等因素的限制。
2.太阳能资源方便，可就近供电。无需长距离输送，减少了因为长距离输电线路所造成的电能损失，并且降低了输电成本。这为家用太阳能发电系统在输电相对不方便的西部大规模使用提供了便捷条件。
3.太阳能光伏发电本身不使用燃料，不排放温室气体和其他废气在内的任何物质，对空气五污染，没有噪声，不会因为能源危机或燃料市场不稳定而造成一定的影响，是真正绿色环保的新型可再生能源。
4.太阳能光伏发电过程不需要冷却水，可以随意设置在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以与建筑物很方便地结合起来，形成光伏建筑一体化发电系统，无需单独占地，这样就节省了宝贵的土地资源。
但是它也有不足之处：一是强度和韧性不够。因为建筑物作为遮档物，经常会被日晒雨淋，光伏材料是建筑材料的一部分，所以也应满足一定强度的要求。还有，建筑物的使用寿命一般要求长达几十年，甚至上百年，但是如今的光伏材料最长寿命约20多年，故如何将光伏建筑材料的使用时限提高也是一个难题。二是外观问题。当太阳电池作为幕墙或者天窗时，由于电池板的反光会造成光污染，所以必须考虑太阳电池的颜色和反光性。另外，当太阳电池作为天窗或者窗户时，会档住一部分阳光从而影响室内的亮度，因此对太阳电池材料的透光性也有一定的要求。三是建后维护问题。由于光伏材料位于建筑物的外表面，经常暴露在空气中，时间长了必会堆积灰尘，阻档阳光的照射，从而降低光电转换的效率。故应隔一段时间对光伏建筑材料进行建后维护。
结语
光伏并网发电技术充分利用了太阳能这一可再生资源，在如今，能源危机日趋严峻，光伏发电已经备受关注，且已经取得了不错的成果，在国内外都有了一定的规模，特别是近几年电力电子技术的发展及其与控制理论的相结合，给光伏发电技术奠定了基础。但是，由于光伏并网发电技术现在还不太成熟，在技术方面仍然存在许多问题。但是我们相信随着科学技术的进步，光伏并网发电系统将会在世界范围内得到广泛的应用。
参考文献
[1]李征.光伏并网发电系统及其控制策略的研究.天津大学，2008．
[2] 熊远生．太阳能光伏发电系统的控制问题研究[D]．博士学位论文，浙
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0 引言
20世纪以来，随着科学技术、社会经济的不断发展，人民的物质生活不断提高，人们对能源的需求越来越大，然而在目前这个依然以化石燃料为主要能源支柱的社会中，由于石油等化石燃料的短缺而造成的能源危机屡次出现，并且由于现代科学、工业技术如此发达，也造成了环境的污染以及由于二氧化碳的排放导致了温室效应。对于目前人类来说，寻找一种干净无污染的新能源显得如此重要。
对于传统的内燃机旋转发电机来说，存在着效率低并且高排放等缺点，并且存在着中间机械传动机构，增加了损耗，降低了效率[1]，而采用斯特林发动机与直线发电机相结合，减少了中间的机械传动结构，使整个系统更紧凑、可靠，系统效率也得到大幅提升，相比于内燃机，斯特林直线发电机存在以下优点[2-4]：
（1）振动小、噪音低
斯特林发电机的工作腔与大气隔绝，压力上升的速率也不高，由于没有传动机构，所以运转十分安静，不必使用隔声或消音装置。
（2）排放低
斯特林发电机是外燃机，不像内燃机那样需要每个循环与外界交换气体，斯特林发电机的工作燃气一直保存在气缸内，而不需要与大气交换气体，因此它的排放很低，污染很小。
（3）结构简单
无需燃气压缩机， 无需排气装置，比内燃机少50%的零部件，维护成本较低。
（4）燃料选材广泛
连续燃烧加热允许使用最广泛的燃料和能源，其中包括气体、液体、固体燃料以及各种再生能源。同时还可以直接使用放射性能源产生的热量进行运行发电，这是其它原动机所不具备的能力。
（5）效率高
没有连杆、轴或轴承，只有滑动配合，由工质本身作为剂，因而有非常高的机械效率。一台输出功率为1kW的斯特林发电机，机械效率可达90%多；而曲柄连杆式发动机的机械效率一般只有80%左右。
斯特林直线发电机因其存在以上一系列优点而备受人们关注，也决定了它在工业中的各个领域有着广阔的应用前景。
1 工作原理
斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机，与传统的内燃机相比，斯特林发动机是一种外燃机，它是依靠外部的热源对其密封在机器中的工质进行加热，进行闭循环，就是说工作燃气一直保存在气缸内，而不需要与大气交换气体[5]。斯特林发动机在做功时，不是通过燃料在气缸内部瞬间升到很高的温度和压力进行爆震去推动活塞，而是依靠外部的热源对其热膨胀气缸持续传热，由机器内部不断升温升压的工质去推动活塞做功，因此在工作时较内燃机要平稳，而且噪音要小很多，另外斯特林引发动机往维修需求较低，工作起来更高效、更安静、而且更可靠。
斯特林直线发电机的结构如图1所示，由斯特林原动机和直线发电机两大部分构成，通过斯特林原动机的动力活塞与直线发电机的动子相连接。斯特林原动机属于外燃机，在整个周期中为一个封闭的循环，主要由膨胀腔、压缩腔、配气活塞、动力活塞、加热器、冷却器、回热器和气缸这几部分构成。靠近冷却器一端的为压缩腔，而靠近加热器一端的为膨胀腔，而配气活塞的运动可以调整压缩腔与膨胀腔的气体的比例，斯特林原动机的工作是通过外部热源对于气体进行加热，从而使得膨胀腔内气体压力增大，首先推动配气活塞运动，使得压缩腔内的气体压力变大，从而推动动力活塞运动，带动直线发电机的动子运动而发电的。
2 国内外发展现状
十八世纪，由于当时蒸汽机工作很不可靠，并且效率很低，因此在1816年，英国人罗伯特？斯特林发明了斯特林发动机[6]，但由于当时缺乏良好的耐热材料以及人们对斯特林发动机的性能了解很少，以致及其的效率和功率都很低，因此到十九世纪中叶的时候，当高效率的内燃机出现后，斯特林发动机的研制工作就停止了。而再一次开始斯特林发动机的研制就要到二十世纪了，1938年，荷兰的飞利浦公司开始了现代斯特林发动机的研制工作，从20世纪的30年代至60年代，发展了现代的斯特林发动机，并用于发电、船舶、汽车、农业机械等领域。之后多家公司开始研究斯特林发动机，从技术继承上来讲，其中主要包括联合斯特林发动机公司（United Stirling）、考库姆斯公司（Kockums AB）、德国SOLO公司、美国STM公司（Stirling Thermal Motors.Inc）、美国SES公司（Stirling Engine Systems. Inc）等。欧美政府很重视斯特林发动机的发展和应用，尤其是将其应用于太阳能碟式热发电系统中。从20世纪70年代起，经过四十年左右的发展，现在美国的几十千瓦级的斯特林发动机技术已经很成熟了，而德国、瑞典等国家也有比较成熟的斯特林发动机技术。
美国Sunpower公司一直致力于对斯特林发动机的研究，1969年正式开始研究斯特林发动机，到现在，不管是作压缩机，还是作原动机用，都处于世界领先地位，而单从作为发电机的原动机用来看，产品应用于航天、军事、家用和工业研究等各方面领域。1984年Berchowitz D.M.就提出了斯特林发动机与直线发电机的一体化发电，并研制了一个3kW的样机，该样机运行时安静，并且清洁度好[7]。而在1993年的时候就将斯特林直线发电机应用在了电动汽车上。在1995年的时候，研制出了功率从1kW到10kW的斯特林发动机，燃料采用天然气[8]。同一年，研制出了一种水平对置的5kW斯特林发动机。而在最近十年里，2003年研制了一个35W的斯特林发动机用于太空能源应用中，并着手于提高效率和可靠性等方面，发电机效率为83%，系统效率为29%[9]。2005年，研究一种自由活塞斯特林直线发电机（FPSE）系统的控制方案，并将它应用于军事中，作为士兵随身携带的动力系统，原动机采用42W的自由活塞斯特林发动机，用来驱动直线发电机发电，输出额定功率为35W，经过AC-DC转化后，为用户提供28V直流电压[10]。同期，J.Gary Wood等人正在为NASA研究一种80W先进斯特林变换器作为航天中的能源供给用，该斯特林变换器热端温度能到850°C，当工作时温度比为3.0，功率密度为90W/kg时，整个变换器效率达到了40%[11-12]。2007年，James Huth等人研制出了以JP-8为燃料，可随身携带的35W的斯特林发电机系统作为军事中士兵的能源，整个系统重2.1kg，热能转换到电能的效率为21%[13]。Sunpower公司目前所研制的斯特林发动机功率从35W到7.5kW，几种典型的产品如表1所示，主要的还是1kW以下的，可以看出效率都高于30%。
3 斯特林直线发电机应用概述
由于斯特林直线发电机具有具有燃料来源广、效率高、污染小和噪音低等优点，目前已经应用于很多领域。斯特林直线发电机对燃料的适应性很强，可用能源除了煤、石油、天然气外，还可以利用太阳能、原子能、化学能以及木材、秸秆等农林废弃物燃烧所放出来的热能，而下面主要针对斯特林发电机利用太阳能、辐射能和生物能的应用进行介绍。
3.1 斯特林太阳能发电系统
太阳能热发电技术中最具发展潜力的是碟式太阳能高温发电技术，尤其是近几年碟式斯特林太阳能发电技术更是令世界瞩目，它具有光电转换效率高、耗水量低、发电方式灵活及可逐步规模化等特点[14]。
20世纪70年代末到80年代初由瑞典USAB、美国Advanced Corporation、MDAC，NASA及DOE等开始对现代碟式太阳能热发电技术进行研究。2006年，Infinia公司研制出一种“锅盖形状”的太阳能发电机，和别的太阳能发电技术公司的手段不同，Infinia使用了类似卫星电视天线样的碟形“锅盖”来搜集太阳热能，其它公司多半使用方形的太阳能面板，在吸收热能方面，碟形设计比传统的太阳能面板跟有效。普通的太阳能面板的光电转化率为12%到15%，部分面板能够达到22%，Infinia锅盖接收面板可以达到24%。
3.2 斯特林辐射能发电系统
在宇航探测中，由于环境的恶劣，对于传统的采用太阳能电池阵列和蓄电池来供电的系统有时在远离太阳的区域内，无法得到充足的太阳能来保证太阳能电池板发电，然而却有无穷无尽的辐射能供我们来利用，此时采用辐射能发电就体现出了足够的优势[15]。
美国宇航局（NASA）一直致力于研究斯特林发电系统在航天技术中的应用，研究了一种先进斯特林放射性同位素发电机ASRG（Advanced Stirling Radioisotope Generator）[16]。ASRG利用了Sunpower公司研制的先进斯特林变换器ASCs（Advanced Stirling Convertors），斯特林原动机带动直线发电机发电，该直线发电机采用的是一种动磁型的结构，而原动机采用Sunpower公司型号为EE-35的斯特林发动机，功率为35W，整个系统的功率密度接近100W/kg，ASC的温度比为3.1，工作频率为105Hz；当热端温度为1123K时，电机转换效率可达到38%。
3.3 斯特林生物能发电系统
斯特林发电机不仅能够利用太阳能、辐射能等能源，还能利用沼气、农业废弃物、废材等生物能进行发电，而这一点优势在广大的农村，乡镇企业、城镇家庭有着广阔的市场前景。
美国俄勒冈州科瓦利斯市废水处理厂于2004年应用55kw商业Stirling发动机建立了一座利用废水处理中产生的沼气发电的示范工程，解决了当地因担心使用内燃机发电系统会带来新的空气污染而不能被利用的沼气的问题。
4 结论
近年来，随着直线电机的发展，斯特林直线发电机得到了人们广泛的关注，斯特林直线发电机振动小、噪音低、排放低、结构简单、燃料选材广泛以及效率高等优点使得它在工业各个领域中也得到了更广泛的应用，随着技术进步和新材料的开发，斯特林直线发电机的性能还有得到进一步的提高，应用领域得到进一步的扩展，很可能成为21世纪一种主要的动力装置。
参考文献
[1] 李庆峰，肖进，黄震.自由活塞式内燃发电机仿真研究.中国机械工程.2009，20（8）：911-915.
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[3] 李庆峰.自由活塞式内燃发电机的研究.上海交通大学博士论文. 2011.
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[5] 邹隆清，刘洪硕，邓十洲.斯特林发动机.长沙：湖南大学出版社.1985.
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从2006年秋季学期开始，我校电气信息学院就面向电气工程及其自动化专业学生开设了新能源发电技术方面的选修课，2009年学院改革，对原有专业进行重组、调整，新成立了电气与新能源学院，开始招收电气工程及其自动化（新能源发电方向）专业的本科生，重点培养从事新能源技术领域的研究、开发、维护、管理等方面的高级工程技术人才，并在2010年开始招生，现已经达到80人规模，开设的相关课程（含实验）一般安排在第五学期。
开设“新能源发电技术”专业选修课的目的是为了帮助电气工程及其自动化专业的学生全面了解能源科学概况、世界范围内面临的能源问题及其解决对策和发展前景、新能源开发利用的重要性以及新能源开发利用技术等方面的知识。课程内容涉及新能源基础知识、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等内容。针对目前选修课的建设和完善已成为高校教学改革深化的重要环节，选修课教学已然成为高校基于社会对复合型人才的迫切需求，本文将以新能源发电技术课程为例，分别从教学内容的选择、教学方法、教学手段和教学理念等方面进行一些改革研究与分析，其目的在于提高选修课教学质量、促进学生综合能力。
一、精选教学内容
新能源发电技术是一门专业性、综合性较强的应用学科，涵盖了风能、太阳能、生物质能等多种新能源的内容，综合了电气工程、机械工程、工程力学、物理学等学科知识。因其涉及的专业门类、知识面比较宽广，学生普遍反映不太容易找到学习规律，难以把握重点，理解稍困难。因此，结合新能源发电技术课程的培养目标，适当选择课程的教学内容，综合与电气工程相关的专业课，在教学过程中以新能源的发电方式为核心，分析各种类型的新能源、能量转化方式、发电原理等内容之间的相关联系，引导学生逐步把各个关联的知识点汇成知识链，促进学生学习和记忆。对于各种新能源的发展历史、资源分布和特点则可做简单介绍。另一方面，考虑到电气工程专业对学生的培养目标要求，比如有关风力机的空气动力学原理、太阳能热转换原理、生物质热裂解过程等内容可只做概述性讲解，让学生了解其基本概念。教师在教学过程中，需要注意引进当前国际国内的最新科研成果来丰富新能源课程的教学内容。该课程涵盖多方面学科，是当前大力提倡发展的一个技术方向，其涉及到的信息量多，知识更新快。特别是最近几年，不断涌现出研究新能源发电及其相关技术的新方法，使得新能源发电技术得到大力发展。因此，在选择和组织教学内容时，以教材为主体，综合大量的相关文献资料及网络资源，例如中国新能源网、中国新能源发电网等，适当增加一些不仅能反映新能源发电技术前沿领域的新理论、新技术，而且又能展现学科交叉、扩大学生视野的教学内容，不断在教学实践过程中提高这门课程的教学质量。
二、探索灵活的教学方法
在新能源发电技术课程的教学中，需要积极探索，发掘与课程特点相匹配的教学方法。在课堂教学中，需要注重知识性、趣味性，注意理论与实际相结合，可在教学过程中采用启迪式、比较式、讨论式和流程式等多种不同的教学方法，目标明确，重点突出，充分调动学生的学习积极性。
1.启迪式教学法。这种方法可以较好地激发学生的学习积极性，促进他们主动思考，培养他们分析和解决问题的能力。例如，在讲解并网光伏发电系统时，根据学生之前掌握的光伏发电基本原理，启发他们思考为什么要对独立的大规模光伏发电系统进行并网、并网的方式是怎样的、并网的过程中还需要增加哪些相应的装置。通过在教学过程中设置这样一些问题，逐渐开阔他们的思维方式，让他们认识到要使得太阳能发电得到大规模、高效率的利用，必然要对光伏发电系统进行并网，在并网的光伏发电系统中，并网逆变器又是核心设备，不仅能够把光伏电池组件输出的直流电转换成与电网同频同相的交流电馈入电网，同时还起到调节电力的作用。此外，在讲解上述知识点的过程中，还能够巩固学生在电力电子技术课程中所学到的关于逆变器的知识点，培养他们对所学到的各种知识点进行融会贯通、举一反三的学习能力。
2.比较式教学法。采用不同形式的图表对各种新能源发电方式或同一种新能源的不同利用形式进行互相对比，不但形象直观，还有利于培养学生综合分析问题的能力。例如在讲解恒速恒频与变速恒频风力发电系统时，由于这两种风电系统涉及到的知识点特别多，且较难理解，学生在学习过程中难以深入掌握各种系统的工作原理、结构差别等内容，多数学生仅了解大概情况，因此，十分有必要采用图表形式，分别从恒速恒频与变速恒频风力发电系统的拓扑结构、原理、发电机类型、并网方式等多种角度进行归纳、对比，加强学生对这两种最重要的风力发电系统的认识，逐步化解学习风力发电的困惑。
3.讨论式教学法。这种教学方法不仅可以发挥教师的导向作用，还可引发学生的学习主动性。比如在讲解三种经典的太阳能热发电系统时，可以提前安排三组学生分别搜集关于槽式、塔式和碟式太阳能热发电系统的资料，并在上课时先分别邀请各组的学生代表描述他们所认识的这三种不同的太阳能热发电系统，可以从热发电系统的基本原理、系统结构、组成部件、系统功能、应用情况等方面进行阐述。在讲述过程中，教师可适时启发他们，就其中的某一知识点，可以是大家感兴趣的，或者是十分重要的知识点进行展开，和同学们一起探讨，帮助学生深入理解不同类型的太阳能热发电系统的工作原理等内容。同时，在这种讨论式教学过程中，结合不同太阳能热发电系统的图片进行讲解，可以使得整个教学过程更生动、更丰富多彩。
4.流程式教学法。当涉及到知识点繁多、关联性强的教学内容时，可以采用流程式教学法。这种方法可首先从系统的角度进行说明，再逐层清晰讲解，可帮助学生培养良好的思维习惯和分析解决实际问题的能力。例如，在讲解有分拣场垃圾发电工艺流程时，结合美国的H-Power夏威夷垃圾发电厂实例，采用如图1所示的垃圾发电工艺流程来介绍。
先阐述在垃圾焚烧前，需要经过一系列输送、筛选和粉碎装置，把那些不易处理和不能燃烧的垃圾首先在分拣场清理掉。再介绍经过处理后的垃圾则被送入高温焚烧炉中焚烧，形成的残渣、灰渣送出填埋。烟气在排放前需注入石灰脱硫，中和酸性气体，并传热给水变成高温高压蒸汽，进入汽轮机发电。最后，还要说明烟气经锅炉尾部受热面后，经静电除尘达标后，进入烟囱排放，静电除尘后的细灰渣则可做建材进行综合利用。通过这样一个简洁的垃圾发电工艺流程图，可让学生迅速掌握垃圾发电的基本原理，了解各个生产环节的作用和相互关系，培养学生分析复杂问题的系统性思维。
三、采取多样的教学手段
相对于必修课而言，专业选修课的特点决定了它的教学方式有所不同，其更注重知识体系的完整性和学生兴趣的引导。这必然要求教师不断革新自己的教育观念，在教学过程中全面认真地设计教案，采用多样化的教学手段调动学生的学习兴趣，充分激发学生的学习积极性，引导他们主动参与到课堂教学过程中，展现他们的课堂主人翁精神。
1.主次分明，突出重点。由于新能源发电技术课程涵盖内容较多，而授课学时又有限，因此在教学中不可能讲授全部内容，必须做到重点突出，精讲主要内容。比如在纵多类型的新能源发电方式中，根据我们学院的专业设置特点，可重点讲授太阳能发电、风能发电和小水力发电。此外，还要注意详略结合，对主要的、基本的内容仍可采用讲课方式，而对其他内容则可以讲座、讨论方式开展，增大课堂教学的信息容量。比如在讲授太阳能发电时，就应以讲课方式详细讲解光伏发电，而以讲座方式讲解太阳能热发电。这种主次分明的讲课模式，不仅能使学生扎实学到本课程最主要、最核心的内容，还可以开阔他们的知识面和视野。
2.应用先进教学手段，提升教学效果。根据精选的授课内容，有效地运用网络资源，制作形象直观的多媒体课件，以改善教学的直观效果，增加授课内容的信息量。例如，当介绍不同类型的水平轴式风力机和垂直轴式风力机时，可以多向学生演示一些与它们相关的图片和Flas，结合这些多媒体资料讲解，可加深学生印象，让他们对这几种典型的风力机及其工作方式等内容有更深刻的理解。同时在上述教学过程中，要注意与传统板书方式相结合，引导学生逐步分析，并适当地留给学生一些思考时间，较好地把握课堂节奏。
3.结合实事，激发学生学习积极性。新能源发电技术课程所讲授的一些主要新能源发电方式在目前逐渐得到越来越多的应用，与人们的日常生活也越来越紧密。在介绍不同类型的新能源时，可以充分结合当前社会生活中出现的一些相关时事焦点事件，把它们提出来让学生讨论，既能激发他们的学习热情，活跃课堂气氛，还加强了他们对讲课内容的理解。例如，墨西哥湾的BP公司漏油事件、康菲环渤海湾污染事件，特别是全球石油供需关系的发展态势、气候变化和环境保护的压力，都迫切需要全球共同确定和构筑能源发展的新理念，开创新时期能源发展的新路子。结合上述实例，引导学生思索大力发展新能源、调整能源结构的必要性，让他们从新能源利用方式等层次进行探讨。通过这种教学方式，不仅可让学生深入理解课程内容，激发他们的兴趣，还能培养学生解决实际问题的能力。
4.穿插习题，实时归纳。在风力发电部分的教学过程中，其涉及到的不同类型风力机结构、发电方式、并网方法等知识点比较多，多数学生会感到理解有一定困难。为了让学生能够及时掌握课堂所学内容，讲课过程中可在恰当时候穿插一些事先准备好的习题，这些习题不一定来自教材，教师可根据其他相关资料自主设计。通过课堂练习，可以考查学生对相关知识点的掌握程度和存在问题，及时解决他们的困惑。比如，在讲解变速风机驱动双馈异步发电机并网系统时，可穿插一个关于发电机转子回路控制方式的多选题，通过该练习，能够加深学生对这部分重要内容的理解，从一定程度上也可改善课堂氛围，充分激发学生的学习主动性，发挥学生的主体作用。
5.结合共同点，学习新能源发电。新能源发电方式与常规能源发电方式，除了在一次能源的来源与能量转换方式等方面有较大不同外，它们在发电环节大多具有很多共同点。因此，在讲授各种新能源发电形式时，注意随时和常规能源发电方式进行类比，结合两者之间的共同点讲解，不仅可以促进学生对新能源发电方法的理解，还可以巩固他们对常规能源发电方法的认识。例如，在讲授地热发电时，其和火力发电的原理基本一样，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不象火力发电那样要装备庞大的锅炉，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地热能。
四、培育素质教育的教学理念
不论是专业必修课，还是选修课，教师都需要培育素质教育的教学理念，新能源发电技术课程的教学更是如此。通过在理论教学过程中，结合一些生动的经典案例等进行讲授，既可调动学生学习的主观能动性，又能加强他们对新能源发电方法的认识，逐渐培养学生探索求知的精神。比如，通过介绍风能发电的几种典型装置与设备，以探究风能发电在当前得以大规模运用的原因。正是这些大量科研人员对风能发电装置的研发，才使得风能发电不仅仅是论文里的成果。通过一些经典案例，充分调动学生学习的主观能动性、学习兴趣和求知欲，这样才能达到开设专业选修课“培养学生能力，挖掘学生潜能”的目的。
五、结语
新能源发电技术课程是一门知识覆盖面广、学科前沿的专业选修课，而随着其利用方式和技术的不断发展，这门课程的教学内容也将不断更新，教学方法也会随之不断改进，通过改进教学手段和逐步增加实验环节，实时强化创新意识，这样就一定能够逐步改善人才培养过程中普遍出现的一些问题，如学生能力薄弱、缺乏创造性、主动性等，达到真正提升学生的思维创造能力以及综合素质的目的，培养出与时俱进的、创新型的合格应用型人才。
参考文献：
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目前，吉林省《吉林省关于加快光伏产品应用促进产业健康发展的建议(128号)》光伏发电项目的发电量，实行按照电量补贴的政策，补贴标准在国家规定的补贴基础上，吉林省再补贴0.15元/千瓦时。目前国家对吉林省太阳能光伏发电的最新补贴政策为：太阳能发电项目享有国家补贴0.14元/千瓦时和省级补贴0.15元/千瓦时，共计0.29元/千瓦时。
二、使用者的效益评估
试点工程屋顶安装共计总装机容量为15KW，根据主要分为三种形状的多晶硅太阳能电池板，分别为规格为2380mm*990mm*40mm的方形多晶硅太阳能电池板，规格为斜边3366mm*直角边2320mm*直角边2380mm*厚度40mm的直角三角形多晶硅太阳能电池板和规格为1770mm*3345mm*40mm的平行四边形多晶硅太阳能电池板阵列，从使用者的角度出发，他们最关心的是太阳能电池板的实际发电量，按照笔者调研数据计算，调研项目中的屋顶每块规格为1640mm*990mm*40mm多晶硅太阳能电池板的日平均发电量为1千瓦时，每块多晶硅太阳能电池为250W，那么总装机容量为15KW的发电量为60千瓦时，按照国家和吉林省太阳能光伏发电补贴共计0.29元/千瓦时计算，平均每天可以获得17.4元补助，每年可以获得6351元补助，如果余电上网卖掉，价格为0.88元/千瓦时，根据太阳能光伏电池板的价格按功率（W）计算单价的标准，市场价格4元/瓦，屋面15KW的多晶硅太阳能电池板的价格共计为6万元，每年发电量共计21900千瓦时，按长春民用建筑电费0.56元/千瓦时计算，每年节省1.2264万元，加上国家和吉林省补助的费用，每年共计节省1.8615万元，预计不到4年就能收回屋面多晶硅太阳能电池板的成本，其后22年寿命内预计可以获得利益40.953万元。如今，生产技术的日新月异，不仅提高了晶硅电池的品质，同时也大大降低了晶硅电池的成本，投资回收预期较为理想，国家与吉林省扶持太阳能光伏建筑的好消息频出，新能源与建筑大户的结合前景广阔。
三、环保效益评估
对于居住建筑而言，提高可再生能源的利用率，发展和普及太阳能光伏发电与建筑适配的方法是改善生态和保护环境的有效途径。太阳能光伏发电系统充分利用了节能环保的太阳能资源，对环境无任何负面影响，同时减少了煤、石油、天然气等常规能源的使用，效益明显。太阳能是取之不竭的能源，每天在地球上的照射量相当于全世界所需能源的三千多倍，然而无法再生，用完就没有的化石燃料，却是我们主要的能量来源，而且，因为化石燃料所产生的环境问题，例如空气中的酸雨、污染、温室效应气候变化等，这些都是确定的事实，不过，这些问题似乎都还不算严重，所以，世界每年的化石燃料使用量仍然不断上升，再过不久，这些化石燃料的蕴藏即将殆尽，世界各国的能源战争，也早已上演。因此，促进使用和研发太阳能的政策，不仅是着眼于环境保护，更是一种促进世界和平的贡献。环保效益主要对环境的优化有利，从节能减排的角度分析，太阳能光伏发电是真正的零排放和零污染，有良好的环境效益。从能够改变局部生态的角度分析，吉林省总体干旱少雨，安装太阳能电池板后，对减少水分蒸发起积极作用，对民生有利，对经济可持续发展亦有利。据相关数据总结，每节约1度(千瓦时)电，就相应地节约了0.36千克的标准煤，同时减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.997千克二氧化碳(C02 )、0.03千克二氧化硫(S02 )、0.015千克氮氧化物(NOX)。[1]综上所述，试点工程25年总发电量为547500千瓦时，全部为自发自用，该发电量与相同发电量的火电厂相比，25年共计可以节约标准煤197.12吨，同时每年可以减排二氧化碳545.84吨、氮氧化物8.2吨、二氧化硫16.4吨、粉尘0.52吨、碳粉尘148.92吨。综上所述，该试点工程的实施成功的为吉林长春的节能减排做了贡献，具有良好的经济、社会和环境效益。
四、试点工程预期成果
试点工程的预期成果为在保证屋面多晶硅太阳能电池板与建筑结合最美观，最经济的情况下，将多晶硅太阳能电池板最恰当的规格与屋面进行适配性有机结合，抗长春当地风压、雪压，保证一年四季正常运营，同时保证了屋面自身的保温、防水功能，保证了整个小区的美观，试点工程预期的太阳能光伏发电能耗回收期为3年，3年可以保证多晶硅太阳能电池板成本的收回，剩下的22年能继续创造余下的经济价值，在发电的同时，能为环境保护做出贡献。
五、结论
根据屋面与异形的多晶硅太阳能电池板的结合总装机容量15KW，屋面多晶硅太阳能光伏电池板总价共计6万元的现状，以及试点工程选用的户用并网光伏发电系统，结合国家与吉林省对太阳能发电项目的新的按照电量的补贴政策和相关环保效益评估数据，总结出使用者在投资屋顶太阳能发电后3年后开始能耗回收，多晶硅光伏电池板的寿命为25年，22年的可回收年寿命内预计可以获得经济利益40.953万元， 25年总发电量为547500千瓦时，该发电量与相同发电量的火电厂相比，25年共计可以节约标准煤197.12吨，同时每年可以减排二氧化碳545.84吨、氮氧化物8.2吨、二氧化硫16.4吨、粉尘0.52吨、碳粉尘148.92吨。综上所述，该试点工程的实施成功的为吉林长春的节能减排做了贡献，具有良好的经济、社会和环境效益。本文重点针对试点工程长春与海外创业园住宅屋顶集中式太阳能光伏发电系统中光电利用形式，从住宅建筑构造的角度出发，解决了长春海外学人创业园住宅屋面与多晶硅太阳能电池板的适配性问题，综合长春严寒C区的地理条件、气候特征和太阳能资源，综合住宅的建筑布局、朝向、间距、群体组合方式和空间环境，综合住宅外观、住宅功能、周边环境、电网条件和系统综合运行方式，综合建筑设计，光伏电池组件安装位置与方式、组建选择和安装规模等研究设计出长春海外学人创业园住宅屋面与多晶硅太阳能电池板的屋面、檐口适配性的设计节点详图，以及适配的各个构件规格，屋面工程做法。尽管太阳能光伏的应用成本与常规能源相比仍然偏高，但随着太阳能光伏电池板的普及，随着未来科学技术的进步，光伏转换率将有所提高，相关配套设施成本的降低，[2]太阳能储能技术的进步，社会用电需要的增加，特别是绿色、生态的无污染的太阳能的观念的深入人心，太阳能光伏发电的结构必将会逐步改变全世界人们的用能结构。由于我国人多地少，每年大量的新建建筑量大而面积广的社会主义基本国情短期内不会有较大的变化，可以预计不久的将来只有太阳能光伏发电与建筑结合才能使太阳能光伏发电真正的融入人们生活的每个角落。
六、前景展望
8分钟又20秒，光子从太阳表面到达我们的星球。在这段超过一亿五千万公里的旅程之后，我们的皮肤以每平方厘米10兆个光子的密度，接收太阳的热能。太阳能不仅无所不在，也是我们所在世界最初和最后的能源。太阳能经济体系不仅建立在太阳能使用的技术上，同时也为房地产与建筑世界开创了新的商机。本论文仅仅只对海外学人创业园住宅与多晶硅太阳能电池板在屋面适配的节点详图进行了研究设计，研究过程中存在着诸多不足之处，还有许多实际的问题要结合国家政策综合进一步研究，展望未来，太阳能光伏建筑一体化的设计将会成为光伏建筑未来主要的发展方向，当下我国正处于城镇化建设的期，每年的总建设面积高达20亿m2，而且此阶段预计还要继续持续30年以上，换句话说，未来我国30年的总建筑量将超过历史的总的既有建筑数量，这些建筑的能源使用效率将会决定未来我国能耗水平和CO2气体的排放量。城乡建设领域是建筑的主要领域，也是太阳能光伏发电技术应用的主要领域，因此，要把握住这种“空前绝后”的建设机遇，大力提寒地区太阳能与建筑的适配性，开发节能建筑的市场潜力。太阳能光伏建筑一体化方兴未艾，任重道远。吉林省太阳能产业发展起步较晚，我们等需要站在能源战略的高度，加速发展战略性新兴产业，明确太阳能光伏产业与建筑结合的积极意义。太阳能建筑一体化还有利于电源结构的优化，全省光伏发电在二次能源中还处于空白阶段，如果能够做到太阳能光伏与建筑大量地结合，并网发电，与在二次能源中占18.8%的风力发电互补，做到“风光互补”，还能进一步促进全省二次能源的优化。解放民众思想，提高对太阳能光伏建筑一体化产业的普遍认识，这不但对调整太阳能建筑一体化产业结构有益，对整个吉林乃至全国的能源结构有益，而且还对改善环境，对低碳经济，对加速实现节能减排等政策将起到积极促进作用，意义深远。光伏发电是比较有前景的新能源发电技术，自身很难起到主导作用，但与能源大户结合起来，能造福子孙后代，缓解能源压力，前景意义深远。最后，希望本论文对严寒地区别墅住宅屋面与多晶硅太阳能光伏电池板适配性的相关研究与设计详图能够提高大家对光伏建筑设计的关注度，激发多面性的思考，提供一些思路，达到抛砖引玉、投石问路的效果。
作者:赵晖 郭格静 谢伟双 单位:长春工程学院建筑与设计学院
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[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号]
加强理论基础知识的学习、加强实验研究能力的培养、加强实践经验的积累，培养理论与实践经验相结合的应用型复合人才是全国各高校共同关注的焦点[1]。注重理论课程学习、实验操作训练以及工厂实习实践三方面结合，让本科生对所学知识，在理论理解的基础上通过对实物进行操作来对其工作原理获得更加深刻的认识。钱学森先生说过，理论、实验和计算是现代科学技术的三大支柱。而我们还将通过提供学生在工厂实习锻炼的这种课内外结合的机会，来培养他们的综合能力，增强对现代科学技术的掌握。以学生为本、传授知识、培养能力、提高素质、协调发展教学、实验、实习等阶段，构建有利于培养学生实践能力和创新能力的教学体系。
在规划过程中，坚持凝炼精品课程、创建学科特色优势、建设一流水平实验室、积极拓展与国内外高校及企业的合作交流。要求教学理念与改革思路[2]、教学体系与教学内容、教学方法与教学手段、教学成果与教学效果、实验队伍建设与规划、仪器设备与操作、管理体制与机制、实践场所与能力培养等诸多方面能协调发展，且在某一方面或几方面具有自己的特色。并使其与学科特色或实际应用特色等紧密相连。
1. 理论、实验、实习实践相结合
首先，理论知识的学习一定要贯穿于大学四年当中，通过方方面面进行灌输，例如专业课、专选课、公共选修课，甚至讲座、竞赛等等形式，循序渐进、由浅入深；其次，理论知识的学习与实验课操作、社会实习实践要紧密联系。课堂是传播知识的最佳场所，而实验室是立体的、更加形象的获取知识的场所，建设一流的专业和学科都离不开一流的教学手段与实验平台；同时还要走进车间、工厂等，经过实际锻炼加强学生对所学知识的深层次理解和掌握。在介绍基本理论的同时强调相应学科专业背景和基本概念，结合实际生活和工程中的例子来提出问题，通过实验操作来验证，最后经过实习实践锻炼进一步加深认识[2]。这样，原本可能枯燥的理论学习变得生动有趣，也使同学们仿佛重温一次前辈科学家们从实验出发建立科学理论的过程，在学习知识的同时培养了发现问题、分析问题、解决问题的能力。反过来，在实验教学或实习过程中，也引导同学们进行机理探讨，将观测到的现象、规律上升到理论高度。一所高等学校的课堂教学水平、实验室建设水平以及社会实践水平，已不仅仅是高等学校办学实力的象征，也是决定学校人才培养质量的重要因素之一，是教学水平、科研水平和管理水平的综合体现，更是学校可持续发展的重要资源与支撑，在培养高素质人才、出高水平成果、提供优质服务等方面已经和正在发挥不可或缺的作用。
2. 计算机模拟作为辅助
其次，部分专业经过理论课程、实验课程讲授之后，还可通过利用计算机来丰富教学过程。通过改革原有理论教学课程、设置新型实验课程增加新型实践教学环节、创建新的教学模式、构建网络管理与计算机模拟等方式，构建以学生自主学习为中心的教学模式，全面实现因材施教立体化、多层次的教学体系。在一部分教学中设计并应用了虚拟教学软件、计算机模拟软件等作为教学的补充和辅助工具。掌握理论知识的基础上，运用计算机模拟和实际实验操作相互配合提高了教学效率和教学效果，为发展学生的科学想象力和创造力提供了更为广阔的空间，促进了学生对问题的思考和掌握。
3. 积极参与科技创新竞赛
再次，我们着眼于学生自主知识创新、意识与能力的培养，课内理论、实验与课外研究的结合，规定学习内容与科技竞赛活动、科技项目和实践相衔接，为学生自主设计、自主进行科研创新创造条件。对于感兴趣并想通过科技创新竞赛来提高自己的学生，相应的提供了自主发挥的机会。这样，学生的科技想象力得到了发挥，科技创新的潜力与激情得到开发与培养。每年都有一批有特色的学生科技制作和设计在全国大学生创新竞赛、电力杯竞赛等中获奖。学生自主设计创新实验目前正在扩大，渐渐面向所有感兴趣的同学，并且通过赛前的动员与方案征集，赛后的评奖观摩，营造了整体的科技创新氛围，提高了全体同学的科学素养和创新能力。与此同时，结合大学生科研训练计划、优秀生培养等措施[3，4]，建立该平台面向本科生开放的机制，营造本科生、研究生共享的高端实验硬件平台。
4. 科学研究小论文的作用
最后，重视课堂交流与沟通，重视实际操作中的难题与解决能力，提倡对理论、实践过程及内容进行总结，鼓励写科技创新感想、科学研究小论文等，根据不同情况进行综合考核。学生在写创新感想、研究小论文的过程中，会对自己亲自参加过的科技制作进行一个整体、全面的总结，并且也是一个从头至尾进行思考的过程。在这个过程中不仅会更深层次的理解自己的创作，还可能会发现一些新的创新点或者需要改进的地方，无疑对于学生是一次真正的进步，而不是做完科技创新作品就相当于完成了任务，还需要重新思考、理顺整个思路。与此同时，还可以阅读一些其他的科研小论文，来增强、扩展自己的思维能力。因此，除参考考试成绩、平时作业、回答问题情况、动手能力等考核依据之外，对利用实验实践课程知识参与科技制作和竞赛的学生采用加权评分，对提交或发表科技创新感想、科研小论文的学生根据实际情况进行加分等。
5. 相关专业的结合
在华北电力大学可再生能源学院，以太阳能工程为主的能源工程及自动化专业是理论与实际相结合的一门学科。通过讲授各种太阳能光伏材料、光伏发电的基本理论知识，开设光伏材料制备、测试等操作实验，最后通过认识实习、金工实习、毕业实践等环节培养应用型人才，培养社会主义建设需要的基础扎实、知识面宽，具有较强实践能力和良好发展潜力的高级专门人才。学生毕业后能够从事太阳能光伏发电系统的设计、规划、制造、施工及运行管理；太阳能电站/厂的规划、设计、施工、运行与维护；光伏系统集成产业的技术与管理工作；太阳能发电项目投资等太阳能发电专业的技术与管理工作，并能从事其它相关领域的专门技术工作。通过理论课及基础实验课，训练学生正确掌握各种光伏材料分析测试的基本方法和基本技能，掌握光伏材料的电学、吸收和发光等基本特性的分析方法，掌握光伏材料的基本性质，灵活运用所学理论知识解释实验现象和实践中遇到的问题。通过组织实习、工厂实践，印证并加深理解所学的理论知识，培养学生驾驭实验、设计和创新实验的能力，熏陶学生的学习自觉性以及科研意识和团队精神，养成学生良好的学习风气、实验实践习惯和严谨的科学态度。理论学习之外，营造一个全方位、多功能、生动、开放的观摩、实习环境，供学生方便、快捷的了解和掌握光伏材料制备及光伏发电技术的基本方法、基本操作技能和基本原理等基础知识，逐步培养学生良好的创新思维、实践能力和严谨的科学态度。同时也注重引导学生将实验中所获得的感性认识与所学理论知识联系起来，初步培养学生选择和配套仪器进行实验研究工作的能力、独立分析问题及解决问题的能力，并且进一步培养学生对这门学科的兴趣，形成以实验、实践支持教学、带动教学，保持内容的先进性，构建科学的教学体系。
能源工程及自动化专业坚持太阳能光伏发电的时代性和综合性的特点，将理论教学方向与国家能源需求与社会经济发展需求相结合，继续推动理论教学改革，完善现有理论教学体系，使其更能与时展相适应。与此同时，将继续加大对实验教学及其条件的投入，加强实验中心的软硬件设施建设，与更多著名企业合作，扩充、新建实验室，对现有设备、软件进行补充。并且还要加快信息化的步伐，完善计算机仿真及模拟等技术平台，增加计算机在知识学习中所能起到的作用，向智能化方向发展。不仅如此，也在积极研究国内外知名大学理论、实验、实践教学的特色，积极借鉴国内兄弟院校和国外著名高校教学理念和管理经验，积极参加国内外教学研讨会，开展与国外知名大学的教学交流活动。能源工程及自动化专业还有一支稳定、高素质的教学教师队伍。高素质、高水平的教师和技术人员是开展综合性、设计性和创新性教学工作的关键。按照华北电力大学提出的“博士化、工程化、国际化”师资队伍建设理念，打通理论教学、实验教学、实验技术人员的界限，培育现有师资、有计划地引进部分年轻教师，逐步形成经过工程化训练、了解国内外知名高校先进教学模式的、年龄结构合理的教师队伍，形成教学、科研、实验、实践等方面有机结合的高水平教学科研团队。
6. 小结
综上所述，通过将理论教学、实验操作、计算机模拟、实习锻炼、创新竞赛等环节紧密结合，培养基础理论扎实、知识面宽、实验实践能力强、综合素质高、发展潜力大、具有较强科技创新能力和良好科研发展潜力的复合型人才。与此同时，结合华北电力大学可再生能源学院能源工程及自动化专业的优势，培养高级光伏发电技术与管理人才以及具有国际竞争力的创新型专业人才，为中国光伏发电产、学、研机构和政府管理部门提供领军人才和重要学术骨干，为国际光伏发电行业提供高水平光伏发电技术与管理人才。
参考文献
[1] 严军. 创新第二课堂教学模式，提高大学生综合素质[J]. 东华大学学报（社会科学版），2010，10（2）：100-105.
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工程实践表明，光伏发电技术是一种技术可靠、使用便捷、低碳环保，易于大规模生产利用的先进可再生能源技术，其优点如下： （1）太阳能资源是一种取之不尽、用之不竭的洁净的可再生能源。开发利用时不消耗传统化石燃料能源，不会排放产生废水、废气、废渣等污染物，是自然能源中较为理想的清洁能源。 （2）太阳能利用不受地域条件的限制。任何有太阳的地域均可就地开发利用。不存在选址、运输等问题，特别是在交通不便利、偏远的乡村、海岛，太阳能能利用价值更高。（3）太阳能可靠性高、维护简单。光电板、逆变器、蓄电池等设备分布安装，提高了整个能源系统的安全性、可靠性及耐久性。即使在恶劣的使用环境下，光伏发电系统故障也较少，因此运行维护成本较低。（4）光伏建筑集成由于占地面积小、安装便利、供电可靠等原因，是目前国际上太阳能研究发展的前沿。
二、太阳能光伏系统建筑一体化利用方式与优势
（一）太阳能光伏系统建筑一体化利用方式。“光伏发电与建筑物一体化”的概念在1991 年正式提出，是目前世界上大规模利用光伏发电的研发热点。太阳能光伏与建筑物相结合主要有两种形式：一种是在建筑物屋顶、立面安装平板光伏器、光伏阵列与电网并联向用户供电，从而形成用户联网光伏系统。第二种形式是将光伏器件与建筑实现集成一体化，即在建筑物屋顶或立面安装光伏发电电池板，用光伏发电的玻璃幕墙代替普通的玻璃幕墙，由屋顶和墙面的光伏器件直接吸收转化太阳能，太阳能系统平板既可以做建材又可以发电，进一步降低光伏发电的成本。目前，许多国家已研制出大尺度的彩色光伏模块可替代昂贵的墙体外饰材料，使光伏发电与建筑物一体化成本进一步降低。
建筑物与太阳能光伏发电系统的进一步有机结合是将太阳能电池板与建筑顶面、立面材料集成一体化。建筑物建设使用过程中，建筑立面墙体结构表面通常采用喷涂涂料、铺贴瓷砖、安装幕墙玻璃等。如果用太阳能电池板替代建筑立面墙体及屋顶建筑材料，太阳能电池板既可作为建筑装饰材料，也可以用于光伏发电系统。由此可见，实现太阳能电池板与建筑的有机一体化结合，是太阳能光伏发电系统建筑一体化推广与应用的一个关键问题，这种结合并非是建筑与太阳能电池板简单“叠加”，而是在建筑与光伏系统设计方案阶段将太阳能电池板纳入建筑设计构思中。
太阳能电池板用于建筑材料，必须具备建筑材料的基本要求，如坚固耐久、防水防潮、保温隔热、隔音等以及适当的强度和刚度等性能。若安装在屋顶、窗户等，还应具有透光的性能。太阳能光伏系统建筑有机结合，根据建筑工程使用及工况的需要，与普通的平板式光伏系统组件不同，太阳能电池板兼有发电与建筑装饰材料的功能，必须满足建筑材料的基本性能需要。应该遵循以下原则：①建筑物设计完成后使太阳能电池板成为建筑不可缺少的一部分，成为建筑结构构成部分。②太阳能电池板的颜色和肌理必须与建筑物的相关部分相和谐统一，与建筑物的整体风格相结合。③太阳能电池板的比例和尺度必须与建筑整体的比例与尺度相协调，这将决定太阳能电池板的分格尺寸与形式。④太阳能电池板屋顶具体的细部设计，如材料用量是否最小化、设计细节是否和谐、有机等需统一考虑。
（二）太阳能光伏系统建筑一体化优势。太阳能光伏发电系统建筑一体化的方式各不相同，这取决于地理、文化及政府政策等。在国外，由于公共建筑的建造与设计程序严格，太阳能电池板系统在个人住宅与公寓建筑使用的较为普遍。而在我国，特别是城市建筑，由于建筑开发是商家或政府，因此是否采用太阳能电池板系统完全取决于开发商或政府。在我国，日照充足的地区无论公共建筑还是住宅屋顶和墙面使用太阳能电池板系统的市场潜力十分巨大，从建筑结构、技术利用和经济效益来分析，太阳能电池板与建筑的一体化优势如下：
（1）节约用地，便于安装 ，保护环境。太阳能光伏发电系统一般安装于建筑物的屋顶或外立面墙体上，无需额外占用土地或增建其他建筑设施，适用于人口比较密集的建筑群、办公区使用，尤其适用于土地昂贵的城市。由于太阳能电池板的组件集成化，光伏设备安装比较方便，而且可以根据负载的耗电量来选择装机容量。与此同时，由于太阳能光伏发电系统设备安装在建筑物的屋顶或立面墙体结构上，太阳能转换为电能可降低建筑物临近室外区域的温度，从而达到减少室内空调制冷用电负荷，既节约了能源，又保证了室内的空气质量，同时也避免了由于使用传统化石能源燃料发电所导致的环境污染。（2）减少投资，保证供应，实现安全用电。太阳能光伏发电系统安装不受地域条件限制，可实现就地发电用电，因此可以大幅度减少电站及输送电网的建设投资。建筑物实现光伏发电系统一体化，光伏发电系统所发电力既可供给本建筑物使用，也可储存于蓄电池或外送入电网。在自然条件差，负载可由蓄电池供电;在自然条件差较好，通常会出现电网用电高峰，以往需采取拉闸限电措施，但此时也正是太阳能光伏发电系统发电量最多的时候。建筑一体化太阳能光伏发电系统除可保证建筑物负载用电外，还可以向外电网供电，太阳能光伏发电系统的集成特性可以节约储存电力的费用，另外用电安全性能也得到提高，从而缓解夏季电力高峰需求压力，从而彻底解决电量不够的问题。 （3）增效规模，降低成本。建筑一体化太阳能光伏发电系统中，太阳能光伏发电系统面板代替建筑屋顶或立面墙面，可以节约大量的建筑成本。另外，太阳能光伏发电系统面板在建筑用电地点发电，避免传输和分电损失（5%～10%），降低了电力传输、分配投资和维修费用。在建筑屋顶或立面结构上安装太阳能发电系统设备，用太阳能电池板代替部分建筑材料，可以促进太阳能电池板工厂化规模生产，从而能进一步降低工程造价，有利于太阳能发电系统光伏产品的推广与应用，市场潜力巨大。
三、太阳能光伏发电系统建筑一体化设计原则
太阳能光伏发电系统建筑一体化的设计原则要求，运营系统既要保证建筑中光伏发电系统的长期运行可靠，又要充分满足用电设备的需要，使系统的配置实现合理、经济。工程建设与投产中使用尽量少的太阳能光伏系统组件，使太阳能光伏发电组件与建筑物有机合为一体，替代部分建筑材料，如屋面与立面墙体装饰材料，达到建筑节能的效果。协调光伏系统与建筑成本之间的关系，在满足正常需要，保证系统、建筑质量的前提下尽可能的节约建筑与安装成本投资，达到投入与产出最好的经济效益。
结 语：近年来，随着美国、西班牙、德国等发达国家对本国光伏产业的政策优惠及扶持，全球光伏发电应用已进入快速增长的阶段。我国光伏产业近几年来持续发展，但是同发达国家相比还是存在很大差距，光伏发电应用市场发展较为缓慢，安装量较少，随着我国工业与信息化部2012年2月颁布的《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》，我国的太阳能光伏发电系统应用及推广将会有较大的发展。
随着光伏发电产业化进程和技术开发的发展，太阳能光伏发电系统与建筑一体化生态节能工程，其发展前景广阔，市场潜力巨大，其效率、性价比随着太阳能光伏技术日益发展将进一步得到提高，也将极大地推动中国太阳能光伏发电系统建筑一体化的快速发展。
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近几十年来，世界经济经历了跨跃式的发展，经济的发展离不开能源的支撑，世界能源的消耗量不断增长，地球上有限的能源储藏量和人类社会经济不断发展的矛盾越来越受到世界各国政府的关注。1990年到2010年，全世界的生产总值年平均增长3%左右。据统计，在过去的这30多年里，全球一次能源的消费量每年平均增长1.8%左右。按照现在经济发展和能源消耗的速度，地球上的化石能源在百年左右将会枯竭。按国内专家计算，中国现有的石油资源只够开采约15年，天然气约40年，煤炭约80年。按照现在经济发展和能源消耗的速度，地球上的化石能源在百年左右将会枯竭。
伴随着石油、煤炭等一次能源的大量消耗，全球的环境问题日趋恶化。以煤炭为主要燃料的火电，造成了严重的粉尘污染，大型火电厂排放的燃煤污染物可以污染方圆几百公里的范围，在北京、上海出现的沙尘暴中都含有大量的煤炭污染物；另外火电的耗水量接近我国工业耗水量的一半，严重污染了水资源，其排放的二氧化硫污染物是形成酸雨的主要物质之一。石油、天然气等其他一次能源的大量使用造成了严重的空气污染，燃烧产生的二氧化碳直接造成全球的温室效应。但是由于电力需求的增加，近年来我国的火力发电量还在逐年提高。人类社会经济的可持续发展需要稳定持续、清洁环保的能源，然而目前主要使用的化石能源的储藏量并不能支撑人类社会长期稳定的发展。与传统的化石能源相对，水电、风能、太阳能，以及生物质能这些可再生的清洁能源应该成为未来支撑人类社会和全球发展的主要能源。我国的能源目前80%依靠煤炭，而全世界的平均水平不到30%。随着能源需求的快速增长，地下的煤矿被过度的开采，地下和地表的水资源遭到污染和破坏，尤其在我国的西北地区，生态环境遭到严重破坏，土地沙漠化和空气污染问题愈发严重，为了解决这个问题，我国应积极发展低碳经济，优化我国的能源结构，走经济社会可持续发展道路。
据目前权威数据显示，每天达到地面的太阳辐射能约为2.5亿桶石油，而且太阳能是一种绿色无污染能源，基本上不会造成任何环境问题。因此，自上世纪70年代开始，各国都将开发利用太阳能视为一个重大电力项目，作为本国能源可持续发展的一个重大举措。当前，对太阳能的利用主要有太阳能光化利用、太阳能发电利用、太阳能动力利用等，其中太阳能光伏发电被看作是最具潜力的一种。进入21世纪，光伏发电发展迅猛，尤其是近几年，由于光伏技术的迅猛发展，太阳能电池及配套组件年增长率达到惊人的33%。太阳能光伏发电进入了一个发展期，为了激励光伏发电市场，一些发达国家制定了符合本国国情的措施；其中在众多国家中德国提出的“上网电价政策”及“10万屋顶计划”，在太阳能利用率和装机容量方面多处于领先地位，为世界各国多方位的发展光伏发电系统提供了样例，大大的促进了光伏发电系统的应用。
2、光伏发电研究现状
在过去的40多年里，光伏发电产业从无到有，从小变大，随着光伏发电规模的不断扩大，光伏发电技术的不断发展，光伏发电已成为现在世界电力工业的不可或缺的重要组成部分，在最近的10年里光伏产业实现了跨越式的发展，表1展示了近10年的全球光伏装机容量的增长趋势。并且这种强劲的发展势头将继续保持下去。欧洲光伏发电产业协会（EPIA）日前的数据显示，截至2012年底，全球光伏发电累积装机容量达到10.2万MW，比上一年增加44%。在截至2012年底的全球累积装机容量中，欧洲占7成，德国（31%）和意大利（16%）加在一起占全球的接近一半，其次是中国（8%）、美国（7%）和日本（7%）。
截止 2012 年底，全年在全世界范围内的光伏发电系统安装容量已达到大约30GW，其中之前占据全球六成光伏市场的德意两国在今年增长缓慢，只占据了40%左右，其中德国占26%，意大利占10%；中国的市场份额仅次于德国，占据16%；美国排在第三位，占据13%，但是美国的实际装机容量低于预期，日本占据全球市场的7%；东欧和印度市场增长较快，高于预期。
目前，我国的光伏发电技术发展迅速，但是与世界先进水平相比，在技术层面还是落后于世界先进水平的，主要因为我国的太阳能发电研究起步较晚。随着我国与光伏产业水平先进的发达国家（德国、日本等）之间光伏项目合作的深入和国家对光伏产业的扶持补贴制度，有力的刺激了我国的光伏产业的发展。在“十一五”期间，兆瓦级别光伏并网发电电厂的成功试点给国内大容量光伏并网电厂的研究和建设开辟了道路。除了财政补贴和技术支持，国家出台的支持新能源产业发展的相关法律和通知，如《可再生能源法》、《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》、《太阳能光电建设应用财政补助资金管理办法暂行办法》和《关于实施金太阳示范工程的通知》、《可再生能源发展“十二五”规划》、《太阳能光伏产业发展“十二五”规划》和《太阳能发电“十二五”规划》都为我国的光伏产业的发展提供了有力的保障和支持。预计在未来的10年内光伏发电的电价将会进一步降低。目前，我国已经有大量的成规模的光伏发电工程建设完成并投入运行。2012年10月，国家电网公司《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，在提高分布式光伏发电项目并网服务效率、免收相关费用等方面做出15条承诺，各级电网企业认真履行各项承诺，确保并网服务工作实施有序、服务畅通[10]。这为小型光伏电站的并网敞开了大门。在2012年全国的并网太阳能装机容量为3.28GW，同比增长47.8%，发电量3500GW时，比上年增长4.1倍，在过去的2013年里也建成了大约3GW的光伏并网装机容量，基本实现了年底全国累计装机容量达到6GW的目标。根据我国国家能源局公布了《2014年上半年光伏发电简况》（以下简称《简况》）。《简况》显示，2014年上半年，我国新增光伏发电并网容量3.30GW，比去年同期增长约100%。其中，新增光伏电站并网容量2.30GW，新增分布式光伏并网容量1GW。
3、光伏发电并网控制策略的研究
要实现并网，不仅要使逆变器侧的输出电流在频率和相位上与电网电压保持同步，并能够很好地跟踪电网电压参数变化，且电流总畸变率 THD 要很小，这样可将对电网谐波的影响降到最低，而且还要使逆变器侧输出有功功率达到最大值，即功率因数接近 1。因此，控制并网逆变器是光伏并网发电控制系统的关键所在，选用何种逆变器控制策略也会影响整个系统的效率。
由于光伏发电系统的输出不具有同步发电机那样的外特性曲线，为了使光伏并网逆变器输出设定要求的电压、频率、相位的电能，需要对光伏并网逆变系统进行相关的控制，一般是对光伏并网逆变器的输出电流进行控制。并网逆变器的电流控制方法其实就是从采用来的电网电压中分析有无变化和何种变化，然后输出反映了该变化的指令信号，使得逆变器的输出电流实现对电网电压的跟踪。逆变器依据控制对象的不同，可以将逆变器分为电流源型与电压源型两类。直接电流控制与间接电流控制是两种常用的逆变器控制策略。间接电流控制无需电流反馈，控制算法相对比较简单，但是间接电流控制对系统参数敏感，电流动态响应慢。而直接电流控制需要电流反馈，且电流的响应速度快，输出电流的质量较好，适合进行精密控制。本文中对常用的瞬时值滞环比较控制、定时比较控制、三角波比较控制、滑模变结构控制、无差拍控制等是较常用的电流控制方式进行了分析比较，重点分析PI控制和重复控制，PI控制的参数较少，简单可靠，易于实现，减小系统的稳态误差，但是并不能完全消除稳态误差，PI控制的抗干扰能力也较差。重复控制则可以实现对参考信号进行无差跟踪，实时控制效果较差。
近年来，随着数字控制技术的快速发展，已渐渐取代了模拟控制技术。数字化 PWM 控制算法因其算法简单、控制效果好、硬件调试电路比较简单，这样使得硬件成本下降不少，因而得到了不断发展，应用前景广阔。为了使并网逆变器侧输出单位功率因数且无谐波的正弦电流，世界各国的研究人员经过不断的摸索与实验，提出了多种有效的数字控制方案。针对并网电流控制，仅仅采用常见的控制策略有重复控制、滞环控制、无差拍控制、PI 控制等实现单位功率因数运行是不够的，我们应当根据不同情况下的不同控制目标，来采取多种控制策略的转换来实现。
为了改善逆变器输出波形，针对以上的一系列并网控制策略，国内外的专家学者进行了一些改进。文献（1）提到，将扰动观测器加入无差拍控制中去，通过观测器发出扰动可以实时观测负载电流，增强了负载适应性。滑膜变结构控制是一种非线性控制方法，鲁棒性较强，因为具有固有的开关特性非常适合应用到逆变器的控制中去。文献（2）利用重复控制技术对逆变器输出波形进行谐波抑制。重复控制技术的特点是输出特性相对稳定，谐波含量较少，系统稳定性强，但是对误差的跟踪性能较差，会延迟一定时间。文献（3）等人在控制系统中加入PID控制方法，可以对开关周期进行追踪通过较为精密的参数设置可以是系统获得良好的性能，弥补波形输出质量不高这一缺点。彭传彪等人提出滞环电流控制是一种优越的非线性控制，控制简单，易于实现，但是因为环宽的局限性导致开关频率不稳定，谐波种类较多。针对这一问题提出了自适应滞环电流控制策略，采用基于滞环电流控制的的复合控制策略，通过改变环宽来实现开关频率的固定，减少输出波形的畸变率，抑制谐波。文献（4）引入频率反馈环节，考虑开关频率的周期性变化，通过PI控制器调整滞环控制器的环宽值，使用模糊推理在线整定比例参数，提高了系统的动态特性。文献（5）通过对比传统正弦脉宽调制技术的优缺点和应用方法，在此基础上提出一种改进方法―反相载波交点式采样法，该方法的调制效果接近自然采样法而优于不对称规则采样法，因此利用该调制方法产生的SPWM波更接近正弦波，控制点时刻的计算只需求解简单的直线交点方程，控制算法简单，节省了微处理器的储存空间，易于在DSP系统中实现。
针对光伏系统直流注入的研究，文献（6）提出采用半桥拓扑逆变器的方法来抑制直流分量流入电网。文献（7）提出一种基于直流分量检测及校正方法，采用高精度检测电路和检测元件来实现较为理想的直流抑制效果，但是，这样成本较高。文献（8）同时提出在逆变器输出侧串联隔直流电容器的方法，为了避免基波的压降过大，要采用较大的电容，但在实际应用中理想电容并不存在，并且电容元件对电路的影响很大，一旦损毁，就会引发断路，会导致过电压的现象。文献（9）将虚拟电容的思想引入直流抑制中，通过改变控制方法来代替隔直电容，使并网逆变器的输出中不含直流分量，但是光伏并网系统的LCL滤波电路工作时，采用电容隔直的方法可能失效。文献（10）提出了一种基于PR与PI联合控制的直流抑制技术，利用PR控制器的无静差跟踪交流参考量、PI控制的无静差跟踪直流参考量的特性，这种方法无需增加硬件电路，且只占用很少的控制芯片资源。
4、总结
全球经济在过去的几十年里突飞猛进的发展，伴随着生活水平的节节攀升，人类对传统化石能源的依赖也越来越强，但是传统的化石能源总会枯竭，世界各国在能源上的争夺愈发激烈，加上传统化石能源的大量使用对环境的破坏又大大影响了人们的日常生活质量。因此，世界各国都将目光转向了绿色清洁的可再生能源，太阳能发电就是众多可再生能源利用方式中一种，日益成为各国在新能源利用方面的研究热点。而光伏并网发电是大规模利用太阳能资源的必由之路，光伏发电在能源结构中扮演着越来越重要的角色，加强对并网控制策略的研究也至关重要。
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引言
随着经济的快速发展和人类生活水平的不断提高，人类对能源的需求急剧扩大，以石油、煤炭、天然气为主的传统能源短缺问题日渐显现，能源供给与经济增长的矛盾不断加剧，特别是传统能源的不可再生性更是加重了人类社会对经济可持续发展的担忧。面对全球范围内的能源危机和环境压力，人们渴望用可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。
太阳能以其独有的优势成为人们关注的焦点，丰富的太阳辐射能是取之不尽用之不竭、无污染、廉价、安全的人类可重复利用的再生能源。太阳能屋顶光伏发电作为人们对太阳能利用的一种方式，电能产生的过程中无化石燃料消耗，是一种环保、清洁的可再生能源。它对于优化能源战略、改善电源结构、提高电源保障、节能减排、提高环境质量是非常有利的。
本论文结合办公用房（中国航信高科技产业园）工程中屋顶光伏发电工程的实际情况，分析太阳能屋顶光伏发电工程的发展前景。
一、太阳能屋顶光伏发电系统
1.系统简介
太阳能屋顶光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、直流汇流箱、计量装置、交流配电装置及远程数据传输监控系统等部分组成。
光伏发电系统组成示意图
目前，光伏组件主要有晶体硅太阳能电池组件和非晶薄膜两种。晶体硅太阳能电池组件光电转换效率达到14%~17%，用高透光率低铁钢化玻璃、抗老化EVA和优良耐火性背板热压密封而成，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力强等特性。非晶薄膜电池组件光电转化效率达到6%~6.5%，它使用只有几微米厚的半导体材料，厚度不足晶体硅电池的百分之一。这些半导体薄层可以附着在廉价的基片上，如玻璃、活性塑料或不锈钢薄板。非晶薄膜电池组件具有卓越的弱光发电型、防孤岛效应等优点和隔热保温性。在相通公路和同样发电量的情况下，非晶硅太阳能薄膜电池的成本低于晶体硅太阳能电池，被认为是目前最有可能实现发电成本接近上网电价的技术。
2.建立屋顶光伏发电工程意义
（1）符合国家产业政策。建立屋顶光伏发电工程贯彻落实了《中华人民共和国可再生能源法》《中华人民共和国节约能源法》，落实了国务院节能减排战略部署。
（2）有利于改善能源结构。我国电力行业的产业政策主旨是优化电源结构，加强电网建设。优先发展水电、核电、风电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源及新能源，而对煤电则立足优化结构、节约资源、重视环保、提高技术经济水平。建设屋顶光伏发电工程，有利于增加电源的多样性，改善电源结构。
（3）有利于改善环境质量。太阳能光伏发电无化石燃料消耗，是一种环保、情节的可再生能源，与火电相比，可节约大量的煤炭或油气资源，有利于环境保护。同时，太阳能是取之不竭用之不尽的最直接的能源，早开发早受益。
二、办公用房（中国航信高科技产业园）工程屋顶光伏发电工程分析
1.建设规模
工程建立在中国航信高科技产业园办公用房工程，装机容量8KW。
2.自然条件
北京市地区日照充分，太阳能资源较充足，属于太阳能资源的二类地区。日照小时数年平均为2780h，太阳辐射量全年平均为112―136千卡/平方厘米。因此，适合建立太阳能屋顶光伏发电工程。
3.实际工程
（1）平面布置
该工程项目根据发电量、光伏组件的安装方式等，确定光伏系统组建的倾斜角度，在条件允许的情况下得到最大的发电量。
（2）设计原则
由于计划安装光伏系统的建筑已基本建成，建筑结构不易变动，在设计中遵循了以下原则：
a)不改变原有建筑物结构（如屋顶防水层、电气管线等）。
b)组件前后排之间在任何季节不发生遮挡。
c)最大限度降低屋顶的承重。
d)安装施工方便。
4.实践进程
光伏发电在屋面的面积约 6.4 平方米,共16块晶体硅面板，每块0.4平方米。形式：并网型不可逆系统。主要供会议室内用电。安装过程中尽量做到标准组建,把接线盒省去或者隐藏起来,以防止阳光直射和雨水侵蚀。同时也能到达建筑的美观效果和节约成本。
5.存在问题
（1）高成本
晶体硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中处主导地位。本项目太阳能电池组件选用晶体硅太阳能电池。但是近年来国际多晶硅价格猛涨，因此造成目前我国光伏发电工程成本过高。
在这种情况下，价格低廉的非晶薄膜电池正在迅速发展。与目前国内众多的晶体硅电池技术不同，在原料消耗上，非晶硅薄膜电池所用沉积原料仅为多晶硅电池的1%，不存在原料供应的瓶颈，从而大大降低了发电成本。
（2）废旧太阳能电池的回收
太阳能电池的寿命一般为25年，废旧太阳能电池如何处理是光伏发电工程发展必须考虑的问题。
三、认知
其实在我们身边就有很多太阳能光伏发电的建筑可以供我们学习和借鉴,2010 年世博会在这方 面接得到大力提倡和运用, 中国馆和主题馆的光伏一体化工程由申能（集团）有限公司旗下上海申能新能源投资有限公司投资建设，据施工方介绍，根据场馆特点和光伏建筑一体化设计要求，他们为两座场馆“量体裁衣”，设计了各具特色的太阳能组件安装方案，不仅美观大方，更能对太阳能进行高效利用。
其中，中国馆采取了利用 68 米平台和 60 米观景平台铺设单晶太阳能组件的方案，总装机容 量达 302 千瓦。中国馆的 60 米观景平台四周将采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙，既具有传统幕墙的功能，又能够将阳光转换成清洁电力，一举两得。
中国馆 BIPV 效果图
主题馆则在屋面铺设了面积约 2万 6 千平方米的多晶太阳能组件，面积巨大的太阳能电池板让主题馆的装机容量达到了 2825 千瓦，而大菱形平面相间隔的铺设方法也同时保证了屋面的美观。
据悉，2010 年上海世博会所采用的光伏建筑一体化工程将创下历届世博会之最，建成后的主题馆光伏电站将成为我国乃至亚洲单体建筑最大的光伏建筑一体化电站。两座场馆共安装了各类太阳能组件 17866 块，总安装面积 28800 平方米，太阳能总装机容量高达 3127 千瓦。一旦投入使用，两座“绿色电站”年均发电量约 284 万度，每年即可节约标准煤约 1000 吨，年均减排二氧化碳约 2500吨、二氧化硫 84 吨、氮氧化物 42 吨、烟尘 762 吨，无愧于“绿色”的称号。
主题馆 BIPV 效果图
在本次光伏建筑一体化工程中，施工方采用了多项新技术，使用了多种新型太阳能发电组件，这些技术和组件均为国内研制生产，部分技术和设备更是国内首次研制使用，具有极高的技术含量。
施工过程中，中国馆和主题馆的建筑特点为施工方出了不少难题，如要在中国馆的 60 米平台 挑檐位置安装重达 250 公斤的光伏组件，要将主题馆数万平米屋面的水平误差控制在 30 毫米之内等等，但是项目建设者们通过大胆摸索，最终将这些难题一一破解。太阳能光伏应用代表了一种清洁而高效的新能源，是人类社会未来能源利用的发展趋势。然而，尽管有关资料显示，我国蕴藏着极为丰富的太阳能资源，但在太阳能光伏应用方面尚似蹒跚起 步的儿童，与太阳能应用已较为成熟的国家相比仍有较大差距。
近年来，我国有关部门相继出台了一系列扶持太阳能光伏应用的政策，我国光伏发电应用正迎来高速发展的关键时期。因此，上海世博会上中国馆和主题馆的太阳能光伏建筑一体化发电工程可谓正逢其时。业界认为，这一工程的建设必将有助于提高我国光伏建筑一体化产品及工程应用的技术水平，推进我国太阳能光伏产业健康快速发展。
我相信随着光伏发电技术的日益成熟和完善,越来越多的光伏一体化建筑会涌现。我们国家所提倡的能源战略也得以体现,真正实现绿色,低碳建筑。也是我们所追求的目标。
参考文献
1、仇宝兴
2、史博士
篇11
目前，我国已超过美国，成为全球风电装机容量最大的国家，同时也成为风能设备最大的生产国。随着国内风电产业链日臻完善、研究规模不断扩大，成本下降非常显著，竞争力也逐渐增强，但是在产业链最上游的新型材料及半导体器件（控制芯片、电力电子器件等）研究方面仍较落后，主要研究工作集中在中下游的风电整机制造、关键零部件配套（发电机、电控、传动系统等）以及并网技术领域。
沈阳工业大学在风电整机制造方面具有很强的实力，是我国最早从事风力发电技术研究的少数高校之一，设置有风能技术研究所，师资力量完善，先后承担过多项大型横、纵向课题，成果显著。其设计的具有自主知识产权的1.5MW风电机组实现了产业化，占据一定的市场地位，产学研结合能力很强。
华北电力大学作为教育部直属高校中唯一的以电力为学科特色的大学，成立了国内首家“可再生能源学院”，下设风能与动力工程专业，未来还将筹备生物质发电和太阳能利用专业。研究内容以大容量风力发电接入，对电力系统安全、稳定运行的影响为主，主要研究包括：风电场建模与仿真、风能资源测量与评估、风力发电机组状态监测与故障诊断、风力发电机组只能控制与优化运行、低速风能利用策略与先进风力发电理论，充分发挥了其在电力系统方面的优势。
重庆大学机械传动国家重点实验室，借助其在机械传动领域的优势，在风电机组齿轮箱设计、动态特性研究、工作模态测量及制造工艺方面有深入的研究，并且产学研结合。
汕头大学新能源研究所在大型风电机组空气动力学、结构强度及结构动力学研究方面颇有作为，自行开发了大型风力机优化设计系列软件。
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室对风力发电系统中的液压技术有深入研究，包括风机制动系统、定桨距控制和变桨距控制等。
同济大学机械工程学院在风电机组叶片动力学分析、结构优化设计、刚柔耦合系统模型分析方面经验丰富。
东南大学在风力发电机研究、设计方面走在前列。近期又集合学校优势学科，建立了风力发电研究中心，致力于以风力发电为核心的可再生能源发电及应用技术的基础研究。
电控方面，清华大学、北京交通大学、中科院电工所都有很强的实力。清华大学电机工程与应用电子技术系原名电机工程系，历史悠悠，师资力量雄厚，在风电接入对电力系统影响、风电机组建模仿真、风电变流器设计及控制等方面有深入研究。北京交通大学电气工程学院早期隶属于铁道部，主要服务于我国轨道交通电传动装备产业，在大功率电力电子技术领域积累了丰富经验，研究实力在国内高校处于领先地位。新能源研究所成立后从事大功率风电机组（直驱或双馈）并网变流器、中大功率光伏发电逆变器、风电机组仿真及主控系统、微网技术研究，产学研结合能力很强。中科院电工所新能源发电技术研究组是国内最早研究风力发电、太阳光伏发电的单位之一，其大型并网风电机组控制及变流技术、变桨距控制技术以及风电场集中和远程监控技术等较成熟，还有一些特色研究工作包括：风/光互补、风/柴系统及其控制逆变技术、控制逆变技术等。
光伏发电
光伏发电具有系统简单以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电。太阳能发电主要分为并网电源系统和离网电源系统，目前大规模使用的主要是并网系统，一般包括光伏电池组件、光伏逆变器、配电柜、监控系统等。其中光伏电池组件将太阳能转化成电能，光伏逆变器与风能变流器类似，可以将光伏电池组件产生的不稳定电能变成稳定的电能并入电网。
我国光伏业正处在爆发式增长期，中国大陆和台湾的光伏电池厂商占全球总电池产量59%的份额。与风电产业链类似，除了最上游的化合物、硅片提纯、加工外，我国已形成了较完整的光伏产业链，包括晶体硅、薄膜电池片及组件加工、光伏逆变器、系统集成、能源投资商等。
国内高校对于光伏系统研究主要集中于工程应用方面，合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心是我国迄今为止唯一的专门从事光伏系统技术研究的国家重要的科学研究基地，挂靠合肥工业大学电气与自动化工程学院，主要从事光伏组件建模及仿真、光伏逆变器设计及控制、工程化应用等研究工作，产学研结合较好，承担多个大型光伏电站设计工作。
海外院校
由于新能源行业涉及领域多、范围广，以及我国新能源行业开始起步，人才的缺乏已经成为极为突出的问题，国家、社会、高校、企业都在积极努力培养这方面的人才，学生的择校就业也因此变得十分灵活。同时，也因为刚刚起步，目前面临的多是工程应用技术类问题，因此我们的相关研究工作主要分布在中下游，从前面的介绍也可以看出，在新能源上游高端领域，由于技术壁垒很高，国内的研究工作相对较少，但是可以选择留学欧美高校，得到更进一步的提高。
澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心，由有着“太阳能之父”之称的马丁·格林教授领导，专注光伏电池的研究，自上世纪80年代起，30年间毕业于新南威尔士大学光伏中心的中国留学生已经撑起了中国光伏产业的半壁江山。如今，在屈指可数的几大领头光伏企业中——尚德、中电光伏、英利、赛维LDK都有新南威尔士大学毕业生的身影，其科研实力可见一斑。
在欧洲，各国都十分重视新能源的开发利用。作为生态村理念的首创国，丹麦是能源问题解决得最好的国家之一。早在2006年，我国就与丹麦签署了“可再生能源”合作项目，国内许多高校分别与丹麦高校开展联系。丹麦奥尔堡大学能源技术学院在风力发电、分布式发电、电力系统、电力电子及控制技术等领域有深入研究经验，并且与许多国家和组织开展合作，产学研实力很强。特别是在风力发电领域优势突出，核心研究领域包括：风力发电机组及风电场的控制与监测、仿真、设计、优化。
随着新能源技术发展以及各项政策效应的逐步显现，开发利用新能源的成本将明显下降，为人类清洁能源利用和产业结构升级带来历史性机遇，新能源终将成为今后世界上的主要能源之一。
Tips：新能源材料与器件专业优势院校
文/南京航空航天大学 郭栋梁
该专业重点是研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件（如通讯、汽车、医疗领域的动力电源），发展“新能源材料”(新型锂离子电池材料、新型燃料电池材料和新型太阳能电池材料)的学术研究方向。
新能源材料与器件专业设置，主要依托化学化工学院，跨能源科学、材料科学、化学等多个学科，拟培养能掌握新能源材料专业基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法，了解新能源材料科学的发展方向，具备开发新能源材料、研究新工艺、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料专门人才。毕业生可在化学能源、太阳能及储能材料等新能源材料领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺设计等方面工作，也可继续攻读新能源材料及相关学科高层次专业学位。
新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业。
高校特色：
华东理工大学
以半导体材料技术、化学电源技术、太阳电池技术等为特色。未来就业集中在光伏太阳能、新能源开发和利用以及半导体材料器件的设计、化学电池开发等。
东南大学
依托电子科学与技术大类专业背景，专业内容侧重光电子材料及其应用方面，主要针对太阳能材料制备、检测和应用，可以拓展到生物能等其他新能源。
四川大学
篇12
Keywords: the construction curtain wall; Energy saving; technology
中图分类号： TU201.5 文献标识码：A文章编号：
一、幕墙节能材料的选用
（一）玻璃的选用
在目前建筑设计中，针对建筑物外窗和玻璃幕墙，玻璃占的面积是绝大部分的，因为它可以参与的热交换的面积较大，这样使之成为了幕墙和窗节能的关键部分。伴随着科学技术的发展，新型节能的玻璃材料不断地被研究出来，并得到广泛运用，下面针对一些应用较多的材料进行剖析：
（1）阳光辐射控制玻璃
这类玻璃材料主要是采用改变玻璃的光学特性来实现对太阳能辐射进行选择的技术，该技术能够进行选择性屏蔽一些辐射，从而能够达到异性环保节能效果，主要有光谱选择透过性玻璃和透过率可调玻璃：①光谱选择性透过玻璃，它实际上是Low-E玻璃和热反射玻璃技术的延伸，即通过在玻璃表层覆盖一层特殊性质的材料涂层，这种玻璃材料能够选择不同波长的太阳辐射和热辐射。②透过率可调玻璃，这种类型的玻璃能够伴随环境的变化来改变自身的透过特性，能够实现对太阳辐射能量的控制，进而达到满足节能的要求。这种玻璃根据其改变特性的机理可以分为热致变色玻璃、电致变色玻璃和光致变色玻璃。这三种类型的玻璃中，光和电致变色玻璃已经引起了幕墙行业相关人士的广泛关注，并且得到了一定的应用。在实际生活中，光致变色玻璃的可见光透过率能够是现在75%-25%范围内变化，太阳能辐射的透过率变动能够实现53%-23%范围内变化，电致变色玻璃在短短的五分钟内可以时间可见光透过率67%-10%以及太阳辐射66%-10%的变化。
（2）隔热玻璃
随着技术的发展，一些新型隔热玻璃在中控技术上不断被研发出来，主要有以下几种：①惰性气体隔热玻璃，这种玻璃是通过往中空玻璃的空腔内注入惰性气体得到的。如今，国外市场上已经出现了充氯气的4mm-8mm-4mm-8mm-4mm三层中空玻璃，该种玻璃是结合Low-E技术形成，它的传热系数达到了0.7W/(m2·K)。②气凝胶隔热玻璃，气凝胶是一种多孔性的硅酸盐凝胶，其体积的95%为空气，这种气凝胶中的气泡比较小，一般小于20mm，因此，具有较好的隔热性能，而且还不会阻挡和折射光线，因为其颗粒远小于可见光波长。然而这种气凝胶物质长时间使用后会出现沉降现象，这也是目前限制其大范围商业化应用的主要原因。
（二）铝合金型材选用
在选用窗框材料时，需要考虑不同材料的玻璃幕墙和采光顶等外窗的传热系数影响，这个因素是选择材料时不可缺少的条件。目前，一些塑料窗框和木窗框由于本身的传热系数很小，加上其对外窗的传热系数影响也很小，因此在选用作为节能窗框时，很少考虑。相对而言，铝合金和钢窗框等材料本身的导热系数大，加上其对外窗的传热系数影响较大，需要采用断桥处理。这种断桥处理针对铝合金材料来说有很多种，比如，聚酷胶（PA)断热条和聚氨酷（PU）等等，对于一些对保温性能要求非常高的外窗应考虑选择断桥效果较好的铝型材。
二、幕墙节能技术研究
（一）幕墙节能体系的选用
（1）双层幕墙技术
近些年来幕墙行业在开发新型的幕墙结构方面取得不少进展，尤其是双层幕墙技术引人关注，它的节能原理可以总结为循环幕墙由一层玻璃幕墙和一层普通开窗墙体或者双层的玻璃幕墙组成，双层都可以进行上下通风口设置。在夏季的时候，可以打开外层的上下通风口，这样在阳光的照射下其中间空气层温度会升高而出现上浮，从而逐渐形成自上而下的空气流，最终可以达到降低内层表面温度的目的。在冬季时，把外层的通风口关闭，打开内层的通风口，这样夹层中的空气就会在阳光的照射下不断升高，从而逐渐形成一个小温室，这样能够有效地提高内层玻璃温度，造成室内气体循环，从而慢慢提升室内温度，较少热负荷的要求。与单层玻璃幕墙相比，双层的玻璃幕墙可以节约42%-52%的能源，同时制冷时可以节约能源38%-60%。
（2）节能百页技术
相对于传统的百叶遮阳技术而言，节能的百页是对其进行的有效地改进，传统的建筑中百页要么悬挂在室内要么悬于室外，室内的百页不能够高效的控制室内的热量，室外的百页不能达到循环通风效果，这样对节能效果有非常大的影响。我们知道太阳直射能够对建筑的冷热负荷产生影响，夏季遮阳能够对负荷总价值进行有效地控制，冬季的阳光能够进入室内，这样节能百页能够高效的利用这一特征。使用节能百叶是幕墙改革的一个非常好的方案，它能够适度调节角度，以最佳状态来达到节能的目的。
（二）幕墙节能新技术
（1）太阳光变向照明技术
太阳光变向照明技术取代了传统的遮阳机构，它利用幕墙上的光线反射装置把室外的日光反射到室内的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活区域，这样为人们提拱照明。这种形势下的光照条件与传统的以“光柱”形式进入室内的太阳光相比，会更为柔和和均匀，从而消除了由直接入射的强烈阳光在电脑或者电视屏幕上造成的眩光，同时还能够改善日光在整个房间甚至建筑物的分布，从而减少照明费用。
（2）光电幕墙
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热和装饰等功能于一身的新型建筑幕墙，此种类型的幕墙集合了太阳能光电技术与幕墙技术，把以前被当作有害因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能。光电幕墙的意义还体现在它把太阳能发电技术集成到建筑幕墙产品中，不占用专门的土地，而且太阳能光电板也可以替代传统的玻璃等幕墙面板材料，无需重复投资。
三、总结
长期以来，人们总是认为幕墙建筑不节能，但是从分析中可以看到，随着科学技术的不断发展，幕墙节能材料和节能系统的不断完善，玻璃幕墙也可以做出符合节能要求的建筑物。幕墙节能，并不是人们想象中的存在技术上的问题，更多的是我们对它的重新认识与合理运用。
参考文献
篇13
分布式能源技术的发展，为中国与世界发达国家重新回归同一起跑线创造了一个新机遇，如同手机和家电一样，它有可能使中国依据市场优势迅速占据世界领先地位。
所谓“分布式能源”是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，毕业论文可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷（植）联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标；在管理体系上，依托智能信息化技术实现现场无人职守，通过社会化服务体系提供设计、安装、运行、维修一体化保障；各系统在低压电网和冷、热水管道上进行就近支援，互保能源供应的可靠。分布式能源实现多系统优化，将电力、热力、制冷与蓄能技术结合，实现多系统能源容错，将每一系统的冗余限制在最低状态，利用效率发坏发挥到最大状态，以达到节约资金的目的。
分布式能源技术的基础科学主要在以下几个方面：
1、动力与能源转换设备；
2、一次和二次能源相关技术；
3、智能控制与群控优化技术；
4、综合系统优化技术；
5、资源深度利用技术。
动力与能源转换设备：
主要是指一些基于传统技术的完善和新技术的发展。
（1）小型燃气轮机——在小型航空涡轮发动机技术的基础上，实现地面发电和供热的联产技术。目前中国在这一技术上已经可以开发相应产品，主要的问题是需要提高设备的能源转换效率，提高可靠性，延长设备检修周期，提高设备的自动智能控制水平；
（2）微型燃气轮机——这是基于汽车发动机增压涡轮技术的延伸，关键技术在于精密铸造和烧结金属陶瓷转子，空气或磁悬浮轴承，高效回热利用技术，永磁发电技术，可控硅变频控制技术等。由于技术层次并不高，其中许多项目已经有专家在研究，只要国家真正重视，中国完全可以赶超世界先进水平；
（3）燃气内燃机——内燃机技术对于中国已经非常成熟，但是燃气内燃机的制造水平与国际先进设备还存在比较大的差距，主要是转换效率、排放控制、电子控制和设备大修周期等，此外，国外正在发展的预燃、回热、增压涡轮技术，以及电子变频等技术，都是发展的重要方向；
（4）斯特林发动机——外燃式斯特林技术中国已经有了比较大的突破，上海711所已经可以生产该技术的产品，目前主要是提高设备可靠性和发电效率，以及自动化控制水平；
（5）燃料电池——该技术有质子交换膜、固体氧化物、熔融硅酸盐和氢氧重整等多种技术方式，该技术应用极为广泛，污染极小，而且可以同燃气轮机技术整合，发电效率将可能达到80%，是未来最具有发展价值的技术；
（6）微型蒸汽轮机——蒸汽轮机是非常传统的技术，但是利用一部噪音小、振动小、运行方便可靠的小型蒸汽轮机代替热交换器，将其中一部分能量转换为价值较高的电能，或者利用蒸汽管网中较低品位的蒸汽为制冰机组提供低温冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量；
（7）微型水轮机和微型抽水蓄能电站——小型、微型水轮机组不仅可以在任何有水位落差的地方使用，而且可以广泛利用在分布式能源项目上。利用自来水管网的水能压力，或者建筑物可能产生的落差进行发电，并在用电低谷进行抽水蓄能，新型的微型水轮发电机组将何以采用电子变频控制技术，调整电能品质；
（8）太阳能发电和太阳热发电——利用太阳能量的发电技术，关键是降低成本，同时需要研究与其他能源利用方式和载体进行整合，将太阳热发电与沼气利用整合，将光伏电池与建筑材料整合，利用光导纤维与照明技术整合等等；
（9）风能——风力发电是世界能源发展的一个重要方向，在大型风场大量利用大型风机发电将何以代替现有的火力发电系统，但是对于居住分散的用户小型高效的风力发电系统更加具有普及意义，小型风力发电系统主要需要解决的是成本、可靠性和蓄能问题；
（10）余热制冷系统——利用动力机产生的余热供热制冷是分布式热电冷三联供系统的重要环节，尤其是制冷，可以采用吸收式制冷，也可以采用吸附式，以及余热——动力转换——低温制冷等技术，这些技术均比较成熟，关键是系统的集成和提高效率，以及降低造价等问题；
（11）热泵——利用地源、水源和其他温差资源的能源利用技术，重点在于提高效率和增强于其他能源利用技术的整合能力；
（12）能量回收系统——诸如将建筑物内电梯下行、汽车制动、自来水减压等能量回收的技术以及应用设备的研发。
与分布式能源系统相关的一次和二次能源相关技术：
（1）天然气系统的优化利用，以及管道输送技术；
（2）液化天然气的生产和利用——分散化的液化天然气生产技术可以充分利用石油开采中的伴生气资源，减少温室气体排放，提高资源的综合利用率，液化天然气利用中对于冷能的有效利用可以有效节能等等，在液化天然气利用中，将产生大量的新课题；
（3）煤层气和矿井瓦斯利用，世界上可能有60%以上的矿工是死在中国的矿井里，而瓦斯爆炸是元凶之一，减少矿工死亡和提高煤层气和矿井瓦斯资源的利用有着密切关联，利用煤层气和矿井瓦斯发电等技术不仅可以挽救无数矿工的生命，还能有效减少温室气体排放，缓解全球变暖问题；
（4）可燃冰——存在于海底和高寒地区的天然气水化合物是人类未来的主要能源，它是为分布式能源系统提供燃料的重要途径；
（5）煤地下气化——中国目前有100亿吨以上的煤炭资源在开发过程中被遗弃在地下，如何利用可控地下气化技术将其变为气体燃料回收利用是中国煤炭工业的重要课题；
（6）地热——利用和开发地热资源，将地下低品位热能转换为高品位的电能或冷能是技术的关键；
（7）深层海水冷能——利用沿海深层海水的低温资源，解决沿海城市的制冷问题，并降低城市热岛效应；
（8）水能——利用水利资源，特别是小型水电设施解决农村以水代柴，保护植被；
（9）沼气——利用城市垃圾、农村废弃物资源等进行发电或热电联产，减少温室气体排放，提高资源综合利用水平；
（10）甲醇——利用煤等矿物资源生产甲醇，以代替石油。甲醇可以满足燃料电池对氢的需要；
（11）乙醇——利用植物资源生产乙醇，以代替石油和其他矿物燃料，乙醇可以作为燃料直接使用，也可以作为燃料电池的氢分离的原料；
（12）氢——对于氢的利用将决定人类的未来，如何从水中低成本地重整氢气将是技术的关键；
（13）压缩空气——利用低估电力或其他能源生产高压空气，作为汽车和其他动力设备，以及分布式能源的动力源，主要解决高增压比压缩技术、设备小型化、材料和效率等问题。
智能控制与群控优化技术：
（1）分布式能源机组和系统自身的智能化控制——解决设备“无人职守”问题，能够根据需求进行调节，自动跟踪电、热、冷负荷；
（2）分布式能源与载体的信息互动——解决分布式能源系统成为智能化建筑的一个组成部分，与建筑系统的需求进行优化整合，提高建筑的能源可靠性和节能性；
（3）分布式能源机组的联合控制——分布式能源采用模块化组合设计，需要对模块组合联合控制，根据需求变化进行智能调节，决定每一模块的运行状态和模块之间的调节优化关系；
（4）远程遥控——通过电话线、因特网、无线网络和电源线对设备进行远程监视控制，需要解决安全和协议统一等问题；
（5）群控优化——根据一个区域内各种用户对于电力、热力、制冷等需求的变化，以及燃料、气温变化趋势、蓄能量库存等等因素，优化控制各个用户的分布式能源系统，以及公共能源系统，进行多系统容错优化，减少冗余，提高各系统的安全性和需求适应性，降低造价，提高效率；
（6）智能电网技术——必须建立电网信息化管理系统，对于电网特别式近用户低压供电电网的信息化控制，流量平衡控制、网内分布式能源智能管制系统、智能保护系统等；
（7）信息化计量与结算系统——建立网络化能源系统的各种能源产品和各个用户与分布式能源设施拥有者之间、各时段间根据预约定价进行计量和结算的智能系统；
（8）自动信息系统——对于用户与临近用户能源使用状态、用户与临近用户的分布式能源系统伺服状态、以及燃料系统和公共能源供应系统的运行状态信息进行，以便智能化建筑、用户能源管理系统、分布式能源设施、储能设施、设备运行服务机构、以及燃料供应者和公共电网能够根据每一信息源所的实时信息进行状态优化调整，实现资源共享。
综合系统优化技术：
（1）多种能源系统整合优化——将各种不同的能源系统进行联合优化，例如：将分布式能源与传统能源系统整合后，进行联合优化；或者，将分布式能源系统与冰蓄冷系统整合并进行联合再优化，将微型燃气轮机与热泵系统整合优化，以及太阳能与分布式系统的优化整合等等，达到取长补短的目的，充分发挥各个系统的综合优势；
（2）将分布式能源与交通系统整合优化——利用低谷电力为电动汽车蓄电或燃料电池汽车储氢等，将燃料电池和混合动力汽车作为电源形成随着人流移动的电源和供水系统。实现节约投资经费，降低高技术产品使用成本等目的；
（3）分布式能源系统电网接入研究——解决分布式能源与现有电网设施的兼容、整合和安全运行等问题；
（4）蓄能技术——通过蓄能技术的开发应用，解决能源的延时性调节问题，提高能源系统的容错能力，其中包括蓄电、蓄热、蓄冷和蓄能四个技术方向。蓄电包括化学蓄电：电池；物理蓄电：飞轮和水能、气能。蓄热包括项变蓄热、热水、热油和蒸汽等多种形式。蓄冷：冰和水。蓄能包括物理蓄能：机械蓄能、水蓄能、以及记忆金属蓄能等多种方式；
（5）地源蓄能技术——利用地下水和土壤将冬季的冷和夏季的热蓄能储存，进行季节性调节使用，结合热泵技术进行直接利用，减少城市热岛效应；
（6）网络式能源系统——互联网式的分布式能源梯级利用系统是未来能源工业的重要形态，英语论文它是由燃气管网、低压电网、冷热水网络和信息共同组成的用户就近互联系统，复合网络的智能化运行、结算、冗余调整和系统容错优化；
资源深度利用技术：
（1）天然气凝结水技术——利用天然气燃烧后的化学反应结果回收水，解决部分城市水资源紧缺问题；
（2）将分布式能源与大棚结合的技术——将分布式能源系统发电设备排除的余热、二氧化碳和水蒸汽注入大棚，作为气体肥料和热源，解决城市绿化和蔬果供应，同时减少温室气体和其他污染物排放问题；
（3）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术——利用热泵的技术，将低品位热源转换为较高品位的生活热水，减少能源消耗；
