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1.1.1 研究背景
21 世纪以来，社会生产力的提高使得经济高速发展，人民生活水平迅速提高，日
益紧缺的常规能源和严重的环境污染已经成为人类社会的两大问题。在我国社会能源
体系中占有很大比重的石油和天然气将在未来几十年内耗尽；煤的情况稍微好点，但
也将在一两百年内用完，并且煤的开采和燃烧会为生态环境带来很多副作用。世界范
围内的能源危机早已开始，作为人口最多的国家，我国面临的情况尤其严重。可再生
能源以其丰富的资源含量、广泛的分布、环境友好性和利用的可持续性等优点，越来
越受到社会关注。时至今日，大力发展可再生能源以应对日益严重的能源危机，已经
成为我国21世纪发展国民经济刻不容缓的战略目标。
在中国总能耗的构成中，城镇居民能耗和建筑能耗占据了很大比重。能否解决这
两项耗能过大的问题，关系到我国可持续发展事业能否顺利进行[1]
。据不完全统计，
全球能源近 50%消耗在建筑的建造和使用过程中[2]
。社会经济的发展使得建筑舒适度
逐渐成为人们对居住环境好坏的基本评判标准，而建筑面积的快速增长使得建筑耗能
在社会总耗能中的比重越来越高[3]
。虽然在建筑节能领域出现了很多的新产品和新技
术，但是这些产品和技术大多形式单一，仅能解决实际生活中的部分问题，这也造成
了其节能效率低且效果不明显的问题[4]
。鉴于此，对各种节能技术的综合利用才是建
筑节能技术的发展方向。基于这种设计理念，本文提出了太阳能光伏发电系统、太阳
能热水系统与地源热泵系统相结合的家用太阳能热电联供系统。
1.1.2 研究意义
太阳能的转换利用方式主要有三种，即太阳能光电转换、太阳能光热转换和太阳
能光化学转换。就目前而言，我国对太阳能的利用主要为热利用和光利用两种。截至
2003 年底，我国统计已安装的光伏电池容量约有55MWp，其主要作用为解决偏远地区
居民的交通及通讯用电问题。国外早有将太阳能与建筑相结合的实例，国内也逐渐有
人进行相关的设计研究。
我国夏季炎热地区主要集中在南方，包括东南沿海各省和长江中下游地区，云贵
高原以及四川盆地等[5]
。在上述地区，夏季不仅高温难耐而且具有较长的持续期，同
时晴天强烈的太阳辐照使得家用空调具有较长的开启时间，由此产生了巨大的空调耗能。对于这些地区，迫切需要考虑的问题是如何降低这些空调能耗[6]
。要实现经济与
能源的可持续发展这一目标，我们需要寻找方法以降低空调能耗。就目前来看，高效
节能、环保型空调产品的推广与使用已经成为制冷空调行业的发展方向[7]
。地源热泵
系统可以因地制宜地利用地下土壤作为工质吸热和排热的热源，兼具良好的环境效益
和较高的综合利用率，同时还能降低化石燃料的消耗，进而为实现全球范围内二氧化
碳的减排做出贡献。
本文针对连云港地区占地一亩的某小型别墅实际耗能情况，应用所学的太阳能光
电、光热转换以及地源热泵设计相关知识，期望将太阳能的综合利用与常规居民建筑
相结合，实现为建筑节能减排的目标。
1.2 研究历史及现状
1.2.1 太阳能光伏
一般认为，法国物理学家贝克勒尔(Edmond Becquerel)在 1839 年发表的论文标
志了光伏效应的发现。在论文中，他描述了从试验中发现的产生于电解液中的光伏效