太阳能毕业论文-----物理系__光伏产业.doc

太阳能作为一种分布广泛、取之不尽、用之不竭的绿色无污染清洁能源，是人类社会可持续发展的首选能源。世界光伏工业上世纪末最后10年的平均增长率为20%，从1991年的55兆瓦增长到2000年的287兆瓦。而进入新千年后，全球光伏组件的年均增长率更是高达30%以上，2003年全球的产量达到了742兆瓦，2004年全球光伏电池的生产首次突破1000兆瓦，光伏产业成为全球发展最快的新兴行业之一。与之相应的是庞大的需求。20世纪90年代以来，美国先后制定和出台了包括国家光伏发展计划、百万太阳能屋顶计划、光伏先锋计划等在内的众多光伏发展计划。其中比较著名的是1997年提出的“百万太阳能屋顶计划”。它规划到2010年美国将为100万个家庭安装太阳能屋顶，每个光伏屋顶将有3kW-5kW光伏并网发电系统，有太阳时使用太阳能屋顶的供电方式；无太阳时电网向家庭供电。仅此计划，美国到2010年将用太阳能供电至少可达到3000兆瓦以上。美国能源部曾宣布：计划到2010年累计安装的太阳能发电装置所能达到的容量会超过4600兆瓦。2. 太阳能独立光伏系统发电原理及系统组成部分太阳能独立光伏发电系统由太阳能电池组件、太阳能充放电控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一）、太阳能电池组件：太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转换为电能，或送往蓄电池中存储，或提供给负载工作。（二）、太阳能充放电控制器：太阳能充放电控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（三）、蓄电池组：一般为阀控式铅酸免维护电池、胶体蓄电池等，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池组件所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四）、逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。4. 太阳能发电类型并联型太阳能光电系统与市电并网，主要有两种形式，一种是白天产生的电力透过馈入电表全部卖给电力公司，再经由消耗电表向电力公司买回所需的用电。另一种是若有多余的电力则回卖给电力公司。若电力不足时再向电力公司买回所需的用电。户用别墅型太阳能光电系统经由太阳能模块产生电力，透过太阳能充电器将电力储存于蓄电池，然后再经由太阳能逆变器，将直流电转变成交流电满足家庭使用者的需求。太阳能光电幕墙的开发与应用摘要：本文介绍了太阳能光电幕墙的基本原理和应用类型，以及国内外开发与应用情况关键词：太阳能 幕墙 玻璃 1 前言能源和环境是人类社会必须面对的两大基本问题。据国际能源组织报告：2003年中国的石油消费日均549万桶，超过日本的540万桶，成为世界上仅次于美国的第二大石油消费国。能源供应成为中国能否持续稳定发展的关键因素。化石燃料消耗，对环境造成根本的影响和破坏。我国科学家根据不同气候模式就能源消耗对气候的影响作出预测：气候变化将使中国未来农业面临突出问题，估计到2030年，种植业产量因全球变暖会减少510左右。利用太阳能电池是同时解决上述能源与环境两个问题的最佳选择1。相对于地球本身的能源来说，太阳能是一种取之不尽，用之不竭又无污染的洁净的可再生能源。太阳辐射到地球大气高层的总能量虽只有其本身每年产生的能量(功率为3.81026瓦)的20亿分之一，到达地球表面其功率约为8106瓦，这大约相当于每秒钟燃烧240万吨优质煤所发出的能量。这一巨大的能量十分惊人。因此，大规模地开发和利用太阳能，以解决人类社会发展所需要的能源问题，是必然的趋势，是新世纪能源科学技术发展的重点之一。目前，已开发成功两种类型的太阳能转换技术装置，并得到广泛应用。一类是太阳能转换为热能，即利用一种装置吸收或反射太阳辐射能并将其转换成可利用的热能；另一类是太阳能转换为电能，即利用特制材料(玻璃、硅电池)所产生的光电效应，使太阳能直接转换为电能，早在100多年前，人们就发明了光电模板，即利用光照使浸入电解液的锌电板产生电流。到了1954年，美国研究人员使用元素硅取得巨大成就，光电模板首先被用在宇宙航行上。太阳能光伏发电系统在我国起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。上述的太阳能利用装置和材料无论是透光材料、吸收涂层和各种反射薄膜，以及当今最为走俏的太阳能电池等都离不开玻璃。透明的平板玻璃，具有高透过率、低反射、耐高温、易加工等特点，无论用于太阳能的热转化装置，还是电能的转换装置都是一种优异的基板材料2。现在，人们越来越关注健康，绿色环境意识日益增强，科技发展进步已将光电模板装入建筑幕墙中变为可能，应用光电幕墙的时代已经到来。2 光电幕墙技术2.1 技术概念太阳能光电玻璃幕墙3是指将太阳能转换模板密封在双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材，它集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身，充分体现了建筑的智能化与人性化特点。 设计光电幕墙需考虑电池、模板、导线和变压器各个因素，各电池组成模板，各模板组成小分格，并通过导线连接，所有导线又组成一个变压器。变压器是一个封闭的幕墙部分，每套光电设备可由一个或多个变压器组成。每套光电设备都先产生直流电，再由直流电转变成交流电，并由电压网传输，逆整流器再将230/400伏的电压转变成频率通常为50赫兹的电能。晶体电池通过导线相互连通，并被接在大表面的模板上，这些电池被嵌入坚硬的树脂玻璃中，导线可接在模板背面或玻璃边缘。作为模板一个组成部分的非晶体是一个完整的平面，相互连通，被嵌入两块玻璃和透明度高的树脂中。所有模板都可作为幕墙的建筑材料使用，这些模板极为坚固，电绝缘性好。采取这些措施后，即使发生失误，在可触摸部位也不会出现危险的电压。光电模板具备抵御外界环境侵扰的能力，或在臭氧，或在酸雨，或在零下50摄氏度至90摄氏度的环境中，光电模板仍可使用几十年，而且是极为美观的造型材料。2.2 技术优势光电幕墙首先是一种高科技的建筑外壳，可满足抵御恶劣天气的所有要求，当然也可满足建筑物理上的要求，比如阻燃、隔热和消音等。光电幕墙还提供了一种与众不同的造型，这是科技发展进步的标志。 光电幕墙加装光电模板后，可节省传统的建筑材料，比如光电模板可代替抛光的自然建材。光电幕墙也大大减轻了环境的负担，因为它保护自然资源免受损失。特别是太阳能电池发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体，也无噪音，是一种净能源，与环境有很好的相容性。 光电幕墙的最大优点在于，它不需燃料，不产生废气，无余热，无废渣，无噪音污染，可用来发电。由于能发电，可少交电费，在国外还可将多余的电卖给电力局。由此可见，光电幕墙本身就是一种可以产生经济效益和绿色环保效益的高科技新产品。2.3 技术类型太阳能模板可分为以下几类4:类型单晶硅多晶硅聚光硅多晶膜非晶硅GaAsCdTeCuInSe2CdS/Cu2S染料敏化膜效率20.414.51713.68.620.1791210面积4cm24cm24cm21cm2100cm21cm23cm21cm24cm21cm2光电转换过程的原理是光子将能量传递给电子使其运动从而形成电流。这一过程有两种解决途径，最常见的一种是使用以硅为主要材料的固体装置，另一种则是使用光敏染料分子来捕获光子的能量5。日本科学家采用的是第二种方案。这种新电池虽然在转换直射阳光的效率上比不上硅，但它可吸收入射角度更小的光线，它甚至可以吸收漫反射光。因此，它能够在早晚或则雨天、甚至在室内都可工作。它的实际工作效率等于甚至超过了普通电池。研究人员正在努力提高电池容量，将它制成可弯曲的、轻便的塑料电池。据报导，日本产业化技术综合研究所通过在玻璃基板上形成氧化锌半导体(n型)与铜铝氧化物半导体(p型)的半导体pn结，试制成功透明的太阳能电池6。这是一种可使可见光透过，利用紫外光进行发电的新型太阳能电池。太阳光的幅射能量分布在广泛的波长领域，其中紫外光占6%，可见光5O%，红外光占44%，以前太阳能电池都是以可见光的利用为中心开发的，利用禁带宽度大的半导体通过对人体有害的紫外光发电，可以使可见光照样透过。因此人们有可能制造出能对紫外光、可见光、红外光的应答上进行控制的半导体装置。3光电幕墙应用3.1 国外应用进展 进入90年代后，随着常规发电成本的上升和人们对环境保护的日益重视，一些国家纷纷实施、推广太阳能屋顶计划，并提出了“建筑物产生能源”的新概念，由此推动了光电技术的大规模开发与应用。美国、日本、德国、意大利、印度等许多国家都已建有太阳能屋顶或外墙的建筑。1996年美国就开始实施了一项称为“光伏建筑物计划”生产大量的透明光伏玻璃幕墙制品，用于建筑物的屋面、墙面及光伏智能门窗。专家们预言，这种采用光-电建筑一体化组件的光电玻璃幕墙将成为21世纪的并网太阳能发电系统最为走俏的工程。在国际上，太阳能电池在建筑物上使用与制造光电玻璃幕墙相结合的发展尤为迅速，其市场发展前景十分看好。在1991年慕尼黑最大的建筑行业展览会上，旭格公司首先展出了光电幕墙，这是一个发展项目，也是将光能应用于建筑装饰业的开始，自此，光电幕墙这一产品的应用引起了专业人士的关注。目前，世界上最大的太阳能屋顶光电系统安装在新慕尼黑贸易展览中心。该系统由7812块西门子单晶硅组件组成方阵，每块功率130W，总容量超过1MW，所发电力与20KV电网相联，每年能发电100万KWH，足够340户德国家庭使用。2000年的悉尼奥运会太阳能光电幕墙、光电屋顶、太阳能路灯已随处可见。太阳能电池产量位居第一的夏普从2005年4月开始正式受理太阳能薄膜电池定单，对于目前的太阳能电池产业来说，作为原材料的硅，在供应上越来越紧张，因此，需要开发出硅材料使用量不到原来1/10的薄膜型太阳能电池。这种技术是采用层积非晶硅单元和结晶硅薄膜单元的独有构造“结晶薄膜串叠型单元”通过采用这一构造，转换效率从原来非晶体硅型太阳能电池的7%提高到了11%，另外，还投产了可以透过光线的透光型太阳能电池模块。据业内人士介绍，该光电玻璃幕墙封装线采用引进德国凯特米化学制品有限公司的最新隔音、安全玻璃湿法夹胶设备和湿法夹胶玻璃浆液进行玻璃封装，以确保其光电转换效率及玻璃幕墙的使用寿命。据介绍，该引进的光电玻璃幕墙封装生产线产量大、效率高、产品质量好；其玻璃封装流程大致如下：玻璃上片湿法灌浆静置紫外线固化下片检验包装出厂，并能够生产封装4.2米2.0米的大型尺寸的光电玻璃幕墙制品。与此同时，还可生产用户型常规尺寸的光电幕墙，其产品品种规格大致如下：140062038(mm),功率97瓦；122051038(mm),功率70瓦；98043538(mm),功率43瓦；50422025(mm),功率11瓦。河北振海铝业集团公司除了生产上述光电玻璃幕墙制品外，同时也可将基本光电幕墙单元与各种玻璃组合制造成各种多功能幕墙结构如普通中空玻璃光电幕墙、LOW-E（低辐射）中空玻璃幕墙形式等。光电幕墙发电系统发明专利 申请号 : CN01130811.7本发明涉及一种利用太阳能发电的光电幕墙发电系统。本发明的发电系统装置包括光电玻璃幕墙、导线、蓄电池、逆变器、蓄电池保护装置。将生产好的光电玻璃组装上墙，将电流经过转换变成交流电经光电逆整流器再将220/400V的电压转成频率通常为50赫兹的电能。可直接送到电网，也可以直接用于交流电负荷。停电时，可以作为应急电源。这样一套完整的光电幕墙发电系统就完成了从组装到发电的功能。光伏幕墙(1)时间:2009-12-27 01:17来源:未知 作者:admin 点击: 100次太阳能作为一种洁净的可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。 中国 的太阳能资源十分 丰富，为各种太阳能利用 系统 提供了巨大的市常由此，建筑界提出 21世纪建筑的一个概念即由建筑物自己产生能源，太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）便成为21世纪建筑及太阳能作为一种洁净的可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。中国的太阳能资源十分丰富，为各种太阳能利用系统提供了巨大的市常由此，建筑界提出 “21世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己产生能源，太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）便成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。 随着2005年2月16号限制各国排放工业废气以控制全球气候变暖的京都议定书的正式生效，如何实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。中国作为发展中国家，能源消耗逐年以惊人的速度增长，而建筑作为能耗大户(发达国家的建筑能耗一般占到全国总能耗的13以上)，其 节能 效益则变得尤其重要。 光伏电池原理 光伏电池是将太阳能转换成电能的转换器。其发电原理是光生伏打效应，即太阳光照射到电池上时，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对，在电池内建电场的作用下，光生电子与空穴被分离形成电压。 半导体根据导电机理的不同可分为P型半导体和N型半导体。当太阳光照射到半导体时，半导体中的电子被激发而移动，失去电子的地方就形成空穴。P型半导体和N 型半导体结合在一起在半导体中形成“势垒”。由P型半导体产生的电子向N型层移动，由N型层中产生空穴向P型层移动。P型层中由于带有正电荷的空穴数目增多而带正电； N型层中由于带负电荷的电子数目增多而带负电。当达到稳定状态时，在半导体两端产生电压，称为太阳电池的开路电压。当用导线连接半导体两端时，光电流在外部回路中流动，称为短路电流。最基本的太阳电池是由PN 结构 构成的。图1为典型光电池的剖面图。1954年美国的科学家发现从石英提取出来的硅板，在光的照射下能产生电流，并且硅越纯，作用越强，并利用此原理做了光电板，称为硅晶光电电池。光伏电池多为半导体材料制造， 目前应用最多的是硅太阳能光伏电池。而硅太阳能电池中，对2004年全世界生产和应用硅太阳电池情况统计显示：多晶硅占56%，单晶硅占29%，非晶硅占5%，带硅电池3%，薄膜电池占7%。数据表明目伏发电的应用主要还是多晶硅与单晶硅产品。21TY硅晶光电电池分类：硅晶光电电池可分为单晶硅电池，多晶硅电池和非硅晶电池。单晶硅光电电池：表面规则稳定，通常呈黑色, 效率约1417% 多晶硅光电电池：结构通常清晰， 呈兰色，效率约1214% 非硅晶光电电池：透明，不透明或透明，光伏发电系统太阳能电池单体是光伏转换的最小单元，工作电压约为0.450.5V，一般不能单独作为电源使用。为了便于使用，将太阳能电池单体进行串并联并封装后形成可以单独作为电源的单元组件，也称为光伏组件。为满足负载所要求的输出功率，将光伏组再经过串并联就形成了具有一定输出功率的光伏方阵或太阳能阵列。 由于太阳能光伏方阵所产生的电压为直流电压，且受到太阳光强度的太小而变化。为了得到稳定的可供常规交流负载使用的交流电，通常采用控制器、逆变器、蓄电池等形成稳定的光伏发电系统。 光伏发电系统光伏发电系统统按其系统配置可分为独立式（standalone）连接电网式（gridalone）2种。 当不可能或没必要与电网连接时，独立式光电系统（standalone systems）较适用。这种系统白天产生的多余电能储存在电池组中，以备夜间及昏暗多云天使用。当有电网时，就不需电池组储能了。因为电网已经充当了一个大的蓄电池的作用。连接电网式如图3所示。当太阳能电池板供电不足时，由电网向用户供电，相反的，若太阳能电池板供电大于用户需求，剩余的电可通过直交流逆变换器输送到电网。只需在连接电网时安装一块双向计量电度表即可解决电力收费的问题。这种系统特别适合于已有电网供电的用户，不仅可省去蓄电他的设置，减少初投资和运行维护费用，而旦有利于削减因采用空调设备而造成的夏季白天用电高峰的问题。（待续）光伏幕墙(2时间:2009-12-27 01:22来源:未知 作者:admin 点击: 190次太阳能光伏建筑一体化BIPV(Building IntegratedPhotovoltaics,)是 应用 太阳能发电的一种新概念：在建筑为维护结构外表面铺设光伏阵列提供电力。可以说在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最绿色最环保也是最值得期待的一项技术。 根据光伏方阵与建筑结太阳能光伏建筑一体化BIPV(Building IntegratedPhotovoltaics,)是应用太阳能发电的一种新概念：在建筑为维护结构外表面铺设光伏阵列提供电力。可以说在众多可再生能源发电技术中，光伏发电是最绿色最环保也是最值得期待的一项技术。根据光伏方阵与建筑结合形式的不同，BIPV可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支承作用（如图3光伏方阵与墙面的结合，图4光伏方阵与屋面的结合）。另一类是光伏方阵与建筑的集成。光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。 光伏方阵与建筑的结合是一种常用的BIPV形式，特别是与建筑屋面的结合。光伏方阵与建筑的集成是BIPV的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能要求同时还要兼顾建筑的基本功能要求。 在80年代，光伏地面系统除大量用于偏僻无电地区、游牧家庭、航海灯塔、孤岛居民供电以及某些特殊领域外，已开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑。进入90年代后，随着常规能源的日益枯竭而引起的发电成本上升和人们环境意识的日益增强，一些国家纷纷开始实施、推广BIPV系统。光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合；另外一种是建筑与光伏器件相结合。建筑与光伏系统相结合把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。建筑与光伏器件相结合建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。目前光伏与建筑结合总结起来大约有8种安装方式，如表1所示。下面将分别从光电设备作屋面板、光电设备作建筑立面、玻璃窗与光电设备、光电设备与遮阳设备四方面分别介绍。光电设备作屋面板用光电设备作屋面板时的理想屋顶应为斜屋顶。因为可以获得理想的倾角，相对于平屋顶而言，少了附加支撑带来的不协调。锯齿形的高侧窗也要比平屋顶好得多，因为南向坡被建筑光电一体式设备占据了，北向玻璃窗就可用于昼光照明。如果光电板与屋顶成为一体，则其夏天需要通风以降温，冬天则可以收集这些余热以采暖。 美国著名的UNlSOLAR的太阳能屋顶产品则另外一番特色，他是直接将非晶薄膜太阳能电池生成在薄钢片上，钢片可以任意裁剪。所以，一片太阳能电池板长度可以做到屋顶的宽度。另外，没有玻璃，不易破损；弱光性好；轻便易装。光电设备作建筑立面由于大尺度新型彩色光伏模块的诞生，将其安装在立面不仅节约了昂贵的外装饰材料（玻璃幕墙等），减少建筑物的整体造价，且使建筑外观更有魅力；如果建筑有凸窗棂，必须保证窗棂较薄，使光电板不至于产生太多阴影。在保持玻璃幕墙的外观整洁方面，德国 RWE的非晶太阳能玻璃幕墙做得非常优