太阳能玻璃论文.doc

太阳能玻璃论文摘要：玻璃作为一种随处可见的材料在人们日常生活中扮演着极为重要的角色，它被广泛的应用于建筑，医学，军事等领域。提起玻璃，在没有深入研究它之前，一般就只能想到它应用于建筑上，是一种廉价的材料，但是当你把它作为一种科研项目来研究的时候，你会发现它的应用同样是十分神奇的，而这里就是要提到一种新型的玻璃材料太阳能玻璃。 目前，环境问题已经被世界各国所重视，国际范围内的能源短缺迫使各个国家开始追求新能源，而太阳能便是最理想的替代能源。中国虽然地大物博，但是也是个能源相对贫乏的国家，所以同样需要寻求替代能源来解决能源问题。相比于其它能源，太阳能具有得天独厚的优势，它不受地域地理位置的限制，而且清洁无污染，更重要的是，太阳能是取之不尽，用之不完的。随着社会的发展和科技的进步，各种新型材料应运而生，其中就不乏利用太阳能的材料，而这里要说的就是一种新型材料太阳能玻璃，这种玻璃的目的是吸收太阳光使其转化成电能再应用于其它领域。一方面，玻璃的应用广泛，所有的建筑物上都不可或缺的应用到玻璃材料；另一方面，玻璃更多的是被应用在室外，可以充分接触阳光，这也正是太阳能玻璃能充分发挥作用的地方。本论文的目的既是提出新材料的构想，并对构想提出相应的方案，包括加工、应用以及生产过程中出现的问题，这些问题包括技术与利用价值等。关键词：太阳能玻璃；加工技术；应用；价值引 言：能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，纵观人类社会的发展历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替，能源的开发和利用极大的推进了世界经济和人类社会的发展。伴随着社会和经济的快速发展，能源的需求也日益增大，传统能源如石油、煤等日益枯竭，人类正面临严重的能源短缺问题。而这个时候便需要寻求例如太阳能一样的替代能源来解决面临的问题，然而光找到替代能源还是远远不够的，还需要找到能够利用这些替代能源的材料，而本论文所描述的太阳能玻璃便是这样一种材料，大家对太阳能电池都不陌生，它是一种能吸收太阳能并将其转换成电能的材料，这里所说的太阳能玻璃也是这样一种材料，类似的，也能将太阳能转换成电能，而且它的应用领域更加广泛，不必占用额外的空间，因为玻璃材料随处可见，楼房、汽车等等。太阳能玻璃所产生的电能能够维持日常生活用电，并且同样可以应用于其它领域，如交通等。不但解决了用电紧张的问题，还能缓解能源短缺的趋势。相信太阳能玻璃的未来前景肯定是宽广的。 正文1太阳能玻璃原理1.1太阳能电池工作原理 太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到pn结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。 1.2 p-n结特性曲线方程 理想的p-n结特性曲线方程是： IL=ISC-I0(equ/AKbT-1)式中：I0太阳能电池在无光照射时饱和电流；q电子电荷；Kb理尔兹曼常数；A常数因子（正偏压大时A=1，正偏压小时A=2）；当IL=0时，电压U即为Uoc可用下式表示： Uoc=（AKbT/Q）（(ISC/I0）+1）1.3太阳能玻璃的原理 太阳能的发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。前一种发电方式发电效率低而且成本很高，除特殊场合外一般很少应用，所以这里采用的是后者，即光-电直接转换方式。光电直接转换是利用光电效应来实现的。 而太阳能玻璃的发电原理同样是借鉴太阳能电池板的原理来达到发电的目的,即应用晶体硅材料的光电效应来达到玻璃发电的目的。简单的说就是P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。 当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程2 太阳能玻璃材料构成目前，最主要的光伏材料是晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅），而玻璃也正属于硅酸盐材料，因为要考虑到玻璃的采光性还有发电效率，不能将晶体硅材料加入到玻璃的制作原料中，这会严重影响玻璃的采光性，如果玻璃不透光了，那也就失去了玻璃原本的作用了。这时可以设想在玻璃的表面每隔一段距离铺设一条晶体硅材料制成的细纹，可以根据采光的需要设定间隔距离的大小，如需要大的采光率就将间隔设定的大一些，反之则小一些。利用这种工艺，不但解决了玻璃的采光目的，也达到了玻璃发电的目的。所以关键工艺在于制作晶硅材料的细纹，这种细纹得足够细足够薄，只有这样才可以应用。至于怎样制作，现在能想到的方法是激光打磨，大家都知道激光刀的精确度是非常高的，以至于可以应用于医学手术上，所以用激光来切割晶硅材料使其足够细足够薄应该是可行的。（如图2-1）晶体硅细纹普通玻璃板2-1太阳能玻璃原理图3 太阳能玻璃的发电系统太阳能玻璃发电系统由太阳能玻璃组，控制器，转换器，蓄电池。太阳能玻璃组就是有若干的太阳能玻璃组成，是整个系统的核心部分；控制器的作用是用来控制整个系统的工作状态，对蓄电池起过电保护，过压保护，还可以添加光控开关来减少晚上系统的载荷并且可以负责整个系统的安全运行；转换器是将太阳能玻璃产生的电能转集中转换成可用电能并贮存在蓄电池中，蓄电池是用来贮存电能的。（如图3-1）转换器蓄电池控制器太阳能玻璃板3-1太阳能玻璃发电系统图4 太阳能玻璃的利用价值每一种材料必须有它的利用价值才会有它的存在价值，太阳能玻璃的利用价值是很高的。首先，太阳能玻璃虽然在成本上比普通玻璃高，但是从长远打算，不但对环境有益，而且还能解决用电问题；其次，太阳能玻璃应用广泛，产生的电能也不容忽视。 目前发电率最高的太阳能电池是单晶硅太阳能电池，它的光电转化效率是24%，但是成本很大。考虑到太阳能玻璃要保持其透光性，所以他的光电转换不会这样高，理论应该在13%，但是随着科技水平的提高，将来光电转换效率还是能够有很大的提高。5 设计计算 为了使太阳能玻璃发电系统为负载提供足够的电源，就要设计太阳能玻璃系统的发电理论计算，以100W输出功率，每天使用5个小时为例，介绍一下计算方法：首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括转换器的损耗)：若转换器的转换效率为90，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。其次计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为10小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应是555Wh/10h/70%=80W。其中70是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。 6 结论随着全球范围内对环境的重视，新能源的开发是各个国家重视的项目，而能够利用太阳能的玻璃定将在