光伏畢業(yè)論文匯總

學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化學(xué)院光伏工程專業(yè)材料加工與應(yīng)用技術(shù)班級(jí)08光伏(1)班姓名甘偉來學(xué)號(hào)2085110112指導(dǎo)教師賴國勝完成日期2010-10-18目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 2引言 2第一章太陽能光伏發(fā)電 3太陽能熱發(fā)電 4太陽能光伏發(fā)電 5第二章建筑一體化 8太陽電池原理 8光伏發(fā)電系統(tǒng) 9BIPV建筑一體化 10BIPV在國外 14BIPV在中國 14太陽能利用與建筑一體化的優(yōu)點(diǎn) 15致謝 16參考文獻(xiàn) 17摘要太陽是能量的天然來源。地球上每一個(gè)活著的生物之所以具有發(fā)揮作用的能力 ,甚至于是它的生存，都是由于直接或間接來自于太陽的能量。我們的地球處在離太陽差不多有一億英里的地方。它所截取的輻射能少到難以置信（大約千萬分之三），這么小的一點(diǎn)能量，實(shí)際上比整個(gè)世界目前現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬倍。目前全世界尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始感到能量短缺，因此，人們開始求助于太陽能，以解決能源危機(jī)。太陽能每天都能無限供應(yīng)，而且數(shù)量龐大。如果在大的電廠利用，就減少了溫室效應(yīng)，有些能源專家和環(huán)境保護(hù)的專家則認(rèn)為，在滿足人類今后能量需要方面，太陽能的熱影響比任何其他替換品的熱影響要小得多。作為一種不污染環(huán)境，又取之不盡的新能源，它無處不在。尤其是在電力供力方面，有專家認(rèn)為太陽能發(fā)電最終將在電力供應(yīng)中占 20%。太陽能是一種輻射能，太陽能發(fā)電意味著要將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程確切地說應(yīng)叫光伏效應(yīng)。不需要借助其它任何機(jī)械部件，光線中的能量被半導(dǎo)體器件的電子獲得，于是就產(chǎn)生了電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽能電池。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導(dǎo)體組成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太陽能電池的高純硅，要經(jīng)過特殊的提純處理制作。太陽能電池只要受到陽光或燈光的照射，就能夠把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使電流從一方流向另一方，一般就可發(fā)出相當(dāng)于所接收光能的 10~20%的電來。一般來說，光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能就越多。為了使太陽能電池板最大限度地減少光反射，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽话阍谒纳厦娑济缮弦粚涌煞乐构夥瓷涞哪?，使太陽能板的表面呈紫色。它的工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體 PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)就是當(dāng)物體受光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓（叫做光生電壓）。這種現(xiàn)象就是著名的光生伏打效應(yīng)。使 PN結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。引言中國太陽能資源非常豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過 30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場(chǎng)的有力拉動(dòng)下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。2007年，中國光伏電池產(chǎn)量首次超過德國和日本，居世界第一位。 2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達(dá)到了200萬千瓦。近5年來，中國光伏電池產(chǎn)量年增長(zhǎng)速度為 1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07％增長(zhǎng)到2008年的近15％。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從3年前的13％-14％提高到16％-17％。因美國次貸問題而引發(fā)的金融危機(jī)，從華爾街迅速向全球蔓延，致使部分金融機(jī)構(gòu)轟然倒塌，證券市場(chǎng)持續(xù)低迷，石油價(jià)格大幅下滑。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年發(fā)展迅速，成為政府重視、股市活躍、風(fēng)投青睞、各行各業(yè)蜂涌相聚的世界太陽谷。由于設(shè)備、原料和市場(chǎng)三頭在外，它對(duì)美國、歐洲和日本等國際市場(chǎng)存在很大依存度。隨著這場(chǎng)金融危機(jī)特別是國際油價(jià)的大幅下挫，對(duì)中國光伏發(fā)電業(yè)的投資資金、出口訂單等方面產(chǎn)生重大影響，但金融危機(jī)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的巨大影響一定會(huì)在未來的某個(gè)時(shí)間得到消化。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，世界光伏市場(chǎng)的政策推動(dòng)力依然存在，光伏產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)成長(zhǎng)依然強(qiáng)勁。第一章太陽能光伏發(fā)電闡述了當(dāng)前太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和特點(diǎn)。同時(shí)對(duì)太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：太陽能熱發(fā)電太陽能光伏發(fā)電槽式碟式塔式光伏20世紀(jì)以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，使人們對(duì)能源的需求量不斷增長(zhǎng)。同時(shí)由于化石能源資源的有限性，以及他們?cè)谌紵^程中對(duì)全球氣候和環(huán)境所產(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注，因此從資源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展的需求來看，開發(fā)和利用新能源和可再生能源是必然的趨勢(shì)。太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r(shí)不使用的空間，無噪音、壽命長(zhǎng)，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要調(diào)整。現(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池，就可以實(shí)現(xiàn)家中用電的自給?，F(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說，是專業(yè)化的。它從軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的作用。委內(nèi)瑞拉還推出廉價(jià)太陽能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽能電池。目前,太陽能的利用存在著巨大的發(fā)展空間，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破。它已被許多發(fā)達(dá)國家作為其能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。在新能源和可再生能源家族中，太陽能是最引人注目，開展研究工作最多，應(yīng)用最廣的成員。太陽能是一種清潔能源，這對(duì)于當(dāng)前人類對(duì)環(huán)境污染的重視尤為重要。太陽能還屬于無限的能源。據(jù)專家預(yù)測(cè)，太陽的壽命有600億年，而地球的壽命只有50億年，因此太陽能相對(duì)于我們?nèi)祟悂碚f是無限的。而且它也不受任何人的控制和壟斷。這些優(yōu)點(diǎn)都是常規(guī)能源所無法比擬的。當(dāng)然太陽能也有不足的地方，比如太陽輻射的強(qiáng)度受到氣候、晝夜、緯度、季節(jié)、海拔的影響，往往需要配備儲(chǔ)能設(shè)備。又如它的能流密度低，實(shí)際利用時(shí)需要較大的太陽能收集裝置，占地面積大，投資大。這些因素也都制約了太陽能的利用。到本世紀(jì)以來，隨著新材料的應(yīng)用、電子技術(shù)等高科技的高速發(fā)展，為太陽能的有效利用提供了條件。人們將太陽能輻射通過收集和轉(zhuǎn)換變?yōu)榭芍苯永玫哪茉矗固柲艿睦玫玫较喈?dāng)大的發(fā)展。其中利用太陽能發(fā)電就是對(duì)太陽能最好的利用。目前太陽能發(fā)電有兩種方法。一種是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽能熱發(fā)電。另一種是通過光電器件利用光生伏打原理將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽能光伏發(fā)電。太陽能熱發(fā)電1、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電也叫做太陽能聚光發(fā)電，是將太陽輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置。由于太陽光聚集后可以產(chǎn)生高溫，因此該技術(shù)用于與熱發(fā)電機(jī)相連來構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。太陽能聚光技術(shù)最早可以追溯到140年前（D.Mills,2003）,Mouchot和Pifre于1882年在法國所做的研究工作。其后，在1888年Ericsson，1901年Eneas，1913年Shuman和1968年Francia在該方面也進(jìn)行了大量的研究工作。最值得一提的是在上世紀(jì)80年代，由于70年代的石油危機(jī)，太陽能熱發(fā)電得到了重視，一批大規(guī)模的太陽聚光器在世界各國安裝。如發(fā)電總功率 354MW的槽式太陽能熱電站在美國加洲建成，在十幾年間已經(jīng)發(fā)電超過 5000GW。h當(dāng)前太陽能熱發(fā)電按照太陽能采集方式可劃分為（1）太陽能槽式發(fā)電；（2）太陽能碟式發(fā)電；（3）太陽能塔式發(fā)電；（1）太陽能槽式發(fā)電槽式發(fā)電是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。它采用大面積的單軸槽式太陽能追蹤采光板，通過對(duì)太陽光的聚焦，把太陽光聚集到安裝在拋物線形反光鏡焦點(diǎn)上的線形接收器上，并加熱流過接收器的熱傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，同時(shí)在能量區(qū)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過熱的蒸汽，然后送入常規(guī)的蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電。通常接收太陽光的采光板采用模塊化布局，許多采光板通過串并聯(lián)的放置，均勻的分布在南北軸線方向。為了保證發(fā)電的穩(wěn)定性，通常在發(fā)電系統(tǒng)中加入化石燃料發(fā)電機(jī)。當(dāng)太陽光不穩(wěn)定的時(shí)候，化石燃料發(fā)電機(jī)補(bǔ)充發(fā)電，來保證發(fā)電的穩(wěn)定性和實(shí)用性。一些國家已經(jīng)建立起示范裝置，對(duì)槽式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入的研究。到2000年，隨著先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)的提出，減少了槽式發(fā)電在熱收集方面的損耗和電的寄生效應(yīng)，使槽式發(fā)電得到了較大的提高?？墒挂粋€(gè)80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.9。當(dāng)前，隨著熱能存儲(chǔ)設(shè)備的加入，可使槽式發(fā)電的效率比最初提高 7。熱能存儲(chǔ)設(shè)備可以存儲(chǔ)剩余的熱量，保證發(fā)電的平穩(wěn)，同時(shí)它也為獨(dú)立的太陽能發(fā)電提供了保障。有了熱能存儲(chǔ)設(shè)備的加入，可使一個(gè)80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.8。如表1所示為目前世界上太陽能槽式發(fā)電站列表。當(dāng)前正在發(fā)展的技術(shù)方向?yàn)橹闭羝―SG）技術(shù)。典型的PTC發(fā)電廠動(dòng)力范圍為30-150MW，工作溫度約為400°C。表1世界太陽能槽式熱發(fā)電站列表（2）太陽能碟式發(fā)電碟式發(fā)電是目前利用太陽能發(fā)電效率最高的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，最高可達(dá)到 29.4％[1]。因此它有潛力成為最廉價(jià)的利用太陽能發(fā)電的系統(tǒng)。它利用雙軸跟蹤技術(shù)，采用一組反光鏡聚集太陽光，同時(shí)利用接收器進(jìn)行有效地?zé)徂D(zhuǎn)變工作，之后利用常規(guī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。通常接收器的接收面被放置于聚光焦點(diǎn)的后面以減小激烈的高溫熔化。碟式發(fā)電系統(tǒng)具有高效率、多功能、可和化石燃料混合發(fā)電等特點(diǎn)。高效率來自于它的低成本和高能量密度。和其它太陽能技術(shù)比較依賴場(chǎng)地和高費(fèi)用來說,碟式發(fā)電每MW大約需要1.2到1.6公頃的占地。對(duì)于系統(tǒng)的安裝成本，盡管當(dāng)前為＄12000/kW，但是由于它具有的高效率,因此潛力巨大[2]。同時(shí)碟式發(fā)電系統(tǒng)功率較小，一般為5～50kW，因此它即可以單獨(dú)分散發(fā)電，也可以組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。研究表明，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在空間上的應(yīng)用，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動(dòng)阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運(yùn)行費(fèi)用便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此目前世界各國也都在對(duì)碟式發(fā)電進(jìn)行積極的研究和利用。如表2所示為目前世界上太陽能碟式發(fā)電站列表。[NextPage]表2世界太陽能碟式熱發(fā)電站列表（3）太陽能塔式發(fā)電太陽能塔式發(fā)電又叫做高溫太陽能熱發(fā)電，它利用獨(dú)立跟蹤太陽光的定日鏡群把太陽光聚集到塔頂?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換器（接收器）上，通過能量的轉(zhuǎn)換把熱量傳遞給熱傳導(dǎo)液，再由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，同時(shí)利用冷卻塔進(jìn)行冷卻再進(jìn)入接收器進(jìn)行循環(huán)發(fā)電。塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用定日鏡來實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光的反射和聚集，由于塔式發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的數(shù)量眾多，因此可實(shí)現(xiàn)大功率的發(fā)電，實(shí)際應(yīng)用上可達(dá)到30-400MW之間。而且接收器的散熱面積相對(duì)較小，因而可以得到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)由于儲(chǔ)能槽的加入，使系統(tǒng)可以一天內(nèi)連續(xù)發(fā)電 13小時(shí)。在美國的西南部，由于充足的日照強(qiáng)度和相對(duì)便宜的土地價(jià)格，使這里成為了建設(shè)塔式發(fā)電站的理想?yún)^(qū)域，同樣北非、墨西哥、南美、中東和印度等地，也都是理想的塔式發(fā)電站建設(shè)地。如表3所示為目前世界上太陽能塔式發(fā)電站列表。目前正在發(fā)展的技術(shù)方向?yàn)橹奔訜峥諝獍l(fā)電技術(shù)。表3世界太陽能塔式熱發(fā)電站列表2、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展與展望1950年，前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了世界上第一座太陽能塔式電站，建造了一個(gè)小型試驗(yàn)裝置。70年代，太陽能電池價(jià)格昂貴，效率較低。相對(duì)而言，太陽能熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時(shí)許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都將太陽能熱發(fā)電作為重點(diǎn)，投資興建了一批試驗(yàn)性太陽能熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1981～1991年，全世界建造的太陽能熱發(fā)電站（500kw以上）約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW。80年代中期，人們對(duì)建成的太陽能熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽能熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過大，且降低造價(jià)十分困難，所以各國都改變了原來的計(jì)劃，使太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。正當(dāng)人們懷疑太陽能熱發(fā)電的時(shí)候，美國和以色列聯(lián)合組成的LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司，自1980年開始進(jìn)行太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究，開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，并成功地進(jìn)入了商品化階段。于1985年至1991年間在美國加州沙漠建成了9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量達(dá)到了353.8MW[4]。并使發(fā)電成本逐漸下降，預(yù)期能達(dá)到5～6美分／kWh。LUZ熱發(fā)電站的成功實(shí)踐，激發(fā)起人們對(duì)太陽能熱發(fā)電繼續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)的熱情。為此，以色列、德國和美國幾家公司進(jìn)行合作，繼續(xù)推動(dòng)太陽能熱發(fā)電的發(fā)展，并成功的在美國內(nèi)華達(dá)州建造了兩座80MW槽式太陽能熱發(fā)電站，兩座100MW太陽能與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站，在西班牙和摩洛哥分別建造了135MW和180MW太陽能熱發(fā)電站各一座。我國對(duì)太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的研究也逐漸重視起來。在“六五”期間建立了一套功率為lkW的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkW的平板式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電模擬裝置。此外，我國還與美國合作設(shè)計(jì)并試制成功功率為5kW的碟式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。并在2005年與以色列合作，在江蘇省南京市建成了第一座功率為75kW的太陽能塔式熱發(fā)電示范電站，并成功運(yùn)行發(fā)電。太陽能熱發(fā)電具有巨大的潛力，因此對(duì)于太陽能熱發(fā)電未來的發(fā)展，應(yīng)著眼于市場(chǎng)應(yīng)用的開發(fā)，使太陽能熱發(fā)電真正溶入到我們的生活當(dāng)中。研究低成本的反射材料、接收器和發(fā)電設(shè)備成為了降低熱發(fā)電成本的關(guān)鍵，也是當(dāng)前熱發(fā)電領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能光伏電池的光生伏打原理把太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式。（1）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。太陽能光伏電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能光伏電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。蓄電池一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。在很多場(chǎng)合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能。[NextPage]（2）太陽能光伏電池的原理太陽能電池內(nèi)部存在P-N結(jié)，當(dāng)P-N結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)，在P-N結(jié)處形成耗盡層，存在由N區(qū)到P區(qū)的勢(shì)壘電場(chǎng)。當(dāng)太陽光入射的能量大于硅禁帶寬度的時(shí)候，射入電池內(nèi)部的太陽光子，把電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一個(gè)電子 -空穴對(duì)。電子-空穴對(duì)隨即被勢(shì)壘電場(chǎng)分離，電子和空穴被分別推向N區(qū)和P區(qū)，并向P-N結(jié)交接面處擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)勢(shì)壘電場(chǎng)邊界時(shí)，受勢(shì)壘電場(chǎng)的作用，電子留在N區(qū)，空穴留在P區(qū)，形成內(nèi)建電場(chǎng)。而由于內(nèi)建電場(chǎng)的作用，N區(qū)中的空穴和P區(qū)中的電子被分別推向?qū)Ψ絽^(qū)域，使N區(qū)積累了過剩的電子，P區(qū)積累了過剩的空穴，即在P-N結(jié)兩側(cè)形成了與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)接入負(fù)載后，就會(huì)產(chǎn)生電流流出。（3）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類當(dāng)前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類：獨(dú)立蓄電系統(tǒng)、反饋式發(fā)電系統(tǒng)、市電并聯(lián)系統(tǒng)。獨(dú)立蓄電系統(tǒng)（圖4-a）：這是比較原始的一種太陽能應(yīng)用方式。在國內(nèi)外應(yīng)用已有若干年。系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、造價(jià)低。只因其一系列的電池維護(hù)困難，而限制了使用范圍。反饋式發(fā)電系統(tǒng)（圖4-b）：當(dāng)用電負(fù)載較大時(shí)，太陽能電力不足就向市電網(wǎng)絡(luò)購電，而負(fù)載較小或不使用電器時(shí)，就可以將多余的電力賣給市電。這種方式的實(shí)施意義重大。適用于電網(wǎng)己全面改造的城市。市電并聯(lián)系統(tǒng)（圖4-c）：這是介于上述兩種方案之間的系統(tǒng)。常常是太陽能發(fā)電的中期運(yùn)用形式。由于城市電網(wǎng)改造尚未進(jìn)行，只好采用此靈活的做法。圖4光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類（4）太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)①國外太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來世界上增長(zhǎng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。到2004年,世界太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到964.9MW,到2006年底,達(dá)到4961.69MW。已經(jīng)商品化、實(shí)用化的太陽能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、聚光電池、帶狀硅電池及薄膜電池等幾類。在國際市場(chǎng)上,目前太陽能光伏電池的價(jià)格大約為3.15美元/W,并網(wǎng)系統(tǒng)價(jià)格為6美元/W,發(fā)電成本為0.25美元/（kW?h）[5]。光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高,晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率達(dá)到15,單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3,砷化鎵光電池是25,在實(shí)驗(yàn)室中特制的砷化鎵光電池已達(dá) 35～36[5]。同時(shí)太陽能光伏電池/組件的使用壽命也大大增長(zhǎng),最多可達(dá)到30年。目前,光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國,其光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80[6]。今后光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低成本、長(zhǎng)壽命、美觀實(shí)用等方向發(fā)展。專家們預(yù)測(cè)到 2050年,太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占13-15,到2100年將約占64[9]。②國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)20世紀(jì)90年代以來是我國光伏發(fā)電快速發(fā)展的時(shí)期。在這一時(shí)期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng),成本不斷降低,市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,裝機(jī)容量逐年增加,2006年累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)35MW約,占世界份額的3[7]。10多年來,我國光伏產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期平均維持了全球市場(chǎng)1左右的份額。到2020年前,我國光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)將會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展,成本將不斷下降,光伏市場(chǎng)會(huì)發(fā)生巨大的變化:預(yù)計(jì)2005—2010年,我國的太陽能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電成本到2010年將約為1.20元/kWh；2010—2020年,光伏發(fā)電將會(huì)由獨(dú)立系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電成本到2020年將約為0.60元/kWh。到2020年我國光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達(dá)到世界先進(jìn)行列[8]。（5）太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展需要解決的問題目前,世界太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)階段，為了保證太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,需要做好以下工作:a繼續(xù)研制太陽能電池新材料,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率；b研究太陽能光電電池最大功率跟蹤算法,實(shí)現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤；c研究太陽能光電池陣列的優(yōu)化組合算法,實(shí)現(xiàn)太陽能光電電池陣列的優(yōu)化組合；d研究太陽能光伏發(fā)電的軟并網(wǎng)技術(shù),減少光伏電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊；e探索并實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電與建筑物建設(shè)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)建筑物綠色發(fā)電與自我供電；f探索并出臺(tái)保護(hù)太陽能光伏發(fā)電發(fā)展的政策與法律、法規(guī),對(duì)太陽能發(fā)電電價(jià)實(shí)行保護(hù)政策,促進(jìn)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。三、結(jié)束語隨著全世界能耗的不斷上升，濫用化石能源導(dǎo)致的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人類在應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，還要著重關(guān)注生態(tài)平衡的問題。無論是太陽能熱發(fā)電還是太陽能光伏發(fā)電，都是人類未來能夠持續(xù)生存和發(fā)展的重要手段之一，因此人類對(duì)于太陽能利用方面的探索和研究將更加積極，同時(shí)也預(yù)示著太陽能發(fā)電將在未來的社會(huì)中扮演越來越重要的角色。第二章建筑一體化簡(jiǎn)介：太陽能作為一種潔凈的可再生能源，有著礦物能源不可比擬的優(yōu)越性。中國的太陽能資源十分豐富，為各種太陽能利用系統(tǒng)提供了巨大的市場(chǎng)。由此，建筑界提出“ 21世紀(jì)建筑”的一個(gè)概念即由建筑物自己產(chǎn)生能源，太陽能光伏建筑物一體化（BIPV）便成為21世紀(jì)建筑及光伏技術(shù)市場(chǎng)的熱點(diǎn)。隨著2005年2月16號(hào)限制各國排放工業(yè)廢氣以控制全球氣候變暖的《京都議定書》的正式生效，如何實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展成為全球最強(qiáng)的呼聲。中國作為發(fā)展中國家，能源消耗逐年以驚人的速度增長(zhǎng)，而建筑作為能耗大戶（發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般占到全國總能耗的1／3以上），其節(jié)能效益則變得尤其重要。2.1太陽電池原理半導(dǎo)體根據(jù)導(dǎo)電機(jī)理的不同可分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體中的電子被激發(fā)而移動(dòng)，失去電子的地方就形成空穴。P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起在半導(dǎo)體中形成“勢(shì)壘”。由P型半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子向N型層移動(dòng)，由N型層中產(chǎn)生空穴向P型層移動(dòng)。P型層中由于帶有正電荷的空穴數(shù)目增多而帶正電；N型層中由于帶負(fù)電荷的電子數(shù)目增多而帶負(fù)電。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，在半導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，稱為太陽電池的開路電壓。當(dāng)用導(dǎo)線連接半導(dǎo)體兩端時(shí)，光電流在外部回路中流動(dòng)，稱為短路電流[2]。最基本的太陽電池是由P—N結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。圖1為典型光電池的剖面圖。圖1典型光電池的剖面圖[1](光線的光子產(chǎn)生自由電子，頂部金屬網(wǎng)格和底部金屬板通過外電路收集和返還自由電子)光伏發(fā)電系統(tǒng)[1]光伏發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)按其系統(tǒng)配置可分為獨(dú)立式(stand—alone)連接電網(wǎng)式(grid—alone)2種。當(dāng)不可能或沒必要與電網(wǎng)連接時(shí)，獨(dú)立式光電系統(tǒng)(stand—alonesystems)較適用(圖2)這種系統(tǒng)白天產(chǎn)生的多余電能儲(chǔ)存在電池組中，以備夜間及昏暗多云天使用。圖2獨(dú)立式光電系統(tǒng)[1](一個(gè)獨(dú)立式系統(tǒng)需要電池儲(chǔ)存電力以供夜間使用，還需要一個(gè)將直流電變成交流電的反用換流器)當(dāng)有電網(wǎng)時(shí)，就不需電池組儲(chǔ)能了。因?yàn)殡娋W(wǎng)已經(jīng)充當(dāng)了一個(gè)大的蓄電池的作用。連接電網(wǎng)式如圖3所示。當(dāng)太陽能電池板供電不足時(shí)，由電網(wǎng)向用戶供電，相反的，若太陽能電池板供電大于用戶需求，剩余的電可通過直交流逆變換器輸送到電網(wǎng)。只需在連接電網(wǎng)時(shí)安裝一塊雙向計(jì)量電度表即可解決電力收費(fèi)的問題。這種系統(tǒng)特別適合于已有電網(wǎng)供電的用戶，不僅可省去蓄電他的設(shè)置，減少初投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，而旦有利于削減因采用空調(diào)設(shè)備而造成的夏季白天用電高峰的問題圖3一個(gè)典型的電網(wǎng)連接充電系統(tǒng)[1]白天，多余的電流將流入電網(wǎng)，計(jì)量表會(huì)倒轉(zhuǎn))BIPV建筑一體化太陽能光伏—建筑一體化BIPV(BuildingIntegratedPhotovoltaics,)是應(yīng)用太陽能發(fā)電的一種新概念：在建筑為維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面鋪設(shè)光伏陣列提供電力?？梢哉f在眾多可再生能源發(fā)電技術(shù)中，光伏發(fā)電是最綠色最環(huán)保也是最值得期待的一項(xiàng)技術(shù)。1、BIPV的優(yōu)越性可原地發(fā)電、原地使用，減少電流運(yùn)輸過程的費(fèi)用和能耗避免了放置光電陣板的額外占用寶貴的建筑空間與建筑結(jié)構(gòu)合一，省去了單獨(dú)為光電設(shè)備提供的支撐結(jié)構(gòu)使用新型建筑維護(hù)材料，節(jié)約了昂貴的外裝飾材料(玻璃幕墻等)，減少建筑物的整體造價(jià)，且使建筑外觀更有魅力因日照處在高壓電網(wǎng)用電高峰期，BIPV系統(tǒng)除保證自身建筑內(nèi)用電外，還可以向電網(wǎng)供電，舒緩了高峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾，具有極大的社會(huì)效益；杜絕了由一般化石燃料發(fā)電所帶來的嚴(yán)重空氣污染，這對(duì)于環(huán)保要求更高的今天和未來極為重要；由于光伏陳列安裝在屋面和墻面上，并直接吸收太陽能，避免了墻面溫度和屋頂溫度過高，降低了空調(diào)負(fù)荷，并改善了室內(nèi)環(huán)境。2、BIPV的形式與特點(diǎn)[5]在80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨(dú)用戶、聯(lián)網(wǎng)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識(shí)的日益增強(qiáng)，一些國家紛紛開始實(shí)施、推廣BIPV系統(tǒng)。光伏與建筑的結(jié)合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合；另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合。建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合把封裝好的的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝置相聯(lián)。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。這點(diǎn)內(nèi)容在上一節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)已介紹過。建筑與光伏器件相結(jié)合建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。目前光伏與建筑結(jié)合總結(jié)起來大約有8種安裝方式，如表1所示。下面將分別從光電設(shè)備作屋面板、光電設(shè)備作建筑立面、玻璃窗與光電設(shè)備、光電設(shè)備與遮陽設(shè)備四方面分別介紹[1]。表1光伏與建筑結(jié)合的8種形式[10]1)光電設(shè)備作屋面板[1]用光電設(shè)備作屋面板時(shí)的理想屋頂應(yīng)為斜屋頂。因?yàn)榭梢垣@得理想的傾角，相對(duì)于平屋頂而言，少了附加支撐帶來的不協(xié)調(diào)。鋸齒形的高側(cè)窗也要比平屋頂好得多，因?yàn)槟舷蚱卤唤ㄖ怆娨惑w式設(shè)備占據(jù)了，北向玻璃窗就可用于晝光照明。如果光電板與屋頂成為一體，則其夏天需要通風(fēng)以降溫，冬天則可以收集這些余熱以采暖。結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖4光電板與屋頂?shù)慕Y(jié)合[1]（光電設(shè)備下面通風(fēng)，夏天可避免光電元件過熱，冬天可用于加熱建筑）美國著名的UNl—SOLAR的太陽能屋頂產(chǎn)品則另外一番特色，他是直接將非晶薄膜太陽能電池生成在薄鋼片上，鋼片可以任意裁剪。所以，一片太陽能電池板長(zhǎng)度可以做到屋頂?shù)膶挾?。另外，沒有玻璃，不易破損；弱光性好；輕便易裝。2）光電設(shè)備作建筑立面由于大尺度新型彩色光伏模塊的誕生，將其安裝在立面不僅節(jié)約了昂貴的外裝飾材料（玻璃幕墻等），減少建筑物的整體造價(jià)，且使建筑外觀更有魅力；如果建筑有凸窗欞，必須保證窗欞較薄，使光電板不至于產(chǎn)生太多陰影。在保持玻璃幕墻的外觀整潔方面，德國 RWE的非晶太陽能玻璃幕墻做得非常優(yōu)秀，為了防止電池片之間的連線有礙觀瞻，他們的專利技術(shù)專門解決了電池片之間的“無線”連接[4]。如果光電設(shè)備安裝在屋頂，則最好在設(shè)備下部留下一定量的空氣層以供設(shè)備降溫，同時(shí)冬天可以收集熱空氣采暖。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4光電設(shè)備安裝在屋頂[1]雙層墻可使空氣在夏季流溢出來以給光電設(shè)備及建筑降溫。冬天可用熱空氣加熱建筑北部玻璃窗與光電設(shè)備這里介紹兩種典型的玻璃窗系統(tǒng)。一種是半透明的更像淺色玻璃窗；另一種是由透明玻璃窗上安裝不透明光電元件，這些元件的排列間距決定了玻璃窗的透光率，就像我們?cè)诓ＡТ吧贤可暇志W(wǎng)一樣。太陽電池可以和不同的玻璃結(jié)合制成各種特殊的玻璃幕墻和天窗，如：隔熱玻璃組件、防紫外線玻璃組件、防盜或防彈玻璃組件、防火組件等等。目前有一種僅用紅外輻射發(fā)電的光電玻璃窗正在研制中。這樣，既可以發(fā)電又可降低晝光溫度，相信正是多數(shù)向南的辦公大樓所需要的。光電設(shè)備與遮陽設(shè)備光電系統(tǒng)即可整體組合于入口雨篷中，也可組合與一些獨(dú)立式遮陽結(jié)構(gòu)中。就目前而言，雖然巴光電板用于露天停車場(chǎng)遮陽上的費(fèi)用較高，但遮陽結(jié)構(gòu)與光電發(fā)電器相結(jié)合終究物有所值。隨著電力汽車的數(shù)量增加，這些結(jié)構(gòu)最終會(huì)成為理想的充電站。3、BIPV對(duì)太陽電池的特殊要求[10]1)顏色方面當(dāng)太陽電池作為南立面的幕墻或天窗時(shí)，考慮到電池板的反光而造成光污染的現(xiàn)象，就會(huì)對(duì)太陽電池的顏色和反光性提出要求，即可采用具有不均勻反光的多晶硅太陽電池組件做幕墻或是安裝在人們視角之內(nèi)的大坡度屋頂。對(duì)于晶體硅電池則可以用腐蝕絨面的辦法將其表面變成黑色或在蒸鍍減反射膜的時(shí)候加入一些微量原色來改變太陽電池表面的顏色。2)透光要求當(dāng)太陽電池用作天窗、遮陽板和幕墻時(shí)，對(duì)于它的透光性有一定要求。一般選用非晶硅太陽電池，因?yàn)樗芍谱鞒刹枭Ａб话愕男Ч?，透光好而且投影十分均勻柔和。而?duì)于本身不透光的晶體硅太陽電池，需要透光時(shí)只能將組件用雙層玻璃封裝，通過調(diào)整電池片之間的空隙來調(diào)整透光量。2)尺寸和形狀的要求因?yàn)榭紤]到與建筑的結(jié)合，一般正規(guī)的方形很難滿足特殊造型的需求。這方面還有待制作工藝的進(jìn)一步提高。BIPV在國外太陽光發(fā)電是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的前沿陣地，世界各地的政府都支持太陽光發(fā)電事業(yè)。歐盟可再生能源白皮書和“起飛運(yùn)動(dòng)”是歐洲太陽光發(fā)電的里程碑；德國政府的“十萬個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”和德國新的“可再生能源法”保證私人的太陽光發(fā)電系統(tǒng)用不完的電，可以上電力網(wǎng)賣給國家電力公司；美國政府的“克林頓總統(tǒng)百萬太陽光發(fā)電屋頂計(jì)劃”即在2001年前將要為100萬個(gè)美國家庭的每一戶安裝3~5KW太陽光發(fā)電屋頂；日本政府在“陽光規(guī)劃”執(zhí)行后，2000年又推出《新陽光規(guī)劃》，對(duì)光伏屋頂系統(tǒng)實(shí)行強(qiáng)有力的補(bǔ)貼政策，使居民光伏屋頂系統(tǒng)最近5年平均年增產(chǎn)率為96.7%，成為目前世界光伏發(fā)電的最大市場(chǎng)[8]。有人作過樂觀估計(jì)，在今后太陽能發(fā)電隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)將更加迅猛的發(fā)展，到010年發(fā)電量將達(dá)到4.6GWp，累計(jì)容量將達(dá)到20GW。p到21世紀(jì)中也，陽光發(fā)電量將占世界總發(fā)電量的15%~20%，超過核能，成為人類的基本能源之一。BIPV在中國雖然目前還沒有并網(wǎng)發(fā)電的法律依據(jù)，以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有鼓勵(lì)補(bǔ)貼措施，然而，許多公司正在積極建設(shè)城市并網(wǎng)發(fā)電示范工程。悉尼奧運(yùn)會(huì)是迄今為止最“綠”的一屆奧運(yùn)會(huì)。中國的奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)，將肯定更“綠”。就在去年12月份召開的2004上海市金屬學(xué)會(huì)年會(huì)上，太陽能電池專家殷秒廷透露，為配合世博會(huì)的召開和應(yīng)對(duì)能源的緊缺，上海正在籌備一項(xiàng)名為“十萬屋頂計(jì)劃”的工程即在上海十萬戶家庭的房頂上安裝太陽能發(fā)電裝置，屆時(shí)上海的“十萬屋頂計(jì)劃”將為我國的太陽能源發(fā)展起到表率作用。另外據(jù)了解2008年北京奧運(yùn)場(chǎng)館外墻也將貼上太陽能電池，周圍80%~90%的路燈和洗浴熱水將來自太陽能光伏技術(shù)[8]。總之，光伏與建筑集成