毕业论文薄膜电池技术在光伏建筑中的应用15893.doc

毕业设计(论文)薄膜电池技术在光伏建筑中的应用学院交通运输学院年级2011级班专业光伏发电技术及应用学号201102010120学生姓名龙涛指导老师曾新一2014年1月摘 要 硅太阳电池的应用日趋广泛, 但昂贵的原材料成为发展的瓶颈.硅原料虽然不稀缺，但提纯难度太大，价格居高不下。薄膜型太阳能电池由于使用材料较少，就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少，制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小它同时也拥有整合型式的连接模块，如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。一旦薄膜电池效率达到业主能接受的范围，硅电池很难生存。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池，而成为市场主流。光伏电站本来位置偏僻，不会太介意多占点空间来弥补转换效率上的不足。而且在全年的发电量中，薄膜电池要高于晶硅电池单晶硅电池虽然效率高13%17%。关键词：薄膜电池；年发电量；市场洗牌目 录第一章绪论11.1薄膜太阳能电池迎来发展机遇11.2薄膜太阳能电池的工作原理2第二章光伏系统的设计基础5第三章薄膜太阳能电池在建筑上的设计83.1蓄电池及其容量的计算83.2控制器113.3逆变器133.4薄膜太阳能组件方阵的计算15第四章薄膜电池在建筑上的运用优点解读16 4.1薄膜电池内外市场洗牌在所难免16 4.2光伏建筑一体化17 4.3薄膜电池的年发电量高于晶硅电池18 4.4薄膜电池运用于建筑的优点18第五章薄膜电池在建筑上的运用困难20结论21致谢24参考文献25第一章 绪 论1.1薄膜太阳能电池迎来发展机遇在国内光伏电池分为两大阵营：晶硅电池和薄膜电池。而后，晶硅电池占据了主要市场，薄膜电池相对弱势。据业内人士介绍，两者差距主要在成本和转换率方面，晶硅电池转换率可达14%16%，但成本比薄膜要高30%多;而薄膜电池虽然低价，但转换率只有6%8%，比晶硅电池要低得多。本次规划意见稿的出台，对薄膜电池而言或是一次新的发展机遇。规划意见稿在“十二五”发展重点中，提出重点发展非晶与微晶相结合的叠层和多结薄膜电池，鼓励企业研发5.5代以上大面积高效率硅薄膜电池等。“多晶硅不如前几年乐观，但中国各地还在不断地上新项目，装机量依然可以坚持到明年年底。”接受记者采访的新奥有关人士已在新能源行业从业多年，该人士力挺薄膜电池，他也认为，薄膜是太阳能电池板的方向。“但是技术要想成熟，至少还得810年。”他最后说。随着太阳能光伏产业的发展，各种鼓励措施相继出台，各地对光伏建筑的补贴增高，各地发展光伏建筑的热情不断升高，促进光伏建筑一体化市场的发展。据了解，目前中国有480亿平方米建筑米面积，而且这一数据还在不断的攀升。如果在其中的10%建立光伏系统发电将形成500GW的太阳能市场。而对于欧美的“双反”政策，薄膜电池迎来了发展的机遇，尽管行业标杆无锡尚德宣布破产重组后，整个产业被一种凝重的悲观氛围所笼罩，但晶硅电池之外的晶硅、碲化镉等薄膜电池未受“双反”政策影响1.2薄膜电池的工作原理和过程非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。如图1-1 图1-1 薄膜电池结构非晶硅光伏电池  非晶硅在可见光谱范围内有着比晶体硅更高的吸收系数，因此，可以大大降低光吸收层的厚度（1um）。为了有效的抑制光生载流子的复合，非晶硅光电池一般采用p-i-n结构，其中i层为本征层，为光敏感层，而两侧的p-n结产生内电场帮助电荷有效分离。目前，i层一般采用PECVD法生长，这种方法可以在大面积沉积，可以在透明导电玻璃或者柔性衬底上沉积。目前，这种电池的最大问题是效率低，实验室得到的最高转换效率为13%，大面积的光伏模块的效率在4%8%，制约其效率低的主要原因是Staebler-Wronski效应即光致衰减效应。即当光伏模块工作超过1000小时的时候其效率就会下降到一个很低的效率。主要的原因是在薄膜内部产生的新的缺陷成为载流子的符合中心，从而使效率降低。通过类似晶体硅薄膜电池的方法，采用多层或tandem结构可以有效的消除SW效应，因为，采用这种改进之后可以大大增强i层的内电场，从而使载流子能够有效的分离。非晶硅光伏电池的优点在于沉积温度低，从而可以使用价格低廉的衬底；可以很容易跟屋顶或其他结构复合；制作过程耗能低材料用料少；对环境无任何污染。从以上这些优点可以看出，非晶硅电池对于光伏技术的民用化具有很大的应用前景CdTe薄膜电池 （这里以CdTe薄膜电池为例）  CdTe是一种直接带隙半导体，1um厚的CdTe就几乎可以吸收所有的可见光，禁带宽度为1.45ev与理论优化值非常接近。由于CdTe是二元化合物，因此在材料合成上要比CIS类电池容易的多。典型的该种光伏电池的结构由n型的CdS和p型的CdTe构成，采用价格低廉的透明导电玻璃作为衬底，为了减少光的损耗，CdS的厚度非常的薄，载流子主要由CdTe层产生。因此，在他们的界面位置决定着整个模块的效率、稳定性等问题。目前，实验室获得的最高效率为18%左右，产业化的模块维持在9%左右。Cd的毒性依然是人们争论的一点。CdTe是一种非常稳定的化合物，本身没有毒性，但合成CdTe的过程中会对环境造成潜在的危害。因此，CdTe电池被广泛应用的前景不是很大。载流子的产生光伏太阳能电池简单来说，它实际上是一个半导体二极管。半导体材料吸收入射光产生电子与空穴对。而入射光的光子能量必须大于半导体的禁带宽度。因此，光生电流的密度Jsc跟半导体的禁带宽度成反比，半导体的禁带宽度越宽光生电流的密度Jsc越小。而转移到每对电子空穴的能量与半导体的禁带宽度成正比。因此，要取得最大的能量转换效率存在一个“最优化”禁带宽度（1.1ev），在这个条件下，大概有一半的入射光能量能够转换成电流。而这个条件只是理想情况下的理论值，而实际当中光学器件造成的能量损失，以及传输过程中的能量消耗使实际获得的效率远远低于理论极限。而且半导体也不能吸收所有入射光的能量，特别是间接禁带半导体，它对光的吸收系数很低。因此，具有高吸收系数的直接带隙半导体适合制作光伏太阳能电池。载流子的分离 第一步产生的电子空穴对，在内部电场的作用下分别向两个电极移动，电子移动到阳极，空穴传输到阴极。此时，在两个电极之间产生开路电压Voc  因此，我们可以得到一个IV曲线如右图所示。黄色部分表明的是最大输出功率，而最大输出功率与IV曲线与坐标轴包围的面积的比值称为填充因子：FF（fill factor）。FF、Voc 和Jsc 是评价光伏电池性能的最重要的三个参数。开路电流理论上可以达到Egap/q ，但实际当中由于载流子的复合以及热动力学方面的考虑，差不多只能达到Egap/2q。而FF的值跟半导体的禁带宽度也存在一定的关系，在理想情况下，FF与禁带宽度成正比。因此，在考虑FF、Voc 和Jsc 之后，可以得到一个半导体带隙宽度的最优值：1.5 eV，在这种情况下所得到的光电转换效率的理论极限为30。第二章 光伏系统的设计基础光伏系统由以下三部分组成：太阳电池组件、充放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄能和辅助发电设备。光伏系统具有以下的特点：1.没有转动部件，不产生噪音；2.没有空气污染、不排放废水；3.没有燃烧过程，不需要燃料；4.维修保养简单，维护费用低；5.运行可靠性、稳定性好；而作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；根据需要很容易扩大发电规模。电池或其它蓄能和辅助发电设备。光伏系统中的几个主要部件：光伏组件方阵：由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而 成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。蓄电池：将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池，对于较高要求的系统，通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。控制器：它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。逆变器：在太阳能光伏供电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。小型太阳能供电系统（Small DC）该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。其主要用途是一般的户用系统，负载为各种民用的直流产品以及相关的娱乐设备。如在我国西北边远地区就大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、收录机和电视机等，用来解决无电地区家庭的基本照明问题。简单直流系统（Simple DC）该系统的特点是系统负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求，负载主要是在白天使用，所以系统中没有使用蓄电池，也不需要使用控制器。系统结构简单，直接使用太阳能太阳电池组件给负载供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程所造成的损失，以及控制器中的能量损失，提高了太阳能的利用效率。其常用于光伏水泵系统、一些白天临时设备用电和旅游设施中。图4-4显示的就是一个简单直流的光伏水泵系统。这种系统在发展中国家的无纯净自来水供饮地区得到了广泛的应用，产生了良好的社会效益。大型太阳能供电系统（Large DC）与上述两种光伏系统相比，这种光伏系统仍适用于直流电源系统，但是这种太阳能光伏系统的负载功率较大，为了保证可靠地给负载提供稳定的电力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的太阳能太阳电池组件阵列和较大的蓄电池组，常应用于通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电站，航 标灯塔、路灯等领域。我国在西部地区实施的“光明工程”中，一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用这种形式；中国移动和中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通信基站也采用了这种光伏系统供电。交流、直流供电系统（AC/DC）与上述的三种太阳能光伏系统不同的是，这种光伏系统能够同时为直流和交流负载提供电力，在系统结构上比上述三种系统多了逆变器，用于将直流电转换为交流电以满足交流负载的需求。通常这种系统的负载耗电量也比较大，从而系统的规模也较大。在一些同时具有交流和直流负载的通信基站和其它一些含有交、直流负载的光伏电站中得到应用。并网系统（Utility Grid Connected）这种光伏系统最大的特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率。而且并网光伏系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。混合供电系统（Hybrid）这种太阳能光伏系统中除了使用太阳能太阳电池组件阵列之外，还使用了燃油发电机作为备用电源。使用混合供电系统的目的就是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。比方说，上述几种独立光伏系统的优点是维护少，缺点是能量输出 依赖于天气，不稳定。综合使用柴油发电机和太阳电池组件的混合供电系统与单一能源的独立系统相比所提供的能源对天气的依赖性要小 光伏系统的容量设计和硬件设计光伏系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的数量。同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地减少系统成本。光伏系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型，支架设计，逆变器的选择，电缆的选择，控制测量系统的设计，防雷设计和配电系统设计等。在进行系统设计的时候需要综合考虑系统的软件和硬件两个方面。针对不同类型的光伏系统，软件设计的内容也不一样。独立系统，并网系统和混合系统的设计方法和考虑重点都会有所不同。在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。第三章 薄膜太阳能电池在建筑中的设计设计原则：在设计中主要是确定组件工作电压和功率这两个参数。同时还要根据目前材料、工艺水平和长寿命的要求，让组件面积比较合适，并让单体电池之间的连接可靠，且组合损失较小。电气原理：通过对单体太阳电池进行适当的串、并联，以满足不同的需要。电池串联时，两端电压为各单体电池中电压之和，电流等于各电池中最小的电流；并联时，总电流为各单体电池电流之和，电压取平均值。 薄膜建筑光伏系统设计步骤1. 确定建筑物的用电需求，并进行必要的计算。2. 收集当地太阳能资源和气象地理条件的数据，计算当地经纬度、年最高最低气温、全年太阳能辐射量、平均峰值日照时数、年最长连续阴雨天数。3. 确定建筑物的发电方式。4. 系统容量设计 1）.薄膜太阳能电池组件功率和方阵构成的设计计算 2）.蓄电池组的容量和组成方式与计算5. 系统配置与设计 1）.控制器的选型和配置 2）.逆变器的选型与配置 3）.薄膜太阳能电池的固定方式设计 4）.建筑物的配电交流系统设计 5）.建筑物的防雷与接地系统配置与设计 6）.监控和测试系统的配置设计3.1蓄电池及其容量的计算蓄电池的主要性能包括额定容量、额定电压、充放电速率、阻抗、寿命和自放电率。额定容量 在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放出的最低容量，单位为安培小时，以符号C表示。容量受放电率的影响较大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放电率，如C20=50，表明在20时率下的容量为50安·小时。电池的理论容量可根据电池反应式中电极活性物质的用量和按法拉第定律计算的活性物质的电化学当量精确求出。由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要，电池的实际容量往往低于理论容量。额定电压 电池在常温下的典型工作电压，又称标称电压。它是选用不同种类电池时的参考。电池的实际工作电压随不同使用条件而异。电池的开路电压等于正、负电极的平衡电极电势之差。它只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的数量无关。电池电压本质上是直流电压，但在某些特殊条件下，电极反应所引起的金属晶体或某些成相膜的相变会造成电压的微小波动，这种现象称为噪声。波动的幅度很小但频率范围很宽，故可与电路中自激噪声相区别。充放电速率 有时率和倍率两种表示法。时率是以充放电时间表示的充放电速率，数值上等于电池的额定容量(安·小时)除以规定的充放电电流（安）所得的小时数。倍率是充放电速率的另一种表示法，其数值为时率的倒数。原电池的放电速率是以经某一固定电阻放电到终止电压的时间来表示。放电速率对电池性能的影响较大。阻抗 电池内具有很大的电极-电解质界面面积，故可将电池等效为一大电容与小电阻、电感的串联回路。但实际情况复杂得多，尤其是电池的阻抗随时间和直流电平而变化，所测得的阻抗只对具体的测量状态有效。寿命 储存寿命指从电池制成到开始使用之间允许存放的最长时间，以年为单位。包括储存期和使用期在内的总期限称电池的有效期。储存电池的寿命有干储存寿命和湿储存寿命之分。循环寿命是蓄电池在满足规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。在规定循环寿命时必须同时规定充放电循环试验的制度，包括充放电速率、放电深度和环境温度范围等。自放电率 电池在存放过程中电容量自行损失的速率。用单位储存时间内自放电损失的容量占储存前容量的百分数表示。蓄电池容量的计算蓄电池的设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作。光伏系统中使用的蓄电池有镍氢、镍镉电池和铅酸蓄电池，但是在较大的系统中考虑到技术成熟性和成本等因素，通常使用铅酸蓄电池。在下面内容中涉及到的蓄电池没有特别说明指的都是铅酸蓄电池。蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。首先，给出计算蓄电池容量的基本方法。第一步，将每天负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量。第二步，将第一步得到的蓄电池容量除以蓄电池的允许最大放电深度。因为不能让蓄电池在自给天数中完全放电，所以需要除以最大放电深度，得到所需要的蓄电池容量。最大放电深度的选择需要参考光伏系统中选择使用的蓄电池的性能参数，可以从蓄电池供应商得到详细的有关该蓄电池最大放电深度的资料。通常情况下，如果使用的是深循环型蓄电池，推荐使用80%放电深度（DOD）；如果使用的是浅循环蓄电池，推荐选用使用50%DOD。设计蓄电池容量的基本公式见下：蓄电池容量=负载平均用电量(Ah)×连续阴雨天数×放电率修正系数/(最大放电深度X低温修正系数) 下面我们介绍确定蓄电池串并联的方法。每个蓄电池都有它的标称电压。为了达到负载工作的标称电压，我们将蓄电池串联起来给负载供电，需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压。 串联蓄电池数 = 负载标称电压/蓄电池标称电压 小型的交流光伏应用系统作为范例。假设该光伏系统交流负载的耗电量为10KWh/天，如果在该光伏系统中，我们选择使用的逆变器的效率为90，输入电压为24V，那么可得所需的直流负载需求为462.96Ah/天。(10000 Wh ÷ 0.9 ÷ 24 V = 462.96 Ah)。我们假设这是一个负载对电源要求并不是很严格的系统，使用者可以比较灵活的根据天气情况调整用电。我们选择5天的自给天数，并使用深循环电池，放电深度为80。那么：蓄电池容量5天×462.96Ah/0.82893.51Ah。如果选用2V/400Ah的单体蓄电池，那么需要串连的电池数：串联蓄电池数24V/2V=12（个）需要并联的蓄电池数：并联蓄电池数2893.51/4007.23我们取整数为8。所以该系统需要使用2V/400Ah的蓄电池个数为：12串联×8并联 = 96（个）。下面是一个纯直流系统的例子：乡村小屋的光伏供电系统。该小屋只是在周末使用，可以使用低成本的浅循环蓄电池以降低系统成本。该乡村小屋的负载为90 Ah/天，系统电压为24V。我们选择自给天数为2天，蓄电池允许的最大放电深度为50，那么：蓄电池容量2天×90Ah/0.5360Ah。如果选用12V/100Ah的蓄电池，那么需要该蓄电池2串联×4并联 = 8个。3.2控制器太阳能控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，太阳能控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。作用 1.反接、反冲自动保护，报警。2.电瓶保护，过欠压保护。3.过载保护。4.防止蓄电池过度充电。5.防止蓄电池过度放电。6.防止夜间蓄电池向太阳能板反向放电。7.过载保护。8.短路保护。9.电池防反。10防止蓄电池过度充电、过度放电、晚间反向放电。11根据光线强弱，傍晚自动开启照明灯。12根据设定，定时关闭照明灯或者根据光线强弱，黎明自动关闭照明灯。控制的断电方式测量太阳能电池的电压比如说早上是3V中午是17V晚上是3V那么控制器就会在0-3V时（晚上）接通电路给用电器供电;当电压为大于3V时,就会断开电路，太阳能电池就会给蓄电池充电。工业版控制器可以分成3个时段，每个时段的时间可任意设置，根据使用环境的不同，每个时段可以设置成关闭状态。比如有些厂区或者风景区夜间无人，可以把第二个时段（深夜）关闭，或者第二、第三个时段都关闭，降低使用成本。1、直观的LED发光管指示当前电瓶状态，2、具有直流输出或1HZ频闪输出2种输出选择，频闪输出特别适用于LED交通警示灯等；3、过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；4、太阳能控制器利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压;5、取消了电位器调整控制设定点，而利用了Flash存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素；6、所有控制全部采用工业级芯片（仅对带I工业级控制器），能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确；7、太阳能控制器的直观的LED发光管指示当前电瓶状态，让用户了解使用状况；8、使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观；9、采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿；太阳能控制器具有使用了单片机和专用软件，实现了智能控制。3.3逆变器逆变器是一种电源转换装置。 主要是将直流转化为交流。其主要有三种类型：方波逆变器 、阶梯波逆变器 、正弦波逆变器、方波逆变器 方波逆变器 方波逆变器输出的交流电压波形为方波。此类逆变器所使用的逆变线路较简单，使用的功率开关管数量很少。设计功率一般在百瓦至千瓦之间。方波逆变器的优点是：线路简单、价格便宜、维修方便。阶梯波逆变器 此类逆变器输出的交流电压波形为阶梯波，逆变器实现阶梯波输出也有多种不同线路，输出波形的阶梯数目差别很大。阶梯波逆变器的优点是，输出波形比方波有明显改善，高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波。当采用无变压器输出时，整机效率很高。正弦波逆变器 正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波。正弦波逆变器的优点是，输出波形好，失真度很低，对收音机及设备干扰小，噪声低。此外，保护功能齐全，整机效率高。缺点是：线路相对复杂，对维修技术要求高，价格较贵。逆变方式分类：集中逆变、组串逆变、多组串逆变太阳能逆变器-集中逆变集中逆变一般用与大型光伏发电站（>10kW）的系统中，很多并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。最大特点是系统的功率高，成本低。但受光伏组串的匹配和部分遮影的影响，导致整个光伏系统的效率和电产能。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高的效率。在SolarMax(索瑞·麦克）集中逆变器上，可以附加一个光伏阵列的接口箱，对每一串的光伏帆板串进行监控，如其中有一组串工作不正常，系统将会把这一信息传到远程控制器上，同时可以通过远程控制将这一串停止工作，从而不会因为一串光伏串的故障而降低和影响整个光伏系统的工作和能量产出。太阳能逆变器组串逆变逆变器组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器。组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串（1kW-5kW）通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主-从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主-从”的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。太阳能逆变器多组串逆变多组串逆变是取了集中逆变和组串逆变的优点，避免了其缺点，可应用于几千瓦的光伏发电站。在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功率峰值跟踪和直流到直流的转换器，这些直流通过一个普通的直流到交流的逆变器转换成交流电，并网到电网上。光伏组串的不同额定值（如：不同的额定功率、每组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等等）、不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组串（如：东、南和西）、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。同时，直流电缆的长度减少、将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。3.4薄膜太阳能组件方阵的计算在考虑到各种因素的影啊后，将相关系数纳入到上述公式中，才是一个设计和计算太阳能电池组件的完整公式电池组件的并联数=负载日平均用电量（Ah）/(组件日平均发电量（Ah）x充电效率系数x组件损耗系数x逆变器效率系数)电池组件的串联数=系统工作电压（v）x系数1.43/(组件峰值工作电压（v）)电池组件(方阵)总功率(w) =组件并联数×组件串联数×选定组件的峰值输出功 率(w)注意：在进行太阳能电池组件的设计与计算时，还要考虑季节变化对系统发电量的影啊。因为在设计和计算得出组件容量时，一般都是以当地太阳能辐射资源的参数如峰值同照时数、年辐射总量等数据为参照数据，这些数据都是全年平均数据，参照这些数据计算出的结果，在春、夏、秋季一般都没有问题，冬季可能就会有点欠缺。因此在有条件时或设计比较重要的光伏发电系统时，最好以当地全年每个月的太阳能辐射资源参数分别计算各个月的发电量，其中的最大值就是一年中所需要的电池组件的数量。例如，某地计算出冬季需要的太阳能组件数量是8块，但在夏季可能有5块就够了，为了保证该系统全年的正常运行，就只好按照冬季的数量确定系统的容量。第四章 薄膜电池在建筑上的运用优点解读4.1薄膜电池内外市场洗牌在所难免2012年，国内光伏企业开工率不到70%，八成多晶硅企业停产，20%的中小型光伏企业陷入破产困境。受此影响，双流部分企业处于减产或半停产状态，绝大多数企业尤其是在建企业投资步伐放缓，“谨慎观望”。业内认为，今年上半年将进入“洗牌”阶段，或将有80%的光伏企业倒闭。寒流来得很快。3月20日，曾经全球最大的光伏组件制造商、无锡尚德太阳能电力有限公司被无锡市中级人民法院裁定实施破产重整。据中国光伏产业联盟统计，2011年光伏企业的个数为262家，2012年已经降至112家。由于缺乏国内应用市场，中国光伏产品85%以上都出口到欧美。去年，在外销受阻的情况下，国家陆续出台一些有利于光伏产业扩大内销的政策，但光伏企业的悲观态度仍难短时间内消除。究其原因，关键制约仍然存在。“虽然国家鼓励建设分布式电站，简化手续，但是投建电站需要准入，开发区内仅有旭双取得投建电站的准入证。”罗经瑄走访了10家光伏企业，均认为行业并网壁垒与国家政策补贴等制约尚未完全突破。她建议在省内凉山州、攀枝花市等光热资源丰富地区开发建设光伏发电项目。“省内光伏企业在四川范围内建光伏电站以及省外光伏企业采购我省光伏产品并在四川范围内建光伏电站的，建议四川再给予0.1-0.3元/度的上网电价补贴。”整体受挫的大背景中，成都光伏产业却在酝酿反弹。光伏产业主要有晶硅和薄膜两种技术路线。欧美对中国光伏企业的“双反”政策，针对的只是晶硅电池产品，并不包括薄膜电池产品，这恰好给了双流机会。双流拥有汉能光伏、阿波罗太阳能、旭双太阳能等薄膜太阳能企业。“汉能薄膜组件2012年产能达到3GW，即每年新增发电量约40亿度。”四川汉能光伏有限公司总工程师林进达说，汉能双流基地去年出货103MW，半数出口意大利、希腊等国际市场，半数内销青海、新疆等地，实现收入4.3亿元，今年产量目标是翻一番，冲刺260MW。14.2光伏建筑一体化光伏建筑一体化，是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。另一类是光伏方阵与建筑的集成。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。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。“十二五”期间，将要创建2000家节约型公共机构示范单位。除了公共机构外，商业机构由于用电量较大，参与节能的意愿相对较高，而且具有资金优势，也应该优先发展光伏建筑一体化模式。光伏建筑的分类：根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类：第一类是光伏方阵与建筑的结合。这种方式是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。第二类是光伏方阵与建筑的集成。这种方式是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。优点： (1)绿色能源。太阳能光伏建筑一体化产生的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境。太阳能是最清洁并且是免费的，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用。它又是一种再生能源，取之不尽，用之不竭。(2) 不占用土地。光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；夏天是用电高峰的季节，也正好是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用。(3)太阳能光伏建筑一体技术采用并网光伏系统，不需要配备蓄电池，既节省投资，又不受蓄电池荷电状态的限制，可以充分利用光伏系统所发出的电力。(4) 起到建筑节能作用。光伏阵列吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，所以也可以起到建筑节能作用。因此，发展太阳能光伏建筑一体化，可以“节能减排”。4.3薄膜电池的年发电量高于晶硅电池高转化率不等于高发电量众所周知，光电转化率作为太阳能电池的关键参数，自然越高越好。然而，当转化率只相差几个百分点时，转化效率高，发电量不一定高。在标准条件下测定的转化率高并不代表全年的发电量就一定高。有研究表明，发电量的高低除了与转化率有关外，还取决于环境因素和可发电的有效时间。据了解，目前膜电池组件的商业转化率在10上下，约低于晶硅电池组件最少5个百分点。然而国外一项实证研究显示，在多阴云雨天的英国牛津和光照强烈的西班牙东部，同样功率的电池组件，非晶硅膜太阳能电池的全年发电量比多晶硅电池反而多出13和17。在国内同类地区的一项研究也获得了类似结果。“这主要是非晶硅的弱光效应和温度系数的两大性质影响了非晶硅电池的发电量。”由于非晶硅采用非晶-微晶硅的叠层结构设计，使硅基膜太阳能电池的光谱回应从可见光扩展到了红外线区域，增大了光谱能量吸收效应。而膜电池对弱光的敏感度高，使得其无论在清晨、傍晚，还是阴云雨天等弱光环境下都能发电，因此，每天具有比晶硅电池长得多的发电时间，其实际发电量反而高于后者。另一方面，由于膜电池具有比晶硅电池低得多的温度系数，其转化率随温度升高的衰减远低于晶硅电池，这使得其在炎热的夏天或高温地区，其实际发电量也高于后者。24.4薄膜电池运用于建筑的优点薄膜太阳能电池与建筑结合的特点特点：在大型建筑上装设有非晶硅薄膜式太阳能电池，用来发电的非晶硅厚度不到0.5微米，不及传统晶硅太阳能电池厚度的百分之一，使原来无法穿透晶硅太阳能电池的太阳光可以透过非晶硅薄膜太阳能电池照射到室内，使室内的采光不会受到影响。这相比晶硅太阳能电池与建筑更具有优势。优势：传统太阳能发电需占用大量的土地，这对于土地资源有限的中国来讲是一个不容忽视的问题。而薄膜太阳能电池与建筑结合可以充分有效的利用建筑的墙体进行铺设，使土地资源和建筑资源利用最大化。因为薄膜太阳能电池不影响建筑的使用（采光）以及建筑的美观。充分利用建筑的墙体空间开展太阳能发电，可以为当地电网提供电力，很好地实现节约土地资源，节能减排，真正实现低碳经济，多重经济效益显现，而且与传统太阳能电站相比，薄膜电池与建筑结合不需要占用土地建电站。如果满足了建筑自身用电外，还可以在将剩余的电量转入电网。此外，长期以来，我国光伏太阳能产业过度依靠“来料加工”和“海外市场”，据了解，我国薄膜光伏太阳能电池加工企业高达70%的产值依赖出口，有些企业甚至高达90%。近年来，我国薄膜太阳能电池技术高速发展，与建筑结合的面积巨大，如将薄膜光伏太阳能电池板应用于建筑设施，那么薄膜光伏太阳能电池在建筑上的运用将是光伏电池转向内销市场的一个突破口，市场规模巨大。薄膜太阳能电池的这一用途，有望改变光伏产业的发展态势。第五章 薄膜电池在