1.前言
光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是
太陽能電池。
太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了
光伏發(fā)電裝置。因?yàn)殛柟馄照沾蟮兀夥l(fā)電較少受地域限制;
光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)周期短的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。(如圖1.1-1.4）
2.太陽能電池板種類介紹
自從1954年第一塊
光伏電池問世以來，太陽光伏發(fā)電取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但比計(jì)算機(jī)和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。因?yàn)槿藗儗?duì)信息的追求特別強(qiáng)烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對(duì)能源的需求。1973年的石油危機(jī)和90年代的環(huán)境污染問題大大促進(jìn)了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。在21世紀(jì)的今天，隨著科技的飛速進(jìn)步，太陽光伏發(fā)電呈多極化發(fā)展，相互之間也逐漸進(jìn)人良性競(jìng)爭(zhēng)循環(huán)。目前太陽能電池主要分兩大類:晶圓型和
薄膜型。晶圓型主要有
單晶硅、
多晶硅、GaAs，(CIS.CIGS)薄膜型主要有
非晶硅(a-Si)、微晶硅下面是各種太陽能電池的轉(zhuǎn)換率比較〔圖2.1，2.2):
3.銅銦鎵硒(GIGS )一太陽能電池的第三次技術(shù)革命
在30多年前，因?yàn)榫w
硅太陽能電池的出現(xiàn)，有了太陽能電池的第一次技術(shù)革命。從發(fā)明至今，
晶體硅一直作為光伏發(fā)電市場(chǎng)的主導(dǎo)者，雖然目前在航天、通訊及微功耗電子產(chǎn)品領(lǐng)域中已占據(jù)了不可替代的位置，但作為社會(huì)整體能源結(jié)構(gòu)的組成部分所占比例尚不足1%。
盡管技術(shù)工藝上不斷改進(jìn)，但晶體硅電池的內(nèi)在缺點(diǎn)—原材料成本高，資金效率低始終無法解決。由于硅不能強(qiáng)有力
地吸收光能，所以制造晶體硅太陽能電池需要大量的半導(dǎo)體材料，而且晶片容易碎。所以晶體硅電池的生產(chǎn)加工工藝一直都無法適應(yīng)大規(guī)模的工廠化生產(chǎn)。
在10多年前，隨著第一個(gè)商用“薄膜”太陽能電池誕生，標(biāo)志著太陽能第二次技術(shù)革命的到來。它采用了新型的無硅半導(dǎo)體材料，降低了太陽能電池的材料成本，而且此類電池的吸收體(半導(dǎo)體)厚度比
硅晶片電池更薄。
然而，太陽能第二次技術(shù)革命不能徹底改變太陽能電池總體成本高，資金效率低的狀況。薄膜沉積技術(shù)的
真空限制導(dǎo)致處理成本過高。因此，利用真空薄膜沉積技術(shù)生產(chǎn)的太陽能電池始終無法替代晶體硅電池。
自20世紀(jì)90年代中后期以來，薄膜型太陽能電池呈多極化發(fā)展，其中的CIGS(銅銦鎵硒)
薄膜太陽能電池由于材料有近似最佳的光學(xué)能隙(E
g)、
吸收率高(10
5/cm)、杭
輻射能力強(qiáng)和長(zhǎng)期的
穩(wěn)定性等特點(diǎn)，被國(guó)際上稱為最有希望獲得大規(guī)模應(yīng)用的太陽能電池之一。近年來，CIGS技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。先是CIGS電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率再創(chuàng)新高，美國(guó)再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)2008年3月28日公布其GIGS電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率再度刷新其原先締造的19.5%的歷史紀(jì)錄，達(dá)到19.9%，使得GIGS電池的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步逼近多晶硅電池的20.3%。同時(shí)CIGS的制備方法也不斷的成熟。GIGS太陽電池的結(jié)構(gòu)主要包括GIGS薄膜、緩沖層US薄膜、
窗口層ZnO和ZnO:Al薄膜(見圖3.1)，其核心是作為吸收層的GIGS薄膜。GIGS薄膜的制備以往有兩種技術(shù)路線，即共蒸發(fā)法和
濺射后硒化法。共蒸發(fā)法特點(diǎn)是薄膜質(zhì)量好，容易實(shí)現(xiàn)元素的梯度分布，電池轉(zhuǎn)換效率高，但是該方法對(duì)
設(shè)備要求嚴(yán)格，蒸發(fā)過程不容易控制，大面積
均勻性與連續(xù)化生產(chǎn)難度很大。濺射后硒化法是先按照元素比例濺射沉積
金屬預(yù)制層，在Se氣氛中硒化反應(yīng)形成銅銦硒(簡(jiǎn)稱CIS)或銅銦鎵硒(簡(jiǎn)稱CIGS)化合物半導(dǎo)體薄o雖然目前a射后硒化法制備的電池轉(zhuǎn)換效率低于共蒸發(fā)法，但它是相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工亞化生產(chǎn)的技術(shù)途徑，該方法制備的大面積GIGS薄膜均勻性好，設(shè)備和工藝比較容易實(shí)現(xiàn)。濺射后硒化法工業(yè)化一般使用固態(tài)硒顆粒為硒源，其有效避免了采用硒化氫(H2Se)為硒源產(chǎn)生的H2Se氣體劇毒，易燃易爆，安全性不好，價(jià)格昂貴.運(yùn)輸儲(chǔ)存困難等缺點(diǎn)。
2008年，CIGS薄膜太陽能電池出現(xiàn)沉積新方法，它使用了納米顆粒油墨，運(yùn)用簡(jiǎn)單的印刷方法來制備CIGS薄膜太陽能電池，此種制備方法目前能生產(chǎn)出轉(zhuǎn)換效率接近14%的薄膜。該工藝避免了需采用高真空腔室以及基于高真空的沉積技術(shù)。它的出現(xiàn)，代表著太陽能第三次技術(shù)革命的到來。
太陽能第三次技術(shù)革命繼承了第二次技術(shù)革命的優(yōu)點(diǎn)，而且從根本上進(jìn)行變革，它通過粒子墨水、半導(dǎo)體印刷、
導(dǎo)電底層、roll－to－roll加工、低成本的上電極、成型電他裝配、大電流
面板這七項(xiàng)基本技術(shù)革新來使太陽能電池板和太陽能體系的成本大大減少，而且年產(chǎn)能力已達(dá)1GW.
4.光伏建筑一體（BIPV)
以太陽能電池板為
建筑材料，進(jìn)行建筑物外觀構(gòu)造設(shè)計(jì)，達(dá)到建筑與發(fā)電之雙重功能，稱為BIPV,從零四年以來，BIPV這個(gè)詞越來越多的出現(xiàn)在
幕墻行業(yè)中，有人也稱其為“
光伏建筑一體化”。目前很多幕墻公司只是簡(jiǎn)單把
光電他板塊取代原來的
玻璃板塊，或者將其作為獨(dú)立的體系安裝在幕墻之外，其實(shí)都不能完全體現(xiàn)BIPV的真正含義。
BIPV需要的是建筑的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，在建筑規(guī)劃的時(shí)候就要考慮環(huán)境，需求等一系列間題。BIPV經(jīng)常面臨的間題有:
(1)繁華市區(qū)大樓林立擁擠，彼此是否遮蔽了陽光的照射量
(2)建筑物坐落的緯度、方位，以及環(huán)境干擾因素
(3)與建筑物結(jié)合一體，除需互相遷就外，設(shè)計(jì)與施工均較復(fù)雜，技術(shù)要求度很高。
(4)價(jià)格仍相當(dāng)昂貴。
(5)晶體硅模板背部因通風(fēng)較差，溫度可能上升至Sa1C或更高，導(dǎo)致發(fā)電效率降低10%以上。
(6)大部分采取垂直設(shè)置，將減少約40%的發(fā)電量。
(7)當(dāng)陰影遮蔽一片模組的一部分時(shí)，將減少整片模組及其他串聯(lián)模組的發(fā)電量。 這些問題需要在做BIPV前仔細(xì)的研究，看建筑物是否適合，不能勉強(qiáng)。
建筑在做BIPV規(guī)劃的時(shí)候，一般需要考慮:
(1)與當(dāng)?shù)丨h(huán)境、入文、景觀等地方風(fēng)貌需能互相搭配結(jié)合。
(2)安全
固定性
(3)發(fā)電性(主要功能)—使生活與用電密切結(jié)合
(4》建筑藝術(shù)與創(chuàng)意設(shè)計(jì)
(5)節(jié)能考慮—通風(fēng)、排氣、散熱、采光、透光
(6)功能考慮—照明、抽水、空調(diào)
目前BIPV一般常用的建筑部位有屋頂、風(fēng)雨棚、立面幕墻、大型
遮陽百葉等位置，每種位置者隋它自身的特點(diǎn)。
屋頂—對(duì)于建筑物的外觀影響最少的一種BIPV方法
傳統(tǒng)屋頂一般均為深色不透明材料，太陽能電池板能夠很好的和屋頂結(jié)合。即使是現(xiàn)代很多建筑采用的直立鎖邊屋面板系統(tǒng)，只要BIPV配置合理，也會(huì)有很好的效果。最常用的屋頂BIPV形式是
玻璃采光頂。一般會(huì)把
光電板加工到玻璃里面，然后通過申聯(lián)并聯(lián)將面板最終連接到逆變器。以下是采光頂光電板的一般
節(jié)點(diǎn)做法:
德國(guó)萊比錫尼古拉教堂，作為德國(guó)一座古老的教堂，教主提出“保護(hù)造物，使用陽光發(fā)電”的信念，正式這個(gè)與自然和解的愿望，當(dāng)時(shí)遭到了多方面的反對(duì)與質(zhì)疑，在一連串的努力與溝通后，在教區(qū)主教、執(zhí)事與聯(lián)邦政府古跡保護(hù)委員會(huì)的允諾下，這項(xiàng)將
太陽能發(fā)電結(jié)合在歷史性建筑物上的跨領(lǐng)域計(jì)劃才得以貫徹執(zhí)行。最后將原來的40平米斜屋頂全部換成深色太陽能光電板，并網(wǎng)發(fā)電，既保留了原建筑的整體風(fēng)格，又宣示了教主的信念。他的成就不僅在于發(fā)電的多寡，更在于教區(qū)、教堂執(zhí)事在尊重歷史建筑、在保護(hù)造物、在與大自然和解上，所愿意付出的努力與溝通。
其他著名教堂BIPV簡(jiǎn)介:
(1)斯圖加圣禾維西教堂—擁有最大的屋頂面積420平米，在教堂的南面屋頂，整片覆以薄膜晶片模組。
(2)德東文化古都德瑞斯登—在教區(qū)與古跡保護(hù)局的折沖下，采用廠商特別制造的“整合于建筑形式內(nèi)的模組”，讓歷史建筑披上太陽光電外衣。其中，圣安東尼教堂裝置3.45kWP，在2002年獲得德國(guó)"21世紀(jì)議程之表?yè)P(yáng)。
風(fēng)雨棚—廣泛應(yīng)用于鐵路站房建設(shè)
風(fēng)雨棚作為鐵路站房建設(shè)的一部分，使用BIPV有以下優(yōu)勢(shì):
(1)覆蓋面積大，而且擁有最理想的
太陽輻射角
(2)外觀形狀單一規(guī)整，方便
太陽能板的自由布設(shè)
(3)逆變器布設(shè)也非常自由，既可以使用集中式方便控制，又可以使用分散式減少損耗
(4)由于風(fēng)雨棚的開放式構(gòu)造，使日后的維護(hù)和檢修非常方便
風(fēng)雨棚BIPV的一般節(jié)點(diǎn)細(xì)部構(gòu)造:(圖4.5)
以下是國(guó)內(nèi)一些站房工程的介紹:
青島火車站站房改造工程—其中太陽能發(fā)電系統(tǒng)作為整個(gè)改造計(jì)劃的一部分，充分
第十三條國(guó)家鼓勵(lì)和支持
可再生能源并網(wǎng)發(fā)電。
第十四條電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)與依法取幣別于政許可或者報(bào)送備案的可再生能源發(fā)電企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議，全額收購(gòu)其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目的上網(wǎng)電量，并為可再生能源發(fā)電提供上網(wǎng)服務(wù)。
第十七條國(guó)家鼓勵(lì)單位和個(gè)人安裝和使用太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱
采暖和制冷系統(tǒng)、
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)等太陽能利用系統(tǒng)。
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