非晶硅电池板在光伏建筑一体化（BIPV）应用

发表于2011-06-03 1539人浏览 0人跟帖总热度:10

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摘要：太阳能光电池板安装在建筑物上，构成光电幕墙，其不但具有幕墙的功能，同时又能产生电能，形成光伏建筑一体化。
主题词：
光电幕墙 photoelectricity curtain wall
晶体硅电池 crystal silicon cell
非晶硅电池 amorphous silicon cell
光伏建筑一体化Building Integrated
Photovoltaics(BIPV)
1、前言
中国是全球人均能源保有量最低的国家之一，但人均能源消费量居世界第二，中国的经济总量排名世界第三，但电力消耗却紧次于美国；能源的紧缺成为中国乃至世界各国家发展的主要问题，解决能源紧缺的问题成为各国首当其冲的任务。化石能源的资源的有限性和开发利用带来的环境问题严重制约着经济和社会的可持续发展。可再生能源资源丰富、分布广泛、环境影响小、可持续利用。加快可再生能源的开发利用是解决我国能源和环境问题的重要途径和措施。中国和世界常规能使用及规划见下图源；

我国是耗能大国，建筑能耗占全社会总能耗的25%，其中建筑采暖、空调、照明占14%，建筑建造能耗为11%，今后比例还可能有所上升，因此，我国政府在“十一五”规划纲要(草案)中，明确提出我国将建设资源节约型、环境友好型社会。规划纲要中提出，到2010年，GDP单位能耗要降低20%，为此，可再生能源，特别是太阳能的有效利用，将对我国的能源结构产生深远的影响。节能的65%主要由建筑围护系统承担，因此，通过建筑一体化设计，更广泛的推广使用光电幕墙有着重要的意义。
2、光电的发展历史
早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。
光伏发电的发展历史和现状自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973年的石油危机和90年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。其发展过程简列如下： 1893年法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。1930年朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。1941年奥尔在硅上发现光伏效应。 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1955年吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。 1957年硅太阳电池效率达8%。 1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1990年德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。 1995年高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。 1997年美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每户安装3~5kWp。自1996年以来，世界光伏发电高速发展。表现在几种主要太阳电池效率不断提高，总产量年增幅保持在30%~40%，1998年已达200MWp/a；应用范围越来越广，尤其是光伏技术的屋顶计划，为光伏发电展现了无限光明的前途。
3、太阳能电池的发展历史；
从光电池的发展历史来划分，目前将太阳能电池分为以下几类，晶体硅电池、非晶体硅电池以及其它各种不同的半导体材料的化合物的电池。主要的材料有：GaAs、GaInP、InGaAs、CdTe、CuInSe2(CIS)、CuInGaSe2(CIGS)等。晶体硅电池又分为单晶硅电池和多晶硅电池；非晶硅电池是在硅中加有其它半导体材料，不用提纯、切片等复杂的生产加工工序。
以上几类光电池，按照各自不同的特点，有各自最为适合的使用范围，单晶硅电池和多晶硅电池可以用于建造独立的光伏电站。而非晶硅电池以其独特的美观性能、稳定可靠的发电性能、经济低廉的成本和设计选型的多样性，能够比较完美的实现光电一体化（BIPV）。
4、非晶硅电池在建筑物上运用的优势
（1）材料和制造工艺成本低。每平米的造价约低40%左右。这是因为生产工艺更简化，能耗更低，硅薄膜仅有数千埃厚度，昂贵的纯硅材料用量很少。同时衬底材料，如玻璃、不锈钢、