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太阳能发电技术与绿色照明[2]

2010-2-25  来源:无忧论文网   有8201人阅读

  太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置,在广大的无电力网地区,该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电,一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。

  2 太阳能发电系统的效率

  在太阳能发电系统中,系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲,要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多,而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来,晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究,主要围绕着加大吸能面,如双面电池,减小反射;运用吸杂技术减小半导体材料的复合;电池超薄型化;改进理论,建立新模型;聚光电池等。几种太阳能电池的转换效率见表1。

  表1 几种太阳能电池的转换效率

  实验室典型电池 商品薄膜电池

  各种太阳能电池 ηmax(%) 各种太阳能电池 η(%)

  单晶硅 24.4 多晶硅 16.6

  多晶硅 18.6 铜铟镓硒 18.8

  GaAs(单结) 25.7 碲化镉 16.0

  a-si(单结) 13 铜铟硒 14.1

  充分利用太阳能是绿色照明的重要内容之一。而真正意义上的绿色照明至少还包括:照明系统的高效率,高稳定性,高效节能的绿色光源等。

  3.1 发电--建筑照明一体化

  目前成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。1997年6月,美国宣布了以总统命名的"太阳能百万屋顶计划",在2010年以前为100万座住宅实施太阳能发电系统。日本"新阳光计划"已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170~210日元/W,太阳能电池年产量达10MW,电池成本降到25~30日元/W。1999年5月14日,德国仅用一年两个月建成了全球首座零排放太阳能电池组件厂,完全用可再生能源提供电力,生产中不排放CO2。工厂的南墙面为约10m高的PV阵列玻璃幕墙,包括屋顶PV组件,整个工厂建筑装有575m2的太阳能电池组件,仅此可为该建筑提供三分之一以上的电能,其墙面和屋顶PV组件造型、色彩、建筑风格与建筑物的结合,与周围的自然环境的整合达到了十分完美的协调。该建筑另有约45kW容量,由以自然状态的菜子油作燃料的热电厂提供,经设计燃烧菜子油时产生的CO2与油菜生长所需的CO2基本平衡,是一座真正意义上的零排放工厂。BIPV还注重建筑装饰艺术方面的研究,在捷克由德国WIP公司和捷克合作,建成了世界第一面彩色PV幕墙。印度西孟加拉邦为一无电岛117家村民安装了12.5kW的BIPV。国内常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功一种"太阳房",把发电、节能、环保、增值融于一房,成功地把光电技术与建筑技术结合起来,称为太阳能建筑系统(SPBS),SPBS已于2000年9月20日通过专家论证。近日在上海浦东建成了国内首座太阳能--照明一体化的公厕,所有用电由屋顶太阳能电池提供。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。

  3.2 绿色照明光源研究

  绿色照明系统优化设计,要求低能耗下获得高的光效输出,并延长灯的使用寿命。因此DC-AC逆变器设计,应获得合理的灯丝预热时间和激励灯管的电压和电流波形。目前处在研究开发中的太阳能照明光源激励方式有四种典型电路:①自激推挽振荡电路,通过灯丝串联启辉器预热启动。该光源系统的主要参数是:输入电压DC=12V,输出光效>495Lm/支,灯管额定效率9W,有效寿命3200h,连续开启次数>1000次。②自激推挽振荡(简单式)电路,该光源系统的主要参数是:输入电压DC=12V,灯管功率9W,输出光效315Lm/支,连续启动次数>1500次。③自激单管振荡电路,灯丝串联继电器预热启动方式。④自激单管振荡(简单式)电路等方式的高效节能绿色光源。

  4 结束语

  绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题,开发新能源,对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽,用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化,它的效率、性价比将得到提高,它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动中国"绿色照明工程"的快速发展。

 

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