薄膜电池技术在光伏建筑中的运用龙涛

授人以渔能力为本毕业设计(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月四川科技职业学院毕业设计(论文)授人以渔能力为本第I页毕业论文(设计)诚信承诺书题目薄膜电池技术在光伏建筑中的运用学生姓名龙涛学号201109020120专业光伏发电技术及运用班级发电班学生承诺我承诺在毕业论文(设计)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业论文(设计)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为和论文抄袭率达到30%以上，我愿意承担一切责任，接受学校的处理。学生(签名)：龙涛2014年1月1日查询毕业设计（论文）抄袭结果：%指导教师承诺我承诺在毕业论文(设计)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业论文(设计)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。指导教师(签名):年月日四川科技职业学院毕业设计(论文)授人以渔能力为本第II页四川科技职业学院毕业论文评审表（指导教师用）姓名龙涛学号201109020120题目薄膜电池技术在光伏建筑中的运用评价项目具体要求权重ABCDE调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能正确翻译外文资料；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。0.1研究方案的设计能力论文的整体思路清晰，结构完整、研究方案完整有序。0.2分析与解决问题的能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量及工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；试验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创新工作中有创新意识；对前人工作有改进、突破或独特见解。0.1评定成绩（优、良、中、及格、不及格）指导教师意见：指导教师签名：20年月日说明：在“A、B、C、D、E”对应的栏目下划“√”四川科技职业学院毕业设计(论文)授人以渔能力为本第III页四川科技职业学院毕业论文评审表（评阅人用）姓名龙涛学号201109020120专业光伏发电技术及运用题目薄膜电池技术在光伏建中的运用评价项目权重ABCDE选题质量01选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求0.102题目难易度0.103题目工作量0.104理论意义或实际价值0.1能力水平05查阅文献资料能力0.106综合运用知识能力0.107研究方法和手段的运用能力0.1成果质量08文题相符0.109写作水平0.110写作规范0.1评定成绩（优、良、中、及格、不及格）评阅人评语（如不够填写，可另附纸）评阅人签名：20年月日说明：在“A、B、C、D、E”对应的栏目下划“√”四川科技职业学院毕业设计(论文)授人以渔能力为本第IV页四川科技职业学院毕业设计(论文)任务书学生姓名龙涛学号201109020120指导教师曾新一学院名称交通运输学院专业名称光伏发电技术及运用论文题目薄膜电池技术在光伏建筑中的运用题目来源实习实践（）理论研究（√）一、基本任务与要求基本任务：要求：二、工作内容及时间安排1．选题：20年月日前2．开题报告：20年月日前3．收集资料及实施研究：20年月日前4．完成初稿：20年月日前5．完成修改稿：20年月日前6．完成定稿：20年月日前7．答辩：20年月日前四川科技职业学院毕业设计(论文)第V页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；市场洗牌四川科技职业学院毕业设计(论文)第VI页目录第一章绪论.............................................................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..................................164.1薄膜电池内外市场洗牌在所难免...................................164.2光伏建筑一体化.................................................174.3薄膜电池的年发电量高于晶硅电池.................................184.4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..............................................................25四川科技职业学院毕业设计(论文)第1页第一章绪论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8~10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”政策影响四川科技职业学院毕业设计(论文)第2页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；制作过程耗能低材四川科技职业学院毕业设计(论文)第3页料用料少；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