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          銅銦鎵硒太陽能電池(GIGS )在光伏建筑一體化(BIPV)的應用
          		
          
          
          
          
            
          
              
          
                來源:09年會論文集  作者: 黎威林  日期:2009-4-21 　頁面功能  【字體：大 中 小】【打印】【關閉】【評論】
              
          
            
          		
          
          
          
          
            
          
          
          
          
            
          
              
          
                  
          摘要：本文介紹了光伏建筑一體化(BIPV)最新的發展和未來的前景，重點介紹銅錮稼硒太陽能電池的最新發展狀況。
          
關鍵詞：光伏建筑一體化Binding Integrated Photovoltaica ( BIPV) ;光電幕墻photoelectrieity curtain wall;晶體硅電池crystal silicon cell;非晶硅電池amorphous silicon cell
          		
                
          
                
          
                  
          
	
          
		
          
			

		
          
	
          
	
          　　1.前言
          
　　光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護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電裝置。因為陽光普照大地，光伏發電較少受地域限制;光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點，因而得到了廣泛的應用。(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，太陽光伏發電取得了長足的進步，但比計算機和光纖通訊的發展要慢得多。因為人們對信息的追求特別強烈，而常規能源還能滿足人類對能源的需求。1973年的石油危機和90年代的環境污染問題大大促進了太陽光伏發電的發展。在21世紀的今天，隨著科技的飛速進步，太陽光伏發電呈多極化發展，相互之間也逐漸進人良性競爭循環。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革命
          
　　在30多年前，因為晶體硅太陽能電池的出現，有了太陽能電池的第一次技術革命。從發明至今，晶體硅一直作為光伏發電市場的主導者，雖然目前在航天、通訊及微功耗電子產品領域中已占據了不可替代的位置，但作為社會整體能源結構的組成部分所占比例尚不足1%。
          
　　盡管技術工藝上不斷改進，但晶體硅電池的內在缺點—原材料成本高，資金效率低始終無法解決。由于硅不能強有力地吸收光能，所以制造晶體硅太陽能電池需要大量的半導體材料，而且晶片容易碎。所以晶體硅電池的生產加工工藝一直都無法適應大規模的工廠化生產。
          
　　在10多年前，隨著第一個商用“薄膜”太陽能電池誕生，標志著太陽能第二次技術革命的到來。它采用了新型的無硅半導體材料，降低了太陽能電池的材料成本，而且此類電池的吸收體(半導體)厚度比硅晶片電池更薄。
          
　　然而，太陽能第二次技術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。薄膜沉積技術的真空限制導致處理成本過高。因此，利用真空薄膜沉積技術生產的太陽能電池始終無法替代晶體硅電池。
          
　　自20世紀90年代中后期以來，薄膜型太陽能電池呈多極化發展，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能隙(Eg)、吸收率高(105/cm)、杭輻射能力強和長期的穩定性等特點，被國際上稱為最有希望獲得大規模應用的太陽能電池之一。近年來，CIGS技術取得了長足的發展。先是CIGS電池實驗室轉換效率再創新高，美國再生能源實驗室(NREL)2008年3月28日公布其GIGS電池的實驗室轉換效率再度刷新其原先締造的19.5%的歷史紀錄，達到19.9%，使得GIGS電池的轉換效率進一步逼近多晶硅電池的20.3%。同時CIGS的制備方法也不斷的成熟。GIGS太陽電池的結構主要包括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路線，即共蒸發法和濺射后硒化法。共蒸發法特點是薄膜質量好，容易實現元素的梯度分布，電池轉換效率高，但是該方法對設備要求嚴格，蒸發過程不容易控制，大面積均勻性與連續化生產難度很大。濺射后硒化法是先按照元素比例濺射沉積金屬預制層，在Se氣氛中硒化反應形成銅銦硒(簡稱CIS)或銅銦鎵硒(簡稱CIGS)化合物半導體薄o雖然目前a射后硒化法制備的電池轉換效率低于共蒸發法，但它是相對較容易實現大規模工亞化生產的技術途徑，該方法制備的大面積GIGS薄膜均勻性好，設備和工藝比較容易實現。濺射后硒化法工業化一般使用固態硒顆粒為硒源，其有效避免了采用硒化氫(H2Se)為硒源產生的H2Se氣體劇毒，易燃易爆，安全性不好，價格昂貴.運輸儲存困難等缺點。
          


          

　　2008年，CIGS薄膜太陽能電池出現沉積新方法，它使用了納米顆粒油墨，運用簡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出轉換效率接近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。它的出現，代表著太陽能第三次技術革命的到來。
          
　　太陽能第三次技術革命繼承了第二次技術革命的優點，而且從根本上進行變革，它通過粒子墨水、半導體印刷、導電底層、roll－to－roll加工、低成本的上電極、成型電他裝配、大電流面板這七項基本技術革新來使太陽能電池板和太陽能體系的成本大大減少，而且年產能力已達1GW.
          
　　4.光伏建筑一體（BIPV)

          
　　以太陽能電池板為建筑材料，進行建筑物外觀構造設計，達到建筑與發電之雙重功能，稱為BIPV,從零四年以來，BIPV這個詞越來越多的出現在幕墻行業中，有人也稱其為“光伏建筑一體化”。目前很多幕墻公司只是簡單把光電他板塊取代原來的玻璃板塊，或者將其作為獨立的體系安裝在幕墻之外，其實都不能完全體現BIPV的真正含義。
          
　　BIPV需要的是建筑的總體規劃設計，在建筑規劃的時候就要考慮環境，需求等一系列間題。BIPV經常面臨的間題有:
          
　　(1)繁華市區大樓林立擁擠，彼此是否遮蔽了陽光的照射量
          
　　(2)建筑物坐落的緯度、方位，以及環境干擾因素
          
　　(3)與建筑物結合一體，除需互相遷就外，設計與施工均較復雜，技術要求度很高。
          
　　(4)價格仍相當昂貴。
　　(5)晶體硅模板背部因通風較差，溫度可能上升至Sa1C或更高，導致發電效率降低10%以上。
          
　　(6)大部分采取垂直設置，將減少約40%的發電量。
          
　　(7)當陰影遮蔽一片模組的一部分時，將減少整片模組及其他串聯模組的發電量。 這些問題需要在做BIPV前仔細的研究，看建筑物是否適合，不能勉強。
          
　　建筑在做BIPV規劃的時候，一般需要考慮:
          
　　(1)與當地環境、入文、景觀等地方風貌需能互相搭配結合。
          
　　(2)安全 固定性
          
　　(3)發電性(主要功能)—使生活與用電密切結合
          
　　(4》建筑藝術與創意設計
          
　　(5)節能考慮—通風、排氣、散熱、采光、透光
          
　　(6)功能考慮—照明、抽水、空調
          
　　目前BIPV一般常用的建筑部位有屋頂、風雨棚、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。
          
　　屋頂—對于建筑物的外觀影響最少的一種BIPV方法
          
　　傳統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合。即使是現代很多建筑采用的直立鎖邊屋面板系統，只要BIPV配置合理，也會有很好的效果。最常用的屋頂BIPV形式是玻璃采光頂。一般會把光電板加工到玻璃里面，然后通過申聯并聯將面板最終連接到逆變器。以下是采光頂光電板的一般節點做法:
          
       德國萊比錫尼古拉教堂，作為德國一座古老的教堂，教主提出“保護造物，使用陽光發電”的信念，正式這個與自然和解的愿望，當時遭到了多方面的反對與質疑，在一連串的努力與溝通后，在教區主教、執事與聯邦政府古跡保護委員會的允諾下，這項將太陽能發電結合在歷史性建筑物上的跨領域計劃才得以貫徹執行。最后將原來的40平米斜屋頂全部換成深色太陽能光電板，并網發電，既保留了原建筑的整體風格，又宣示了教主的信念。他的成就不僅在于發電的多寡，更在于教區、教堂執事在尊重歷史建筑、在保護造物、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—在教區與古跡保護局的折沖下，采用廠商特別制造的“整合于建筑形式內的模組”，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"21世紀議程之表揚。
          
　　風雨棚—廣泛應用于鐵路站房建設
          
　　風雨棚作為鐵路站房建設的一部分，使用BIPV有以下優勢:
          
　　(1)覆蓋面積大，而且擁有最理想的太陽輻射角
          
　　(2)外觀形狀單一規整，方便太陽能板的自由布設
          
　　(3)逆變器布設也非常自由，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)由于風雨棚的開放式構造，使日后的維護和檢修非常方便
          
　　風雨棚BIPV的一般節點細部構造:(圖4.5)
          
　　以下是國內一些站房工程的介紹:
          
　　青島火車站站房改造工程—其中太陽能發電系統作為整個改造計劃的一部分，充分
          


          

          

　　第十三條國家鼓勵和支持可再生能源并網發電。
          
　　第十四條電網企業應當與依法取幣別于政許可或者報送備案的可再生能源發電企業簽訂并網協議，全額收購其電網覆蓋范圍內可再生能源并網發電項目的上網電量，并為可再生能源發電提供上網服務。
          
　　第十七條國家鼓勵單位和個人安裝和使用太陽能熱水系統、太陽能供熱采暖和制冷系統、太陽能光伏發電系統等太陽能利用系統。
          


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的專業公司之一。第一批獲得了國家建設部頒發的建筑幕墻施工壹級資質證書和設計專項資質證書。
建立并取得了ISO9001全面質量管理體系。

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          聯系電話：86- 62597630 
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          　　青島立興楊氏門窗配件有限公司，與深圳市立興楊氏門窗配件有限公司、香港立興（楊氏）制品廠有限公司同是香港立興楊氏集團同系公司，青島公司專門負責立興系列產品在中國的生產和營銷。
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