碲化鎘發(fā)電玻璃系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姜立兵　李迪　梁尚

【摘? 要】碲化鎘發(fā)電玻璃其具有非常典型的玻璃建材特性，是一種新型“發(fā)電玻璃”建筑材料。簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電政策和光伏電池分類，對(duì)碲化鎘薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池、多晶硅電池和單晶硅電池的性能特點(diǎn)重點(diǎn)研究。碲化鎘發(fā)電玻璃具有實(shí)際組件轉(zhuǎn)化效率高、年發(fā)電量大、適合建筑一體化、低成本、溫度系數(shù)低、弱光性能好、綠色安全、產(chǎn)業(yè)鏈短、適用環(huán)境復(fù)雜、能量回收期短、性能穩(wěn)定衰減小、安裝后外形美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)使其具有較好的市場(chǎng)前景。碲化鎘發(fā)電玻璃可用于安裝于屋頂或者建筑物外墻皮，同時(shí)碲化鎘發(fā)電玻璃具有弱光發(fā)電的特性，發(fā)出的電能既可以自用也可以并網(wǎng)。

【關(guān)鍵詞】碲化鎘發(fā)電玻璃;弱光性;多晶硅;建筑一體化

1研究背景及意義

隨著新能源在國(guó)內(nèi)政策的不斷出臺(tái)，光伏發(fā)電在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸占據(jù)一席之地，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐步趨于成熟和完善。據(jù)預(yù)測(cè)，依靠太陽(yáng)能發(fā)電將在很大程度上緩解能源短缺壓力，并在能源消耗上占據(jù)更大的比例。光伏發(fā)電將成為可再生領(lǐng)域的主體。

2國(guó)內(nèi)政策

為推動(dòng)分布式光伏發(fā)電，國(guó)家相繼出臺(tái)眾多政策，太陽(yáng)能資源得到進(jìn)一步的應(yīng)用，根據(jù)不動(dòng)地區(qū)的的實(shí)際情況，制定了相應(yīng)的裝機(jī)計(jì)劃和補(bǔ)貼政策，光伏發(fā)電下鄉(xiāng)活動(dòng)也若火如荼的進(jìn)行著。與此同時(shí)，相關(guān)國(guó)企，例如國(guó)家電網(wǎng)等也在制定光伏發(fā)電計(jì)劃。

3光伏產(chǎn)品分類對(duì)比

目前光伏電池在市場(chǎng)上的代表產(chǎn)品主要是硅基光電池和化合物光伏電池，硅基光電池在市場(chǎng)上的代表產(chǎn)品主要是多晶硅電池和單晶硅電池，化合物光伏電池在市場(chǎng)上的代表產(chǎn)品主要是碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池。

硅基太陽(yáng)能電池占據(jù)了光伏組件絕大部分的的市場(chǎng)份額，在理論和實(shí)際中多晶硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率都比單晶硅要低4%-7%左右，但是由于多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、污染小、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，成為目前應(yīng)用最廣泛的光伏電池生產(chǎn)材料。盡管單晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率最高達(dá)24%，雖然單晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率在所有光伏產(chǎn)品中最高，但是由于單晶硅的生產(chǎn)成本過(guò)高、生產(chǎn)制作過(guò)程過(guò)于繁復(fù)、對(duì)環(huán)境污染過(guò)大等原因使其在民用市場(chǎng)占比不大，單晶硅電池主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。同時(shí)對(duì)于新材料電池的研究也取得飛速進(jìn)展，碲化鎘電池和銅銦鎵硒薄膜電池發(fā)電效率直追單晶硅電池發(fā)電效率，成為未來(lái)國(guó)內(nèi)最具潛力的光伏發(fā)電產(chǎn)品。其中碲化鎘薄膜電池理論效率高達(dá)33%，比單晶硅電池和銅銦鎵硒薄膜電池29%的理論效率還要高四個(gè)百分點(diǎn)。

其中，在四中光伏產(chǎn)品中，單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率最高，碲化鎘薄膜電池質(zhì)量最輕，相應(yīng)的安裝固定成本更低。熱斑效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響光伏產(chǎn)品的使用壽命，甚至?xí)苯訐p壞電池板，碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池的熱斑效應(yīng)相比晶硅電池更小，更適合應(yīng)用于廠房屋頂、墻壁等建筑領(lǐng)域。雖然表中所列舉的四種產(chǎn)品中的使用壽命都在二十年以上，但是晶硅電池有嚴(yán)重的光衰現(xiàn)象，導(dǎo)致到產(chǎn)品的使用后期之后的年有效發(fā)電量急劇下降。盡管碲化鎘薄膜電池的效率只有13%左右，但是因?yàn)橛泻芎玫娜豕馓匦院透邷丨h(huán)境適應(yīng)性使其年有效發(fā)電量遠(yuǎn)超其他三類產(chǎn)品。

3.1碲化鎘發(fā)電玻璃在建筑外墻體中的應(yīng)用

隨著世界能源危機(jī)的日益顯現(xiàn)，代表太陽(yáng)能應(yīng)用最尖端、最有潛力的光伏發(fā)電將越來(lái)越多的應(yīng)用于節(jié)能建筑。

建筑物越高，建筑外墻的表面積就越大，可用的太陽(yáng)能資源就越多。將光伏發(fā)電組件應(yīng)用在墻皮建筑材料上，合理收集有效的太陽(yáng)能資源。將光伏發(fā)電組件制成玻璃幕墻突破了傳統(tǒng)玻璃幕墻的單一圍護(hù)功能，不僅屏蔽太陽(yáng)的熱輻射，而且可以利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并還能有效減低建筑墻體的溫度，從而降低建筑物室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷。

碲化鎘發(fā)電玻璃具有重量輕、熱斑效應(yīng)小、光衰不明顯、溫度系數(shù)低、弱光特性好、價(jià)格便宜等因素使其具有非常好的建筑材料特性，可應(yīng)用于墻體和屋頂建材，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電自用，余電上網(wǎng)。

4系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)電壓電流的確定

光伏發(fā)電組件串的輸出電壓值必須保持在逆變器直流輸入端規(guī)定電壓范圍內(nèi)。通常中等以上功率光伏逆變器的出入端口多于兩個(gè)，最多端口數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：

——逆變器輸入端最多端口數(shù)

——逆變器最大輸入電壓

——光伏發(fā)電組件串電壓

光伏發(fā)電組件串輸入電流不能大于逆變器直流端最大輸入電流。太陽(yáng)電池組件并聯(lián)數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：

——太陽(yáng)電池組件最大并聯(lián)數(shù)

——光伏發(fā)電組件串最大輸入電流

——逆變器直流端最大輸入電流

4.2電纜選型

按照在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中功能的不同，線纜的分類主要有三種：直流線纜、交流電纜和接地線纜。

直流線纜使用光伏專用線纜，此類線纜可以戶外鋪設(shè)，為符合線路安裝規(guī)定，常用的光伏之路電纜為PV1-F1×4mm2。交流線纜的選材安裝必須要考慮到環(huán)境因素，如氣溫、濕度、光照、防火、防蟲蟻、絕緣性等，一般選用YJV型電纜。接地線纜同樣要考慮到環(huán)境氣溫、濕度、光照、防火、防蟲蟻等要求。

5應(yīng)用前景分析

碲化鎘發(fā)電玻璃采用高電壓、低電流輸出，很大程度上降低了線路傳輸損耗和線材成本;性能穩(wěn)定，降低維護(hù)成本;弱光特性好，安裝角度對(duì)發(fā)電量影響小、高溫環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、熱斑效應(yīng)弱等優(yōu)點(diǎn)使其在同等產(chǎn)品中發(fā)電能力更強(qiáng)，回本周期更短，使用壽命更長(zhǎng)，應(yīng)用范圍更廣泛。相對(duì)來(lái)說(shuō)太陽(yáng)能光作為可再生能源具有資源的無(wú)限性和廣泛性，光伏發(fā)電的環(huán)保清潔性、安全性更符合當(dāng)代環(huán)保主題，是一種真正的符合時(shí)代的能源供給方式。

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