太陽能熱水器_大眾科普網

m220.8單結太陽電池
gaas太陽電池4cm221.8單結太陽電池
inp太陽電池4cm219.9單結太陽電池
gainp/gaas4cm226.9單片疊層雙結太陽電池
gainp/gaas/ge4cm225.5單片疊層雙結太陽電池
gainp/gaas/ge4cm227.0單片疊層三結太陽電池
◎聚光電池
gaas太陽電池0.0724.6100x
gainp/gaas0.2526.450x，單片疊層雙結太陽電池
gaas/gasb0.0530.5100x，機械堆疊太陽電池
空間太陽電池在大氣層外工作，在近地球軌道太陽平均輻照強度基本不變，通常稱為am0輻照，其光譜分布接近5800k黑體輻射光譜，強度1353mw/cm2。因此空間太陽電池多采用am0光譜設計和測試。
空間太陽電池通常具有較高的效率，以便在空間發射的重量、體積受限制的條件下，能獲得特定的功率輸出。特別在一些特定的發射任務中，如微小衛星（重量在50～100公斤）上應用，要求單位面積或單位重量的比功率更高。
抗輻照性能
空間太陽電池在地球大氣層外工作，必然會受到高能帶電粒子的輻照，引起電池性能的衰減，主要原因是由於電子或質子輻射使少數載流子的擴散長度減小。其光電參數衰減的程度取決於太陽電池的材料和結構。還有反向偏壓、低溫和熱效應等因素也是電池性能衰減的重要原因，尤其對疊層太陽電池，由於熱脹系數顯著不同，電池性能衰減可能更嚴重。
×空間太陽電池的可靠性
光伏電源的可靠性對整個發射任務的成功起關鍵作用，與地面應用相比，太陽電池/陣的費用高低並不重要，因為空間電源系統的平衡費用更高，可靠性是最重要的。空間太陽電池陣必須經過一系列機械、熱學、電學等苛刻的可靠性檢驗。
si太陽電池
硅太陽電池是最常用的衛星電源，從1970年代起，由於空間技術的發展，各種飛行器對功率的需求越來越大，在加速發展其他類型電池的同時，世界上空間技術比較發達的美、日和歐空局等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。以日本sharp公司、美國的sunpower公司以及歐空局為代表，在空間太陽電池的研究發展方面領先。其中，以發展背表面場（bsf）、背表面反射器（bsr）、雙層減反射膜技術為第一代高效硅太陽電池，這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右，目前在軌的許多衛星應用的是這種類型的電池。
到了70年代中期，comsat研究所提出了無反射絨面電池（使電池效率進一步提高）。但這種電池的應用受到限制：一是制備過程復雜，避免損壞pn結；二是這樣的表面會吸收所有波長的光，包括那些光子能量不足以產生電子-空穴對的紅外輻射，使太陽電池的溫度升高，從而抵消了采用絨面而提高的效率效應；三是電極的制作必須沿著絨面延伸，增加了接觸的難度，使成本升高。
80年代中期，為解決這些問題，高效電池的制作引入了電子器件制作的一些工藝手段，采用了倒金子塔絨面、激光刻槽埋柵、選擇性發射結等制作工藝，這些工藝的采用不但使電池的效率進一步提高，而且還使得電池的應用成為可能。特別在解決了諸如采用帶通濾波器消除溫升效應以後，這類電池的應用成了空間電源的主角。
雖然很多工藝技術是由一些研究所提出，但卻是在一些比較大的公司得到了發揚光大，比如倒金子塔絨面、選擇性發射結等工藝是在澳大利亞新南威爾士大學光伏研究中心出現，但日本的sharp公司和美國的sunpower公司目前的技術水平卻為世界一流，有的技術甚至已經移植到了地面用太陽電池的大批量生產。
為了進一步降低電池背面復合影響，背面結構則采用背面鈍化後開孔形成點接觸，即局部背場。這些高效電池典型結構為perc、perl、pert、perf[1]，其中前種結構的電池已經在空間獲得實用。典型的高效硅太陽電池厚度為100μm，也被稱為nrs/bsf（典型效率為17%）和nrs/lbsf（典型效率為18%），其特征是正面具有倒金子塔絨面的選擇性發射結構，前後表面均采用鈍化結構來降低表面復合，背面場采用全部或局部背場。實際應用中還發現，雖然采用局部背場工藝的電池要普遍比nrs/bsf的電池效率高一個百分點，但通常局部背場的抗輻照能力比較差。
到了上世紀90年代中期，空間電源工程人員發現，雖然這種類型電池的初期效率比較高，但電池的末期效率比初期效率下降25%左右，限制了電池的進一步應用，空間電源的成本仍然不能很好地降低。
為了改變這種情況，以sharp為首的研究機構提出了雙邊結電池結構，這種電池的出現有效地提高了電池的末期效率，並在hes、hes-1衛星上獲得了實際應用。
另外研究人員還發現，衛星對電池陣位置的要求比較苛刻，如果太陽電池陣不對日定向或對日定向差等都會影響到衛星電源的功率，這在一定程度上也限制了衛星整體系統的配置。比如空間站這樣復雜的飛行器，有的電池陣幾乎不能完全保證其充足的太陽角，因而就需要高效電池來滿足要求。雖然目前已經部分應用了常規的高效電池，但電池的高的α吸收系數、有限的空間和重量的需要使其仍然不能滿足空間系統大規模功率的需要。傳統的電池結構仍然受到很大程度的限制。在這種情況下，俄羅斯在研究高效硅電池初期就側重於提高電池的末期效率為主，在結合電池陣研究方面提出了雙面電池的構想並獲得了成功，真正做到了高效長壽命和低成本。
gaas太陽電池
隨著空間科學和技術的發展，對空間電源提出了更高的要求。80年代初期，前蘇聯、美國、英國、意大利等國開始研究gaas基系太陽電池。80年代中期，gaas太陽電池已經用於空間系統，如1986年前蘇聯發射的“和平號”空間站，裝備了10kw的gaas太陽電池，單位面積比功率達到180w/㎡。8年後，電池陣輸出功率總衰退不大於15%。
gaas基系太陽電池經歷了從lpe到movpe，從同質外延到異質外延，從單結到多結疊層結構發展變化，其效率不斷提高。從最初的16%增加到25%，工業生產規模年產達100kw以上，並在空間系統得到廣泛的應用。更高的效率減小了陣列的大小和重量，增加了火箭的裝載量，減少火箭燃料消耗，因此整個衛星電源系統的費用更低。
薄膜太陽電池
為適應空間應用需求，國際上紛紛制訂各自的薄膜太陽電池計劃（如nasa，主要目標在於提高比功率和降低發射裝載容量），提出解決措施：
（1）研制超輕柔性襯底薄膜太陽電池；
（2）研制多結薄膜太陽電池。目前，國際發展趨勢主要涉及非晶硅（a-si:h）太陽電池、銅铟（镓）硒（cuingase2）太陽電池和碲化镉(cdte)太陽電池。經過數年的努力，其效率達到15～20%（am0）。
另一方面，為展開柔性薄膜太陽電池的研制（展開式、折疊式、套桶式、卷廉式）的設計與應用提供可能。自90年代後期，國外已開展了以聚合物為襯底薄膜太陽電池的研制，並取得一定的進展。薄膜太陽電池是獲得高效率、長壽命、高可靠、低成本的重要途徑之一。主要包括：a-si及其合金、cuinse2及其合金、以及cdte三種材料的薄膜太陽電池。
聚光太陽電池
一般認為，現代聚光pv開始於1970年代末悉尼國家實驗室，采用了點聚焦非涅耳透鏡硅電池雙軸跟蹤結構，隨後並研制了幾個原型。在1980年代，很多研究機構進行了一系列成功的實驗，在聚光技術方面取得了突破性進展，如非涅耳透鏡、稜形玻璃蓋片等。在1990年代中期，線聚焦fresenel透鏡聚光陣技術已經成功地用於scarlet太陽電池陣，電池為gainp/gaas/ge三結電池，聚光陣的功率密度大於200w/㎡，比功率大於45w/kg。線聚焦fresenel透鏡聚光陣已經用於deepspace-1。
由於三結gaas太陽電池有很好的高溫特性（為高電壓低電流器件），通過聚光將顯著提高電池電流輸出，特別在實現高倍聚光後，可獲得更高的功率輸出。因此，以三結砷化镓太陽電池為主要部件的聚光太陽電池以其高效率（可達到40%以上）、高溫性能好（工作溫度每升高1?c性能僅下降0.2%，可在200?c情況下正常工作，聚光倍數可達500倍以上）等特點被國際公認為最有發展前途和最具商用價值的新一代太陽能器件。
×太陽能路燈
太陽能路燈太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關注，又因其不污染環境，而被稱為綠色環保產品。太陽能路燈即可用於城鎮公園、道路、草坪的照明，又可用於人口分布密度較小，交通不便經濟不發達、缺乏常規燃料，難以用常規能源發電，但太陽能資源豐富的地區，以解決這些地區人們的家用照明問題。
太陽能硒光電池
日本制成了世界上第一架太陽能照相機,重量僅有475克,機內裝有先進的太陽能電池系統,其蓄電池可連續使用4年。美國一家公司生產了一種新型的135太陽能照相機,它的光圈、速度均由微電腦自動控制,電力則由太陽能硒光電池提供,只要有光線就能供電使用。
[編輯本段]【第一個太陽能發電站】
法國奧德約太陽能發電站是世界上第一個實現太陽能發電的太陽能電站。雖然當時發電功率才64千瓦，但它為後來的太陽能電站的研究與設計奠定了基礎。1982年美國建成了一座1000萬千瓦的塔式太陽熱中間試驗電站。美國計劃到2000年，太陽能發電站總裝機容量將達4000萬千瓦。2000年和2020年，生產的電量占總能量的百分比將是7％和25％。由於光熱轉換器（聚光器）需要占據較大的空間采光受熱，設備偏大，以美國在加利福尼亞州計劃建一座1萬千瓦發電設備為例，集光裝置達40萬平方米，200萬千瓦，則需占地50平方千米。據估計，大型太陽能發電站效率僅為30％左右。另外，太陽能發電站還需要有應付晚上和陰天用電需要的蓄電器，而所需的聚光器造價也較昂貴，發電經濟性差，因此，影響了廣泛地推廣和應用。
[編輯本段]【太陽能電池】
太陽能電池發電原理
太陽能電池是一對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體為例描述光發電過程。p型晶體硅經過摻雜磷可得n型硅，形成p－n結。
當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在p－n結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。
晶體硅太陽能電池的制作過程
“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀科學家們發現了晶體硅的半導體特性後，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀末，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產業化最快的。生產過程大致可分為五個步驟：a、提純過程b、拉棒過程c、切片過程d、制電池過程e、封裝過程。
太陽能電池的應用
上世紀60年代，科學家們就已經將太陽電池應用於空間技術——通信衛星供電，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中，對於光伏發電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、村寨供電的獨立系統、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統、城鎮中路標、高速公路路標等。歐美等先進國家將光伏發電並入城市用電系統及邊遠地區自然界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與建築系統的結合已經形成產業化趨勢。太陽能光伏玻璃幕牆組件得應用越來越多，隨著上海和北京的幾個項目進入實質性運轉，這種方式將會代替普通玻璃幕牆，它具有反射光強度小、保溫性能好等特點！

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