薄膜太陽能電池在工業儀表遠程監控的應用

摘 要：工業儀表是進行工業設施、環境遠程監控的重要監控儀器，因此要其保證24小時運轉，這就導致了大量的電能消耗。太陽能技術的發展，特別是薄膜太陽能電池的開發與應用有效的解決了電能消耗嚴重的問題。本文詳細介紹的太陽能薄膜電池的工作原理以及結構特點例如材料、制作技術等，分析了其在工業儀表方面的應用，針對其發展前景提出了一些合理的建議。

關鍵詞：薄膜太陽能電池；原理；工業儀表；應用建議

中圖分類號：TM914.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 22-0000-01

就目前來看，地球表面所接受到的太陽輻射非常充足，為人們提供了大量的太陽能資源。雖然隨著我國“節能減排”戰略的實施，社會各界已經注意到了太陽能資源的開發與利用，但是大多還都僅僅處于起步階段，太陽能的利用率極低。例如在工業儀表遠程監控中的應用程度就遠遠不夠，無法有效的解決監控儀表電能消耗嚴重的問題，但是薄膜太陽能電池在工業儀表領域的發展潛力還是很大的，具有廣闊的發展前景。這就要求相關研發部門進行更深入的研究以及技術改革。

一、太陽能技術以及薄膜太陽能電池

（一）太陽能技術。太陽能是一種新型的清潔能源，它以其成本低廉、資源充足、無污染等優點得到了人們的喜愛。目前我國的太陽能技術已經取得了初步的進展，并廣泛應用于多個行業領域，特別是在太陽能熱水器方面的發展已經成熟起來。近年來，我國又將發展方向轉向了薄膜太陽能電池在工業儀表遠程監控的研發與使用上。

（二）薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池是太陽能技術發展的一種新形式，它利用薄膜的光電效應實現發電。薄膜太陽能電池通常具有成本低、發電效率高、質量輕體積小的優點。這些特點恰好能夠滿足工業儀表數量多、安裝環境復雜、用電量大的需要。目前比較常見的薄膜太陽能電池有非晶硅薄膜太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、有機太陽能薄膜電池、CIGS薄膜太陽能電池。

二、不同類型薄膜太陽能電池的原理

（一）非晶硅薄膜太陽能電池。非晶硅薄膜太陽能電池的薄膜是由非晶體狀態的硅做成的，主體材料的主要成分是氫和硅的一種合金。將非晶硅沉積到玻璃、不銹鋼等可以導電的廉價材料上就形成了非晶硅薄膜。非晶硅薄膜太陽能電池是目前應用最為廣泛的太陽能電池，它的適應環境適應能力很強，并且由于成本低廉適合于大規模構建。但是隨著使用時間的增加它的光誘導度會逐漸變小，影響光電轉化效率。

（二）多晶硅薄膜太陽能電池。多晶硅薄膜太陽能電池的工作原理與非晶硅薄膜太陽能電池相似，但是其厚度更薄，僅僅只有幾微米。并且其底層材料必須使用耐熱性能好的陶瓷等。這也就導致了多晶硅薄膜太陽能電池的應用范圍還不夠廣泛。

（三）有機太陽能薄膜電池。有機太陽能薄膜電池由透明電極、電子供給性物質、電子接受物質和表面電極四部分組成。分子在發生激勵狀態之后，為了使電荷分離開來就會產生電子移動。這種光電轉化的形式雖然在前期效率很低，但是其長期穩定性和耐久性都很好，適合應用于復雜的環境中。

（四）CIGS薄膜太陽能電池。CIGS薄膜太陽能電池所采用的襯底材料是不銹鋼箔片或鈉鈣玻璃，在襯底上沉積一微米的鉬粒子以及二微米的CIGS半導體薄膜。由于其獨特的誘光材料大大提高了CIGS薄膜太陽能電池對可見光的吸收率，使得它的穩定性得到了顯著的提升，特別是大規模構建電池組件的過程中其光電轉化效率提升更大。

三、薄膜太陽能電池在工業儀表遠程監控的應用

（一）工業儀表遠程監控。隨著工業生產的進步，生產技術取得了很大的突破同時工業設備的分布也越來越廣泛，傳統的人工管理、監控已經無法滿足現代工業的需要。同時由于工業儀表的安裝環境通常較為復雜，例如地下等，人工檢查難度大并且存在很大的安全隱患。因此為了提高監控系統的穩定性、準確性以及安全性，工業儀表遠程監控系統就應運而生。

遠程監控系統一般是通過在現場設置大量的傳感器、儀表等數據采集設備，然后通過總線將數據采集設備與遠程計算機連接起來進行信息的傳遞。計算機將虛擬信號進行處理后轉化成可視化的信息，從而達到遠程監控的目的。在這一環節中工業儀表的正常運行以及數據的傳輸都需要大量電能的支持，可以說電力的支持是整個系統能夠運轉的基礎。

（二）薄膜太陽能電池的應用與選擇。薄膜太陽能電池主要用于工業儀表的正常運轉以及信息的傳遞兩個方面。薄膜太陽能電池主要由電池板、控制器、蓄電池和逆變器四部分組成。太陽能電池板通過“光—熱—電”或“光—電”的形式進行發電一部分直接通過逆變器轉變電壓后用于儀表運轉。多余的電量儲存在蓄電池中，在夜間無法發電的時候通過逆變器將電壓轉化為工業儀表所需要的電壓，并將工業儀表的輸電線路與逆變器相連接，實現向工業儀表的供電。在薄膜太陽能電池的實際應用中應當根據實際需要有側重的進行選擇。

首先，對于安裝在地下環境中的儀表在選用薄膜太陽能電池的過程中要充分考慮地下陽光不能直射，可見光少的問題。因此可以采用采光能力強的CIGS太陽能薄膜電池。其次，儀表工作環境也是影響薄膜太陽能電池選擇的重要因素，例如在工業生產中難以避免的會遇到高溫、高壓環境，在這種環境下要選擇穩定性強、環境適應力強的薄膜太陽能電池，例如多晶硅薄膜太陽能電池。最后，根據工廠的節能減排、借鑒成本的需要選擇有機薄膜太陽能電池可以在不影響光電轉化效率的基礎上減少污染物的產生，大大降低生產運營成本。有機薄膜太陽能電池內部的介質可以循環使用，并且其使用壽命長，因此不需要頻繁的更換。

四、結束語

綜上所述，目前薄膜太陽能電池種類繁多，各自有其優缺點。在工業儀表遠程監控系統的應用過程中要根據實際工作需要進行選擇，以保證能夠穩定為監控系統的運行提供充足的電力支持。相信隨著社會各界對于太陽能電池的重視，太陽能電池技術必將得到完善與發展，并且能夠更好的為工業儀表遠程監控系統服務。

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