碲化鎘發電玻璃系統設計

姜立兵　李迪　梁尚

【摘? 要】碲化鎘發電玻璃其具有非常典型的玻璃建材特性，是一種新型“發電玻璃”建筑材料。簡述了國內光伏發電政策和光伏電池分類，對碲化鎘薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池、多晶硅電池和單晶硅電池的性能特點重點研究。碲化鎘發電玻璃具有實際組件轉化效率高、年發電量大、適合建筑一體化、低成本、溫度系數低、弱光性能好、綠色安全、產業鏈短、適用環境復雜、能量回收期短、性能穩定衰減小、安裝后外形美觀等諸多優點使其具有較好的市場前景。碲化鎘發電玻璃可用于安裝于屋頂或者建筑物外墻皮，同時碲化鎘發電玻璃具有弱光發電的特性，發出的電能既可以自用也可以并網。

【關鍵詞】碲化鎘發電玻璃;弱光性;多晶硅;建筑一體化

1研究背景及意義

隨著新能源在國內政策的不斷出臺，光伏發電在國內市場逐漸占據一席之地，光伏發電技術已經逐步趨于成熟和完善。據預測，依靠太陽能發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更大的比例。光伏發電將成為可再生領域的主體。

2國內政策

為推動分布式光伏發電，國家相繼出臺眾多政策，太陽能資源得到進一步的應用，根據不動地區的的實際情況，制定了相應的裝機計劃和補貼政策，光伏發電下鄉活動也若火如荼的進行著。與此同時，相關國企，例如國家電網等也在制定光伏發電計劃。

3光伏產品分類對比

目前光伏電池在市場上的代表產品主要是硅基光電池和化合物光伏電池，硅基光電池在市場上的代表產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上的代表產品主要是碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池。

硅基太陽能電池占據了光伏組件絕大部分的的市場份額，在理論和實際中多晶硅電池的光電轉化效率都比單晶硅要低4%-7%左右，但是由于多晶硅的生產過程簡單、污染小、生產成本低等優勢，成為目前應用最廣泛的光伏電池生產材料。盡管單晶硅電池的轉化效率最高達24%，雖然單晶硅電池的轉化效率在所有光伏產品中最高，但是由于單晶硅的生產成本過高、生產制作過程過于繁復、對環境污染過大等原因使其在民用市場占比不大，單晶硅電池主要應用于航空航天領域。同時對于新材料電池的研究也取得飛速進展，碲化鎘電池和銅銦鎵硒薄膜電池發電效率直追單晶硅電池發電效率，成為未來國內最具潛力的光伏發電產品。其中碲化鎘薄膜電池理論效率高達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百分點。

其中，在四中光伏產品中，單晶硅電池的光電轉化效率最高，碲化鎘薄膜電池質量最輕，相應的安裝固定成本更低。熱斑效應會嚴重影響光伏產品的使用壽命，甚至會直接損壞電池板，碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池的熱斑效應相比晶硅電池更小，更適合應用于廠房屋頂、墻壁等建筑領域。雖然表中所列舉的四種產品中的使用壽命都在二十年以上，但是晶硅電池有嚴重的光衰現象，導致到產品的使用后期之后的年有效發電量急劇下降。盡管碲化鎘薄膜電池的效率只有13%左右，但是因為有很好的弱光特性和高溫環境適應性使其年有效發電量遠超其他三類產品。

3.1碲化鎘發電玻璃在建筑外墻體中的應用

隨著世界能源危機的日益顯現，代表太陽能應用最尖端、最有潛力的光伏發電將越來越多的應用于節能建筑。

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

碲化鎘發電玻璃具有重量輕、熱斑效應小、光衰不明顯、溫度系數低、弱光特性好、價格便宜等因素使其具有非常好的建筑材料特性，可應用于墻體和屋頂建材，可實現發電自用，余電上網。

4系統設計

4.1系統電壓電流的確定

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

式中：

——逆變器輸入端最多端口數

——逆變器最大輸入電壓

——光伏發電組件串電壓

光伏發電組件串輸入電流不能大于逆變器直流端最大輸入電流。太陽電池組件并聯數計算公式如下：

式中：

——太陽電池組件最大并聯數

——光伏發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電系統中功能的不同，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，為符合線路安裝規定，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境氣溫、濕度、光照、防火、防蟲蟻等要求。

5應用前景分析

碲化鎘發電玻璃采用高電壓、低電流輸出，很大程度上降低了線路傳輸損耗和線材成本;性能穩定，降低維護成本;弱光特性好，安裝角度對發電量影響小、高溫環境適應性強、熱斑效應弱等優點使其在同等產品中發電能力更強，回本周期更短，使用壽命更長，應用范圍更廣泛。相對來說太陽能光作為可再生能源具有資源的無限性和廣泛性，光伏發電的環保清潔性、安全性更符合當代環保主題，是一種真正的符合時代的能源供給方式。

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