太阳能光伏技术综述

摘要

全球环境问题和对能源需求的不断增长，再加上可再生能源技术的稳步进展，正在为利用可再生能源资源开辟了新的机会。太阳能是迄今为止所有可再生能源资源最丰富，最清洁的。地球截获的太阳的功率约为1.8times;10¹¹MW，比现在所有能源消耗的速率大许多倍。光伏技术是利用太阳能的最好的方法之一。本文回顾了光伏技术，其发电能力，所使用的不同现有光吸收材料，其环境方面以及各种应用。不同的现有性能和可靠性评估模型，

关键词

太阳能光伏技术 ;吸光材料 ;太阳能应用；

1.介绍

光伏转换是将太阳光直接转换成电，而没有任何热机干扰。光伏器件坚固耐用，设计简单，只需很少的维护，其最大的优点是它们作为独立系统的结构，可提供从微瓦到兆瓦的输出。因此，它们用于电源，水泵，偏远建筑，太阳能家用系统，通信，卫星和空间飞行器，反渗透设备，甚至兆瓦级发电厂。有了这么多的应用，对光伏的需求每年都在增加。

资料来源：2007年能源资源调查，世界能源理事会。

2.光伏发电

光伏发电系统由诸如电池，机械和电气连接以及调节和/或修改电输出的安装件和装置的多个部件组成。这些系统的额定峰值千瓦（KWP），这是当太阳直接在晴天上空时系统预期输送的电功率的量。

电网连接系统连接到大型独立电网，在大多数情况下是公共电网并且将电力馈送到电网中。它们的大小从住宅用的几千瓦到太阳能发电站的几十GWP。这是一种分散式发电的形式。Poponi通过经验曲线方法评估了光伏（PV）技术在并网系统中发电的前景，该方法用于预测到达PV的计算盈亏平衡所需的累积世界光伏出货量的不同水平系统，假设价格与累积装运量增加之间的关系有不同的趋势[1]。Rehman等人利用月平均日全球太阳辐射和日照时间数据来研究沙特阿拉伯的辐射和日照时间分布，并分析了可再生能源生产和5兆瓦装机容量的光伏并网发电厂发电的经济评价[2 ]。Al-Hasan 等人讨论了科威特使用并网光伏系统的电负荷模式的优化，因为可以从光伏阵列和公用电网两者满足电负载需求，并且在性能评估期间发现峰值负载匹配科威特的最大入射太阳辐射，

Ito 等人研究了将安装在戈壁沙漠中的100兆瓦非常大规模的光伏发电（VLS-PV）系统，并从经济和环境观点评估其潜力，从能量回报时间（EPT），生命周期CO ₂排放系统的速率和生成成本[4]。Zhou等人通过分析100兆瓦工厂整个服务期的现金流量，对浮式太阳能烟囱发电厂（FSCPP）的发电进行了经济分析[5]。Muneer 等人探讨了全球干旱/半干旱地区大规模光伏发电的长期发展前景以及使用氢作为能量矢量的传输[6]。Cunow等人在新的慕尼黑展览中心描述了兆瓦特厂，这代表了大型光伏电站技术的巨大进步，包括系统技术和所采用的元件，运行控制和成本[7]。

Bhuiyan等人研究了独立光伏发电系统的经济性，以测试其在孟加拉国偏远和农村地区的可行性，并通过净现值分析方法确定其可再生能源发电机与不可再生发电机的寿命周期成本，并显示生命周期成本的光伏能源低于孟加拉国柴油或汽油发电机的能源成本，因此在孟加拉国的偏远和农村地区经济上可行[8]。 Alazraki和Haselip评估了过去六年安装在家庭，学校和公共建筑中的小型光伏系统在由一系列公共和私人来源共同资助的“农民电力市场可再生能源项目”（PERMER）财政补贴的结构使这些偏远农村社区能够接受替代传统能源的电力供应[9]。 Kivaisi介绍了在坦桑尼亚桑给巴尔的翁布吉村安装和使用一个3 kWp光伏（PV）工厂，旨在为一所乡村学校，保健中心，学校工作人员宿舍和清真寺提供电力供应[10]。 Bansal等在德里印度理工学院校园内的自助餐厅的现有建筑中开发了一个25 kWp的太阳能光伏组合，通过创建一个太阳能屋顶覆盖物，光伏阵列与水平面倾斜15°到南[11]。 Ubertini和Desideri研究了一个15 kWp的光伏电站和太阳能集热器，以及安装在科学高中屋顶的太阳能断路器结构[12]。

3.混合光伏发电

混合动力发电系统将可再生能源（在这种情况下为PV）与其他形式的发电相结合，通常是由柴油或甚至其他可再生能源形式的风力发电。这种混合系统用于减少不可再生燃料的消耗。巴顿等人描述了一种用于将来自风力涡轮机和太阳能光伏阵列的功率输出匹配到能量储存器的新型方法，以改变电力负载，并且验证了该方法针对在宽范围的商店功率额定值上表现出良好一致性的时间步长方法，存储效率，风力发电机容量和太阳能光伏容量[13]。 Katti和Khedkar调查了将风力发电，单独太阳能和集成风力发电用于独立发电系统的应用，将在基于现场匹配的偏远地区和符合能源流量战略的情况下使用需要最优的单元尺寸[14]。 Deshmukh等人描述了模拟混合可再生能源系统（HRES）组件的方法，HRES设计及其评估，表明混合光伏/风能系统正变得越来越受欢迎，并突出显示了与现有配电网络中的这些能源系统渗透相关的问题，因为它提供由于分散的一代，纳入发电能力的前景，以提高电力质量[15]。 Bitterlin试图探讨风电与光伏发电相结合的现实实践和蜂窝电话基站的储能系统发电解决方案[16]。 Prasad等人提出了利用电池备份优化集成式风力，光伏系统规模的程序，系统的最佳尺寸设计基于发电生命周期单位成本（LUC）或相对过剩功率（REPG）计算值，或未充分利用的能量概率（UEP），用于指定的供电概率不足（DPSP）[17]。

El-Shatter等人设计了采用电解槽进行氢生成的混合光伏（PV） - 燃料电池生成系统，并应用模糊回归模型（FRM）进行最大功率点跟踪，以在可变日照条件下从光伏阵列提取最大可用太阳能功率[18]。 Maclay等人使用Matlab / Simulink在独立和并联配置中开发了一个太阳能氢动力住宅模型，该模型评估了使用再生燃料电池（RFC）作为与光伏（PV）一起使用的能量存储设备的可行性）发电，并调查了RFC尺寸，电池尺寸，充电/放电率和充电状态限制的设计要求[19]。 Zervas等人研究了由以下主要组成部分组成的混合发电系统：光伏阵列（PV），电解液，金属氢化物罐和质子交换膜燃料电池（PEMFC），可以通过将太阳能转化为氢，从而有效地储存太阳能，氢气是燃料供给燃料电池[20]。

Nelson等人介绍了混合风力/ PV /燃料电池（FC）发电系统的单元尺寸和经济评估，以及与美国太平洋西北部典型家庭的风/光伏/电池系统的成本比较以及目前的成本数字以及盈亏平衡线距离比较显示，传统风/ PV /电池系统在风/ PV / FC /电解槽系统上具有明显的经济优势，表明FC /电解槽区域需要研究和技术进步[21]。 El-Shatter等提出了一种包括三个能源的能量系统，即PV，风力和燃料电池，每个能源都被控制，以便以最佳效率以模糊逻辑控制传递能量，以实现PV和风能的最大功率跟踪，并提供最大功率到固定的直流电压总线[22]。

Shaahid等人分析了德黑兰（East-Coast，KSA）的长期太阳辐射数据，以评估利用混合光伏 - 柴油电池电力系统满足典型住宅建筑物负荷的技术经济可行性，并展示了对于给定的混合光伏柴油发电机组的运行时间随着PV容量的增加而减少，柴油运行时间的减少进一步增加，包括电池储存[23]。 Helal等进行了技术经济研究，以分析三种替代设计的经济可行性，设计选项包括柴油辅助PV-RO设备，全柴油驱动的RO设备和完全太阳能驱动的PV-RO设备，并进行了详细的成本计算每个建议的配置来评估其可行性和成本效益[24]。 Schmid和Hoffmann提出了模拟结果，显示与现有柴油发电机连接的能源存储的太阳能系统可以在白天关闭，提供最低的能源成本[25]。

4.吸光材料

所有太阳能电池都需要存在于电池结构内的吸光材料，以吸收光子并通过光电效应产生自由电子。光伏（PV）效应是光伏或太阳能电池中的光转换的基础。阳光是纯粹的能量，在打击PV电池时，为一些电子（带负电荷的原子粒子）提供足够的能量，以提高其能量水平，从而释放它们。电池中的内置势垒作用在这些电子上以产生电压，而电压又用于驱动通过电路的电流。

4.1硅

Bruton认为，硅技术一直是向光伏应用提供电源模块的主要技术，可能的变化是多晶硅和单晶硅用于高效太阳能电池的比例越来越大，而更薄的晶圆和带状硅技术继续增长[26]。 Braga et al。回顾了光伏（PV）硅生产的化学和冶金路线方面的最新进展，发现（太阳能级硅）SoGSi（扩展首字母缩略词）的生产比传统西门子工艺使用超过200倍的能源效率高出五倍kWh / kg [27]。 Goetzberger等人简要介绍了光伏材料的历史，并尝试着眼未来的可能的情景，以硅为主要考虑因素[28]。 Van der Zwaan和Rabl介绍了目前在容量安装和发电方面，单晶硅，多晶硅，非晶硅和其他薄膜技术的光伏生产成本范围，根据预期的可能性降低成本，曲线方法[29]。 Aouida等人研究了计划用于硅太阳能电池技术的多孔硅层（PSL）的结构和光学稳定性，其中UV照射应用于PS处理的太阳能，改善它们的PV特性[30]。Keogh等人建议硅太阳能电池在自然阳光下的测试比所有的测试更简单，更便宜和更准确，但最谨慎的模拟器测量[31]。Hanoka讨论了一种硅带生长方法，String带与另外两种垂直带技术相比较，讨论了该带的特征，特别是位错分布和详细的100mu;m带的生长进程[32]。

Schlemm等人 提出了一种磁场增强型线性微波等离子体源及其在光伏电池上沉积氮化硅抗反射和钝化层的应用[33]。McCann 等人的研究表明，优良的散装寿命和表面钝化可以用低压化学汽相沉积被

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