摘 要

21世纪以来,全球化石能源供应状况日渐紧张、各国政府对环保要求也日趋严格,进一步做好船舶节能减排已经迫在眉睫。作为清洁能源的太阳能在船舶上的应用引起了船舶科研人员的高度重视。然而目前应用最广的太阳能电池板多为硬性电池板,设备占地面积和抗风阻力非常大,不利于在船舶上大规模应用。而柔性电池板作为太阳能产业的新兴技术产品,是以柔性材料作为底板制成的太阳能电池板。具有可弯曲、重量轻、性能稳定、成本低等优势。这使得柔性太阳能电池板在船舶上大规模应用成为可能。但是海洋环境与陆地环境有着很大的不同,海洋环境中含有大量的盐分、水气以及海风中夹杂的酸碱性物质,复杂的海洋环境会对柔性太阳能电池板的可靠性产生重大的影响,研究海洋环境对其影响的规律将对柔性太阳能电池板的实际应用提供借鉴。

为了探索应用于海洋环境中的柔性太阳能电池板的I-V输出特性,本文进行了海洋环境影响因素分析和通过环境模拟实验来进行输出特性对比,从而研究其影响机理。结合理论概念并分析实验数据探讨在海洋环境中多种因素作用下柔性太阳能电池板的输出特性。电池板在工作过程中出现所接受辐照强度下降和温度升高的现象的主要因素就是海洋环境因素,并且由于在这两个过程之中都有环境因素的作用,所以柔性太阳能电池转换效率大大减少。

关键词：海洋环境；柔性太阳能电池板；输出特性；伏安特性

Abstract

Since twenty-first Century, the global fossil energy supply situation has become increasingly tense, and governments have become increasingly stringent environmental protection requirements, so it is urgent to do a better job of energy saving and emission reduction. The application of solar energy as a clean energy source on ships has attracted much attention of ship researchers. However, the most widely used solar panels are hard battery boards, and the equipment covers a large area and has very large wind resistance, which is not conducive to large-scale applications on ships. Flexible battery board, as a new technology product of solar energy industry, is a solar panel made of flexible material. The utility model has the advantages of flexible bending, light weight, stable performance, low cost, etc.. This makes it possible for flexible solar panels to be used on ships in large scale. But the environment of marine environment and land are very different, the marine environment contains the acid-base substance of salt, water and sea breeze, the complex marine environment will have a significant impact on the reliability of flexible solar panels, study on the influence of marine environment on the patterns of the practical application of flexible solar panels provide reference.

In order to I-V output characteristics of flexible solar panels used in the exploration in the marine environment, the factors affecting the marine environment through environmental analysis and simulation experiments for comparing the output characteristic, so as to study the influence mechanism. Based on the theoretical concept and experimental data, the output characteristics of flexible solar panels under various factors in marine environment are investigated. The main factors in battery accepted radiation intensity decreased and the temperature rise phenomenon in the process of work is the marine environment factors, and because there are environmental factors in the process of the role of the two, so the flexible solar cell conversion efficiency is greatly reduced.

Key words: marine environment; flexible solar panels; output characteristics; volt ampere characteristics

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 太阳能电池的发展历程 2

1.2.2 太阳能电池在海洋环境中的应用 3

1.2.3 海洋环境对太阳能电池的影响 4

第二章 海洋环境对太阳能电池的影响因素 5

2.1 太阳能电池类型及发电原理 5

2.1.1 太阳能电池类型 5

2.1.2 光生伏特效应 5

2.2 柔性太阳能电池的结构 6

2.2.1 非晶硅柔性太阳能电池 6

2.2.2 铜铟镓硒柔性太阳能电池 7

2.2.3 染料敏化柔性太阳能电池 7

2.3 柔性太阳能电池的输出特性 8

2.4部分典型环境因素的作用机理分析 9

第三章 柔性太阳能电池板海洋环境输出特性实验 11

3.1 构建涉及多环境因素影响下的实验平台 11

3.1.1 设计原则 11

3.1.2 主体结构 11

3.1.3 传感器 12

3.2 柔性太阳能电池输出特性对比实验 12

3.2.1 实验条件调控 12

3.2.2 对比实验方案 14

第四章 实验结果分析 15

4.1 对比实验结果与分析 15

4.1.1 不同辐射强度光源照射下的对比实验 15

4.1.2 相同辐射强度光源照射下的对比实验 16

4.2 原因分析与讨论 17

第五章 结论 18

参考文献 19

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

目前,世界各国经济发展中急需解决的问题主要是能源问题。某研究报告指出:按照目前的开采速度,全球石油储量只能供应54.2年,煤炭与天然气分别可以供应112年和63.6年。随着一次性能源危机的日益来临,可再生能源以及清洁新能源的开发利用成为了世界各国不得不面对的问题。由于太阳能有便捷、干净、可循环、便于维护等优点,被普遍认为是21世纪最有发展前景的能源之一。根据以前的研究估量,太阳一年能提供给地球3.2×10²⁴J的能量,大约是当前人们消耗能量的一万倍。如果0.1%的地球表面都能覆盖着光电转换效率为10%的光电器件,当前人们对于能源的需求就能得到满足^[1]。因此,探索和推广太阳能发电,对于社会和经济发展有着重大意义。

当前,地球环境渐渐被破坏,其中海洋环境污染尤其严重。而且对于我国来讲,由于海洋环境污染使得近海的渔业资源在不断的减少,部分地区甚至出现消亡的状况。因此,在我国经济发展越来越依靠海洋的当前,应该更加注重解决海洋环境污染。其中,船舶污染是造成海洋环境污染的重要方面,据了解,由于船舶污染引起的海洋环境污染占到35%以上。所以太阳能光伏发电在船舶上的应用可以有效的减轻船舶对还海洋环境的污染。然而目前应用最广的太阳能电池板多为硬性电池板,设备占地面积和抗风阻力非常大,不利于在船舶上大规模应用。而柔性太阳能电池板是以柔性材料为底板制成的电池板,具有可弯曲折叠,便于携带等优点^[2],使得在船舶上大规模应用成为可能。但是海洋环境中含有大量的盐分、水气及海风中夹杂的酸碱性物质,复杂的海洋环境会对柔性太阳能电池板的可靠性产生重大的影响,研究海洋环境对其影响的规律将对柔性太阳能电池板的实际应用提供借鉴。