太阳能-薄膜Photovoltaics -材料研究发展- 5/1/2004 -议院太阳能效率

太阳能-薄膜Photovoltaics ： 领导在材料研究与开发

美国在薄膜PV技术带领世界，因为母鹿研究方案在薄膜材料R&D比十年投资了为更多 

Photovoltaics (PV)是利用半导体材料转换阳光直接地成电的一个现代能源技术。 它基本上被划分成“薄酥饼”和“薄膜”技术。 薄酥饼象从水晶硅锭(太阳能电池)削减的设备是可利用的商业数十年。 

聚焦：
*接受四个R&D 100奖，发现奖从在技术转让发现杂志、二个联邦实验室财团“优秀”奖和什么的大众科学“最好是新的”奖为薄膜材料发展。 
*为铜铟镓diselenide太阳能电池效率增加了世界纪录对17.7%在最佳的多晶硅细胞效率的一个百分点之内。 
*证明薄膜photovoltaics的准备进入电业市场。 
*展示政府产业合作怎么可能开发新技术和过程维护美国竞争性。 
*被开发的过程那导致了四棵新的植物的建设为制造业薄膜PV模块。 

薄膜想法是相对地简单的： 我们可以导致真实地低价的PV设备通过使用便士价值活跃(半导体)材料而不是对水晶硅元件必需的大量。 经过几年研究与开发(R&D)，美国能源部 (DOE)通过开发新的半导体材料帮助了先驱薄膜技术。 

实际上，母鹿的薄膜R&D努力被授予了几个显著的奖： 四个R&D 100奖，一个发现奖从在技术转让发现杂志，二联邦实验室财团“优秀”奖，并且什么的大众科学“最好是新的”奖为薄膜材料发展被接受了。 这些奖为突破R&D被接受了为材料例如碲化镉、铜铟diselenide和铜铟镓diselenide。 但是关键的发展为薄膜技术是制造业变得有效由于这些与材料相关的R&D突破。 美国公司然后开始做对大厦制造业设施和开发的薄膜市场。 

在与母鹿一起使用开发的许多民办的美国公司之中低价的PV是太阳能电池，公司 (SCI)在托莱多，俄亥俄。 相信薄膜技术有巨大商业潜力， 1992年SCI开始开发结果大，高效率，薄膜PV模块的一个连续，自动化的制造系统。 

此自动化的制造的突破的一个结果是那托莱多爱迪生， Centerior能量辅助者，发出一份订单SCI PV系统交付多达500千瓦PV引起的电到这个公共栅格。 此顺序迄今是显然大量订购为公共薄膜PV。 SCI 1997年宣布的它计划打开20兆瓦 (MW)生产设施。 

与母鹿成为了伙伴的其他美国公司也开始把薄膜PV模块商业化。 这些包括BP太阳美国，在加利福尼亚建立10兆瓦生产线; 团结的太阳系公司，在密执安最近开始操作5兆瓦无定形硅生产线; 并且Solarex Corporation， 10兆瓦生产线在弗吉尼亚开始。 

通过母鹿的R&D成就，薄膜技术从州以前移动没有制造商向承诺由四位制造商在这个年-2000之前修造生产线为薄膜模块。 

Photovoltaics

事实： 在事例的一个惊奇的数字，太阳电(photovoltaics)可以是一个有效的来源或形成力量。 用途可能包括抽的水，供给动力的通讯器材，点燃家和管理通风机、沼泽致冷机、电视、搅拌器、立体音响和其他装置。 
*从星期日得到自由燃料。 
*导致电，不用污染。 
*设计一个有效的系统。 
*安置您的太阳能电池为最高性能。 
*找出一个供应商。 
*得知建筑材料集成与太阳能电池。 

最佳的特点： 光致电压的 (PV)太阳能电池根据半导体技术(相似与微集成电路)，白光能量直接地到电里可能立刻使用或被存放，例如电池，为以后使用。 虽然此技术的初期版本只转换了1-2%阳光能量成电能，今天太阳电设备转换7-17%光能成电能。 太阳电盘区和模块是非常多才多艺的，并且可以登上在各种各样的大小和应用，例如，在大厦的屋顶或遮篷，在路旁紧急电话或者作为非常包括多个盘区或模块的大列阵。 集中的最佳的特点于，当选择PV系统时包括… 
*地点： 保证南向曝置在上午10点和下午3点(美国设施)之间。 
*遮蔽潜力在冬天和夏天： 确定南向曝置地点免于阻碍--例如树、山和大厦--那也许遮蔽PV模块。 
*地形： 选择一个平的象草的站点与足够的空间为设施。 
*组分为应用： 由于PV系统为一个具体站点经常设计，一家公司的产品可能不是适当的为所有应用。 

存金钱： 如果您认为发您自己的电，您应该考虑太阳电系统--方式在许多情况下发电通过使用能量从星期日，这些系统有低建筑费。 因为太阳电系统通常被安置紧挨使用的地方电，他们要求更短的输电线比，如果力量从这个公共栅格被带来。 较少接线意味低成本和更短的建筑时间。 其他节约金钱好处包括… 
*对自由燃料的用途--星期日。 
*低维护要求--实际上没有运动机件。 
*低营业成本。 
*模块化和灵活性： 如果他们的能源需求改变， PV系统所有者能扩大或移动他们。 
*简单： 他们来预先包装，准备好登上和架线。 
*通用性： PV系统进来大小和产品的范围。 他们可以为轻便设计，考虑到容易和安全运输横跨所有地形。 

发现它： 选择太阳电专家将是你的一个最重要的决定。 对一位能干经销商的信赖将解救您需要知道设计，购买和安装您的太阳电系统所有细节。 以下推荐在选择您的太阳电专家提供一些基本的标准： 
*回顾经销商的证件--知识和资格的一个清除指示。 
*询问经销商的经验在这个领域--时间在商业、应用和设施相似与您的需要，等等。 
*准备看这位经销商出售的设施，并且与所有者的谈话关于系统相似到您想要购买的那个。 
*叫地方优良企业局看若有顾客发出了怨言关于这位经销商。 
*考虑为这个系统的每个组分提供的产品的品种和质量。 
*能干经销商将库存几家公司制造的组分。 各种各样的产品选择将帮助保证最适当的组分为您的系统是可利用的。 
*考虑到服务协议和履行合同保证人。 
*比较价格从不同的经销商。

Photovoltaics -设计原则和组分

总结： 此部分说明您怎么能通过光致电压的技术使用太阳 (PV)，提供您的家以电。 如果您认为发您自己的电，通过使用能量从星期日， (PV)您应该考虑一个光致电压的系统方式发电。 这些系统有几好处： 他们是有效的选择在区域，扩大一条公共输电线是非常昂贵的; 他们没有运动机件并且要求一点维护; 并且他们导致电，无需污染环境。 

PV技术介绍： 唯一PV细胞(亦称“太阳能电池”)电子被连接形成PV模块，是PV系统积木。 模块是可以被用于产生大数额PV力量的最小的PV单位。 虽然各自的PV细胞导致仅少量电， PV模块制造与变化范围从几瓦特的电子产品到超过100瓦特直流电 (DC)电。 模块可以被连接入PV列阵为供给动力各种各样电机设备。 

PV技术的二种主要类型可利用商业是水晶硅和薄膜。 在水晶硅技术，各自的PV细胞被削减从大单晶或从水晶硅锭。 在薄膜PV技术， PV材料在机械上支持细胞或模块的玻璃或稀薄的金属存款。 基于稀薄影片的模块在为指定的电子产品估量的板料被生产。 

除PV模块之外，必要的组分完成PV系统也许包括电池索价控制器、电池、变换器或者功率控制设备(为交变电流装载)，安全断开和保险丝，一个接地电路和架线。 (参见平衡系统设备段在此部分。) 

PV系统应用： 许多人民熟悉供给PV动力的计算器和手表， PV的最共同的小规模应用。 然而，有许多大规模，有效的PV应用，包括： 
*水泵为小规模遥远的灌溉，虚股，住宅用途、遥远的村庄和海洋井底水窝水泵;
*点燃为住宅需要、广告牌、证券、高速公路标志、街道和停车场、路、游乐车、遥远的村庄和学校和海洋航行浮体;
*通信用遥远的中继站、紧急收音机、轨道的卫星和手机;
*冷藏为医疗和消遣使用;
*腐蚀保护为管道和船坞、石油和水井和地下坦克;
*导致公共或工业规模电的公共栅格; 并且
*家用电器例如通风机、沼泽致冷机、电视、搅拌器、立体音响和其他装置。

PV系统的越来越少的费用和制造者和经销商的增长的数量为PV设备造成了对技术的普遍用途。 在PV的尚早，手巧的人必须搜寻制作的PV模块和必须经常适应或重新构造组分从其他非PV系统的公司。 今天，经销商提供立即可用的为PV系统明确地设计的系统和科技目前进步水平设备。 许多经销商有帮助对设计系统的计算机软件并且指定适当的组分。 当PV市场扩展，经销商获取更加巨大的经验与PV应用，使它更加便宜和更加容易购买PV系统。 

我怎么选择一位PV经销商？ 选择PV专家将是你的一个最重要的决定。 如果您选择一位能干经销商，您不会需要知道设计，购买和安装您的PV系统所有细节。 反而，您能依靠经销商的专门技术设计和安装适应您的需要的系统。 然而，象买汽车或电视，您必须有对经销商的产品和服务的信心和是一个消息灵通的消费者。 与PV产业的增长，地方经销商的数量，邮购商业和地方经销商迅速地扩展了。 许多电话目录包含目录为PV经销商在这个“太阳”标题之下。 

专业证件是PV经销商的知识的一个征兆和资格。 要求他们赢得了的经销商什么与PV相关的路线他们采取了，他们接受了的证明和执照。 

第二考虑是经销商的经验在这个领域。 这家公司多久是在商业？ 地方优良企业局可能劝告您任何顾客是否发出了怨言关于这位经销商。 您应该也问这位经销商多少个系统象你的他或她设计了和安装。 要求看设施，并且与系统所有者的谈话相似到您想要购买的那个。 

第三考虑在选择系统安置者是为这个系统的每个组分提供的产品的品种和质量。 由于PV系统为一个具体站点经常设计，一家公司的产品可能不是适当的为所有应用。 能干经销商将库存几家公司制造的组分。 各种各样的产品选择将帮助保证最适当的组分为您的系统是可利用的。 当经销商推荐产品时，问什么这个推荐根据，是否有消费者或独立试验设备报告您能读，并且产品是否列出与保险商实验室 (UL)。 

第四，考虑服务协议，并且这位经销商提供和产品制造商给的保单的履行合同保证人。 系统不免修护，亦不将所有组分至善至美永远起作用。 问题何时涌现与您的系统，什么服务这位经销商将提供？ 制造商提供什么保单？ 花费什么应该您期望支付，并且哪些费用将由这位经销商和这位制造者假设？ 

终于，您应该比较价格从不同的经销商。 由于销售渠道和经销商网显著扩展了，这个机会“购物”今天是更加伟大的。 若可能，接近超过一位经销商关于草稿设计和成本估计为您的系统。 

何时是PV系统适当的？ 人们由于各种各样的原因选择PV系统。 选择PV系统的一些共同的原因包括： 
*费用当费用是高扩大公共输电线或用于另一个电引起的系统一个远程位置， PV系统经常是电的最有效的来源。
*可靠性PV模块没有运动机件并且要求一点维护与其他电引起的系统比较。
*模块化PV系统可以通过增加更多模块扩展符合增加的功率需要量到一个现有系统。 
*环境PV系统发电，无需污染环境和，无需创造噪声。
*能力结合系统PV系统可以与电发电器结合(例如风、水力发电和柴油的其他类型)充电电池和提供力量在要求时。

PV系统为所有应用不是有效的。 以下讨论什么时候给一些总指导路线考虑决定PV系统是否为您的情况是适当的。 
*首先，如果您的站点已经被连接到一个公共栅格，否则在这个栅格的四分之一英里内， PV系统大概不会是有效的。 每家水电公司传播其能源厂和燃料费用的费用在所有其顾客之中。 多数公共事业可能提供电给消费者为大约6分到每千瓦小时14分。 当您安装一个PV系统时，您本质上安装您自己的微型公共事业系统。 您支付发您消耗的电的所有费用。 虽然太阳的能量是自由的， PV设备不是自由的。 PV系统发的电以当前模块和平衡系统价格可能根据设施花费20分到每千瓦小时40分，花费和阳光的强度和期间在这个站点。 
*其次，小PV系统为供给动力的环流供暖系统、水加热器、空调器、电火炉或者电干衣机不是实用的。 这些装载要求很多能量经营，将增加您的PV系统的大小和费用。 所以，选择最省能源的装载可利用。 例如，如果您的PV系统意志光，寻找最省能源的电灯泡。 如果您的系统将抽水为洗手间和阵雨，寻找水保存的装置。 

为PV我的站点是否是充分的？ PV系统设计师能举办一个详细的站点评估为您。 要节省经销商时间(和可能除你自己之外一些钱)，您能举办一个初步评估确定您的站点是否有在PV系统的潜力。 对于更多信息，看估计气候改进太阳设计部分。

什么时候的有三个因素要考虑确定您的站点是否是适当的。 
*首先，在美国安装的系统必须有一次南向曝置。 为最大值每日功率输出，应该暴露PV模块在太阳为一样许多天尽可能，特别是在高峰太阳小时上午10点到下午3点。 
*其次，这次南向曝置一定免于阻碍例如树、也许遮蔽模块的山和大厦。 考虑太阳的夏天和冬天道路，并且也许引起阴影问题树和未来建设的增长。 
*终于，通畅的南向曝置必须也有适当的地形和充足的空间安装PV系统。 一个平，象草的站点是适当的地形，而一个陡峭，岩石山坡不是。 

天气怎么影响PV模块产品？ 不同于公共能源厂，尽管时刻经常导致电和年或者天气， PV模块产品直接地与这两个因素有关。 

那里您活将影响的PV模块的数量您为力量将需要，因为不同的地区体验不同的气候类型。 季节变异影响相当数量阳光可利用供给PV系统动力。 

如何估量您的PV系统： 要估量您的PV系统，您必须首先知道您的能源需求，您通过列出所有您的每日装载计算。 装载包括使用电从您的电源，例如光、电视、收音机或者电池的任何事。 有些装载一直需要电，例如冰箱，而其他经常使用电较少，例如动力锯。 要确定您的总能消耗量，乘这种装置的瓦数以用于一天几小时的数量。 有些装置不给瓦数，因此您可以必须通过倍增安培时代计算瓦数伏特。 在增加共计以后为每种装置，您能决定什么功率输出您为您的PV系统需要。 

我们审查二个地点： 亚伯科基、新墨西哥和匹兹堡，宾夕法尼亚。 亚伯科基是一个相当晴朗的区域。 在亚伯科基，为每高峰瓦特PV模块是额定的，它将导致逐年平均6.2电watt-hrs*每日(*This根据冬天平均。 对于更加精确的演算，逐月咨询平均并且使用最低的月度平均)。 在匹兹堡，一个更加多云的区域，同一个模块将导致平均2.4电watt-hrs*每日。 

如果您在亚伯科基想使用PV系统为在这张表里列出的装置，您会除506瓦特hrs 6.2，由0.8占电池无效用，并且，终于，乘以1.2报道任何也许被忽略了的分界。 您发现您会需要PV系统对估计在124高峰瓦特。 如果您买50瓦特模块，您会需要三个模块，因为您圆由下高数量决定。 

506 ÷ 6.2 = 82
82 ÷ 0.8 = 103
103 x 1.2 = 124
124 ÷ 50 = 3模块

为匹兹堡，您会除506瓦特hrs 2.4，除0.8，并且乘以1.2，产生317高峰瓦特，或者七个模块在每个50瓦特。 

506 ÷ 2.4 = 211
211 ÷ 0.8 = 264
264 x 1.2 = 317
317 ÷ 50 = 7模块

确定您的每日能源消耗可以通过简单的演算做象上面的例子或在老练计算机程序的帮助下。 如果您严重考虑购买PV系统，也有要考虑的其他因素。 您可以想要提到其他来源为了更加精确的方式能做您的演算。 

模块温度也影响产品。 水晶硅模块换能效率极大下跌在高的模块温度。 

当设计PV系统时，请务必您的PV安置者获得数据具体到您的区域，而不是依靠一般数据。 全国海洋和大气管理开始收集太阳数据几乎20年前。 全国可再造能源实验室的更新资源数据中心可能提供太阳辐射信息。 一些州能量办公室也有太阳数据收集项目协助太阳设计师。 终于，书是可利用的在美国包含关于多数主要城市的太阳数据。 

估量系统适应您的需要： 在您估计了您的站点的妥帖之后，您需要确定多少电您的PV系统必须发。 这取决于多少电您的装载要求。 再次，您的经销商可帮助您与估量将适应您的需要的系统。 

平衡系统设备： 除PV模块之外，您必须购买平衡系统 (BOS)设备。 这包括电池索价控制器、电池、变换器(为要求交变电流)的装载，导线、输送管道、一个接地电路、保险丝、安全断开、出口、金属结构为支持模块和是PV系统的一部分的所有另外的组分。 下面，我们首先讨论PV和猜错配置为要求直流电的装载，然后为需要交变电流的装载。 

注意，在许多系统，猜错设备的费用可能合计或超出PV模块的费用。 当审查PV模块时的费用，切记这些费用不包括猜错设备的费用。 询问您的PV经销商关于您的系统需要的猜错设备。 

直流电系统设备： 索价控制器。 索价控制器调控电流程从PV模块到电池和装载。 这个控制器保持电池充分地被充电，无需过高索价它。 当装载是牵引功率时，这个控制器允许索价从模块流动入电池，装载或者两个。 当这个控制器感觉时电池充分地被充电，它从模块停止索价流程。 许多控制器也将感觉装载什么时候采取了许多电从电池，并且停止流程，直到充足的索价被恢复到电池。 最后特点可能很大地扩大电池的终身。 

主计长花费了在$20和$400之间，根据您的PV系统将经营的安培容量和您要的监视特点。 当选择控制器，确定时它有特点您需要; 费用应该是次要考虑。 

电池： 当模块不产生充足的力量符合装载要求时，电池在晚上日间存放电为使用或为会议装载。 要提供电在长期， PV系统要求深周期电池。 这些电池，通常乙酸铅，被设计逐渐释放和给80%他们的容量数百充电时期。 因为他们只被设计释放大约20%他们的容量，汽车电池是浅周期电池，并且不应该用于PV系统。 如果画在20%容量以下更比几十二次，将损坏电池和不再能采取索价。 

深周期电池从大约$65 $3,000花费了。 费用取决于这个类型，容量(安培小时)，它将经营的气侯情况，多么它常常地将接受维护和化学制品的种类它使用存放和发行电。 在几天多云天气期间， PV系统在电池也许必须估量存放足够量力量适应力量需要。 这公认为“几天自治权”。 与您的PV经销商协商在选择电池之前为您的系统。 

电池的多数类型包含也许提出严肃的健康与安全问题的毒性材料。 全国电代码 (NEC)、电池公司和PV系统设计师推荐乙酸铅和湿电池电池，释放易爆的氢气，当充电时，位于与这个系统的其他电动元件隔绝的通气性好的空间和远离生存空间。 在维护、修理和替换期间，准许足够的空间为容易进入。 当他们用完时，最重要，根据制造商的指示维护电池，并且适当地回收电池。 

交变电流系统设备： 变换器。 AC系统也要求一台变换器，改变在电池导致由PV模块和存放的DC电到AC电。 变换器的不同的类型导致不同的“质量”电。 例如，光、电视和电动工具可能起作用品质降低的电，但是计算机、激光打印机和其他老练电子设备要求最优质的电。 因此，您必须匹配您的装载需要的力量质量以变换器导致的力量质量。 

变换器为多数独立应用程序(即，那些系统没被连接到公共栅格)花费了少于$1每额定产量瓦特。 费用受几个因素的影响，包括它需要导致电的质量; 接踵而来的直流电压是否是12， 24， 36或者48伏特; AC瓦特的数量您的装载要求他们什么时候正常经营; 相当数量额外浪涌力量您的AC装载简称需要期间; 并且变换器是否有任何另外的特点例如米和显示灯。 

如果您计划在将来，增加另外的AC装载告诉您的PV经销商。 如果您考虑修建另一个室在您的房子上或增加用电量，比您当前需要考虑购买一台变换器与一个更大的输入和输出规定值。 这比替换它也许较不昂贵的用一更大一个以后。 

全国电代码： 1897年全国 (NEC)电代码在引起的所有系统建立保证安全，存放，运输，并且消耗电。 您或安装您的PV系统的经销商应该小心跟随NEC的设备需要，以便PV系统可以由地方电代码官员批准。 注意许多州要求所有电机设备由一位被准许的电工安装。 

然而，许多本地代码官员不熟悉PV系统。 虽然您跟随NEC供应，您可以有困难说服代码官员您安装了一个代码批准的系统。 在您之前与并且教育(如果需要)本地代码官员联系购买并且安装这个系统。 在安装过程中，邀请他们观察什么您或您的经销商在您之前做在接线、连接，或者其他组分附近修建所有封入物。 这将帮助保证您的系统接受认同，并且也帮助未来PV安置者得到代码认同。 

地方保险提供者和贷款人也许也需要被教育关于PV系统的安全、可靠性和成本效益。 得到保险将是容易在州， PV系统是更加共同的。 

什么其他我是否需要考虑？ PV系统不免修护。 预定您的系统的规则检查保证接线和联络是从腐蚀解脱，模块是确切残骸，并且架置设备有紧的紧固件。 

您应该也监测您的PV模块功率输出，州索价和您的电池的电解质水平和您的装载使用的实际功率。 写此信息在笔记本是一个好方式跟踪您的系统性能和帮助您确定您的系统是否是操作如被设计。 监视也将帮助您了解您的系统的发电、贮藏能力和装载要求之间的关系。 

PV可能供给您的未来动力： PV系统可以是有效的选择为提供电给您的家庭或远程站点。 然而，他们为所有情况不是适当的。 决定PV系统是否为您是不错取决于许多因素。 所以，开展仔细的研究并且与PV安装了这些系统的设备经销商和人协商。 如果您然后决定PV系统为您是不错，太阳的力量在您的生活中将承担一个新的意思。 

图133 ： 天窗可能合并photovoltaics创造一次中意的出现，当发电时。

光致电压的系统

光电池或者太阳能电池，改变信仰者阳光直接地到电里。 光致电压的系统在一致使用大盘区由许多太阳能电池组成一起被连接到工作。 光致电压的盘区在房子的屋顶通常登上，更适宜地在一个朝南的倾斜。 

由于光电池导致dc (直流电)力量，系统通常包括称变换器的一个设备，转换直流电功率成ac (交变电流)力量匹配它对电业的电源。 虽然家可以完全地“这个电栅格”和从电业分开，这要求大电池系统存放日间导致的电。 

多数房主更喜欢被连接到功率网格的系统，不用电池存贮。 在有些州，电业将允许这个光致电压的系统增加电回到功率网格，当系统导致更多电比用于这个家。 在此安排，称“网测量”，电表向后将逐字地运行，减少房主的电费单。 

要扩大光致电压的系统经济和做他们的用途在大厦更多申诉，集成光电池建筑材料的新产品在这个市场上现在来临。 甚而色的天窗、遮篷和屋顶木瓦在家的外部时现在合并photovoltaics，给他们发电，当符合一个目的。 屋顶木瓦，例如，看起来几乎完全相同对沥青屋顶木瓦，并且符合同一个目的，虽然同样发电。