摘要：跟着光伏手艺的成长，光伏发电的利用愈来愈普遍，品种也愈来愈多，从保守的光伏电站（离网或并网），到光伏建筑一体化（BIPV），到PV-LED等等。这些利用中，绝年夜大都采取的是刚性太阳能电池，如晶体硅电池。而在一些刚性电池没法胜任的场所中，柔性太阳能电池正以其怪异、柔韧的特点博得了一席之地，在各类户外便携的利用里，特殊是科考、兵工等范畴阐扬着不成替换的感化。　　本文首要以今朝较为成熟、利用较为普遍的柔性非晶硅太阳能电池为主，引见了柔性太阳能电池的特点、与保守电池的区分、制备方式和便携式供电系统的组成，同时论述了便携式太阳能供电系统的设置装备摆设关系，若何在最好的本钱节制上发生最好的结果，为此后更细化的设想供给参考。跟着手艺的成长，还将有更多的柔性太阳能电池被开辟出来，构成产物，本文最初也将为将来新一代的柔性太阳能电池的趋向进行引见、切磋。　　1、柔性太阳能电池　　上述的太阳能电池品种中，绝年夜部门为刚性布局，便是用博璃材料封装，辅以边框紧固。我们能够想象，在户外背负着一块庞大的博璃板进行，是何等不使人兴奋的。有的品种固然可制备成柔性形态，可是柔韧度、抗粉碎性、耐候性和寿命均具有很年夜的不足。好比SUNPOWER公司的柔性单晶硅产物，固然已能够实现稍微断裂后仍可继续工作，可是柔性水平只能到达30%，便是说，弯折到31%时，电池将完全断裂而报废。　　在本文阐述的户外柔性便携式太阳能供电系统中，太阳能电池不过是最为焦点的内容。在户外利用中，我们很难给用户限制各类利用方式，特殊在军事范畴，一款懦弱的电池，是不克不及胜任“便携性”这三个字的。　　固然碲化镉、CIGS等电池可制备成不容易破坏的太阳能电池组件，可是他们仍然还未处理隔氧隔水等问题，利用寿命相当无限。最近几年，中国的汉能团体囊括欧美CIGS企业，收购了数家分量级CIGS厂商，预备年夜干一场。固然他们在屋顶发电（BIPV）方面营建出了很多成绩，可是柔性太阳能电池仍然迟迟未能推生产品，首要即是被隔水的封装工艺搅扰。　　无机太阳能电池也是将来柔性太阳能电池的一个主要标的目的，他采取印刷出产，高效且低本钱，将来不但可制备成柔性，乃至能够作为涂料间接涂抹。可是，就今朝全球前沿的尝试室或公司来看，此刻还仅仅能是逗留在手套箱+博璃器件阶段，市场化的道路还十分漫长。　　真正贸易化利用较为成功的，只要柔性非晶硅太阳能电池。　　2、柔性非晶硅太阳能电池　　自1945年美国贝尔德律风尝试室制造出了世界上第一块适用的硅太阳能电池最先，便首创了现代人类操纵太阳能的新纪元。跟着数十年下世界列国的鼎力研究，太阳能的开辟方兴日盛，最近几年来，研制出的太阳能新产物层见叠出，此中柔性非晶硅太阳能电池即是此中一颗最为璀璨的新星。　　2.1 柔性非晶硅太阳能电池的形态　　柔性非晶硅太阳能电池软性、通明、细薄（约为1微米之厚度），太阳能光电模块原件（见图②）呈片状，其制造手艺已完全成熟量产，每KW所需硅材仅0.067千克，而其对高频日照光谱（蓝色）最为敏感。　　柔性薄膜太阳能电池除具有保守太阳能的光电转换功能外，顾名思义，其形体柔嫩简便，封装后（太阳能电池芯片需颠末封装后方可一般利用）厚度仅为1.5mm，输出功率为50W的电池板分量仅为2.5KG，是保守太阳能的1/6。因为其概况舍弃了易碎、懦弱的博璃或树脂材料，而采取高份子聚合物胶膜封装，使产物更加柔韧耐用，而且可肆意曲折折叠（保守太阳能电池均以博璃封装，懦弱易损），乃至可按照分歧的设备要求建造成肆意造型，折叠后仅为书本巨细，便在照顾。野外功课时，只需将太阳能电池板肆意铺展或吊挂，即可对负载进行供电，并可在行走时背负利用。　　不受温度影响：太阳能产物在一般户外利用时，其内部的太阳能电池（Solar Cell）温度不受影响　　质量轻：7.0 kg/m?，不会由于太阳能板的铺设给屋面形成太重负荷，屋面主布局的选型也不会因太阳能板的铺设而产生年夜的转变。　　矫捷，易曲折：薄膜板是轻质软件材料，在屋顶平均坡度<60°，曲折板半径>13 m时能够随屋面外形肆意曲折。　　持久耐用：利用抗UV聚合物封装太阳能电池，故产物特殊持久耐用、洁净，板概况滑腻，不吸尘，任何尘埃都能鄙人雨时被雨水冲失落。屋面不需要进行外部清洗。　　耐遮影：产物采取三复合层高伏特光电手艺，当碰到掩蔽或暗影环境时，依然可以或许转换输出比一般太阳能产物要多的电能。　　无博璃：产物舍弃易碎的博璃改采杜邦（DuPont）聚合物来庇护太阳能电池。　　2.2 旁路二极管手艺　　采取在太阳光线遭到掩蔽时仍可供给较高的光电转换率——旁路二极管手艺。当太阳能板部门被周边建筑物或屋顶上方对象遮挡时，因为旁路二极管的连通，仅仅只是暗影面笼盖的太阳能板部门不介入工作，其余部门仍一般工作，也即被暗影掩蔽的这组板仍能发生电流。而多晶硅板一旦有暗影掩蔽，整组太阳能板将退出工作状况。　　2.3 光谱接收规模　　柔性非晶硅太阳能电池中嵌有三层硅晶体，粘附在不锈钢薄膜上，外覆醋酸乙烯乙烷聚合物（EVA）庇护层。三层膜粘合可减薄每一个子电子层的厚度，使每一个子电池的内电场增添，增添了各子电池的搜集效力，扩大了光谱响应规模。每层硅晶体都能转换可见光谱中的特定部门，从而即便在阴雨、多云气候中也可供给较高的光电转换率，填补了非晶硅相对多晶硅，单晶硅板在晴晴天气转换率低的不足（晶体硅电池转换效力在17%摆布，非晶硅电池约为8-10%，转换效力高首要表现在产物可节流必然受光面积，而整体功率不变）。图⑷ 光谱接收规模　　2.4 三复合层布局设想　　在保守的非晶硅电池中，分为单结，双结，三结，乃至还5结之多。可是分析本钱斟酌，比力多用的是3结布局。所谓的3结布局，就是分为三层吸光层，各接收分歧的太阳光谱波段。他采取P.I.N分析多层制造以下降光感反射效应，而P.I.N又是首要导电层，是以由非晶质与锗元素等材料布局，使带隙空特征来和谐能量转换率可达8.6%摆布。太阳能谱辐射电场规模涵盖X光辐射和珈码辐射其波长有：　　紫外线 （0.04-400nm）9%　　可见光波 （400-700nm）47%　　红外线波 （700-300,000） 44%　　微波和无线电波等。　　晶体硅太阳能电池对红色视觉光谱带（如冬季日照光谱）接收效应最高，在晴空开阔爽朗的日照密度下可达1100-1250w/m2。A-SI材质的非晶太阳能电池，对蓝色日照光谱（如夏日和阴天之环境下）其接收效应在日照密度仅 50-400w/m2的天气下亦能取得最高的光能转换效力。　　晶体硅太阳能电池对红色视觉光谱带（如冬季日照光谱）接收效应最高，在晴空开阔爽朗的日照密度下可达1100-1250w/m2。A-SI材质的非晶太阳能电池，对蓝色日照光谱（如夏日和阴天之环境下）其接收效应在日照密度仅 50-400w/m2的天气下亦能取得最高的光能转换效力。图⑸ 三复合层布局　　三复合层太阳能电池采三明治布局设想，分层接收太阳各类波长光普，是以可转换并输出比一般太阳能产物更多的电能。　　顶层利用非晶硅材料，光学能阶间隙达1.8eV，利在接收蓝光。　　底层利用非晶硅与40-50%之锗合金材料，光学能阶间隙达1.4eV，可接收红光与远红光。　　中层利用非晶硅与10-15%之锗合金材料，光学能阶间隙达1.6eV，利在接收绿光。　　在光源进入时未被接收的光线会被基底层的银与氧化锌（Ag/Zno）反射归去，并在往外反射的途中被接收。）　　2.5 情况与天气影响　　因为季候性的关系，终年日照密度跟着年夜气温转变，太阳能日照密度、云层粉饰的时候和温（热）效应等，太阳能电池运转效力因产物与天气有相当的联系关系（如图⑹、⑺曲线材料数据比力申明）。　　由输出能量温升折损曲线比力表，多晶硅太阳能光电模块在尺度全日照量（1000 w/m2）以60℃运转温度环境下，其能量（电压）转换折损高达15%以上，单晶态太阳能光电模块约17%。　　而柔性非晶硅太阳能电池，不单未受影响且在日照密度（600 w/m2）环境期获得能量明显毫无丧失，是以在东亚季候天气下，其输出能量反而有晋升的迹象。是故太阳能光电模块能量转换率，间接遭到材质与布局手艺和区域季候性天气温度有紧密亲密的关系。图⑹ 25℃与60℃非晶硅与晶体硅的相对效力对照图⑺ 25℃与60℃非晶硅与晶体硅的发生电能对照　　2.6 封装特点　　柔性非晶硅太阳能电池概况封装的高份子胶膜进行了科学化设想，其概况的纹路处置可接收来自各个角度的光线，有用的避免了日光折损。即便在没有阳光的阴雨天，亦能发生30%摆布的功率，全体效能比保守太阳能电池晋升20%。　　不但如斯，柔性薄膜太阳能电池经封装后还具有免保护、防水、防腐、防污、抗冲击、抗重压、耐温绝缘等保守太阳能没法具有的长处。其概况利用高强惰性的氟塑料胶膜封装，概况滑腻不吸附，即便遭到污染，亦可凭仗雨水的冲洗或简单的洁净去除脏物。TP-SOLAR柔性薄膜太阳能电池在-40℃至80℃的情况中都可一般工作，即便某部位被枪弹击穿，其余部门仍可不受之影响发生电能。图（8） 用迷彩布基封装的柔性非晶硅太阳能组件图（9） 柔性非晶硅太阳能组件睁开和折叠后的形态　　2.7 利用寿命　　单就柔性非晶硅太阳能电池来讲，其利用寿命很长，整套光伏板发电系统20年内有80％的电能输出包管，（由于光伏板在15年后会住手退化，尔后光伏板仍能发生很多在20％的电能），20年后全部光伏板系统还能利用多久首要依靠在建筑物所处的天气情况。节制器、逆变器等电子装备凡是只要5年的利用寿命，5年后需改换此中某些配件以使其一般工作，比如汽车或日用电器需改换某些零部件一样，无需良多费用。据美国可再生能源研究室的户外系统测试陈述：衰减率为－0.74％（TP-SOLAR牌）。　　3、柔性非晶硅太阳能电池与保守太阳能电池的对照　　评价一个太阳能电池发电系统的好坏除看它是不是具有更高的光电转换效力外，还应参考系统在白日的工作效力。今朝市道上供给的单晶硅太阳能电池的光电转化效力为17%，多晶硅的为16%，非晶硅太阳能电池的光电转换效力仅为9%，但这其实不意味晶体硅太阳能电池比非晶硅太阳能电池在一天里将更多的光能转化为电能。因为材料自己的特征分歧，非晶硅太阳能电池具有晶体硅太阳能电池不克不及对比的长处。　　单晶硅太阳能电池一般只能在好天正午时具有光电转换能力，而非晶硅太阳能电池比单晶硅、多晶硅太阳能电池组件有着更长的发电时候，不管是好天的强光辐照下或在沙尘天、阴雨天的弱散射光下，非晶硅太阳能电池板的同功率发电量均年夜在单晶硅太阳能电池的同功率发电量。是以在全年转变的天气下，非晶硅太阳能电池板的发电效能均优在单晶硅太阳能电池板。（文/倪斌 厦门年夜学物理与电机项目学院（厦门汉青消息手艺无限公司）　王亚军 副传授 厦门年夜学物理与电机项目学院　贾迎春 陈艳玲 周珍富 郭捷）