有机光伏（精选三篇）
有机光伏 篇1
当前,全球范围内能源供需矛盾日益突出、环境污染日益严重,倡导环境的可持续发展成为时代的主题,各国都日益重视可再生能源的开发和利用。太阳能作为取之不尽,用之不竭的清洁能源,其安全、易用的特点是无可比拟的,但要充分发挥这种优势,则需要政府、企业以及社会各方面的努力,促进太阳能技术与建筑的结合并实现产业化。当今的建筑业也必须重视新技术的应用,既可提高建筑的内在品质,又能找到经济增长点。“绿色建筑”这一理念正是在“可持续发展”的背景下提出的,将太阳能的利用纳入到绿色建筑的评估体系中,将有力促进太阳能在建筑中的利用及其与建筑的有机结合。
近年来,太阳能光伏发电的应用规模及范围正在迅速扩大,光伏发电与建筑行业相结合已成为当前的热门领域。随着太阳电池价格的不断下降和制造技术的飞速发展,光伏发电与建筑相结合必将成为太阳能应用中最重要的领域之一。
2 光伏发电与绿色建筑
在创建节约型社会的倡导下,绿色建筑无疑是建筑界、工程界、学术界和企业界最热门的话题之一。这里的“绿色”代表了节能、环保,目的是创造健康、舒适的工作和生活空间。智能建筑的出发点是满足当前人们的需求,而绿色建筑的出发点不仅是满足人们的需求,而是对传统能源消耗方式的革新,即在充分利用可再生能源的基础之上,尽可能的提高能源的使用效率。
绿色建筑这一概念是基于“可持续发展”的背景之下提出的,它考虑的是健康、舒适、安全,是保证人们最佳工作和生活环境的建筑。建设绿色建筑的目的是为了环保节能,我们强调的节能,并不是以牺牲人们舒适度和工作效率为代价的,而是指通过技术手段提高能源的利用率,转变能源的利用方式。在这一方面,太阳能光伏发电是最典型的代表,将光伏发电与建筑相结合能够更好的推动绿色建筑的发展,能够达到环保、提高人们生活舒适的目的。
2008年北京奥运会提出了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念,光伏发电开始融入奥运建筑。各体育馆与运动员村等奥运建筑中将大规模采用太阳能等绿色能源利用技术。所以说,光伏发电与建筑相结合是绿色建筑的标志,也是建筑节能的有效途径之一,无论怎样定义绿色建筑,缺少光伏发电,绿色建筑是不完美的。
绿色建筑与光伏发电相结合必将成为本世纪建筑行业的又一个崭新的亮点。
3 光伏发电与建筑相结合的意义
光伏发电的发展能够部分代替可再生能源,缓解可再生能源不断减少的现状。随着我国经济持续快速的增长,能源供需矛盾将进一步加剧,因此从能源使用的长远战略角度和调整、优化能源结构需求而言,大力发展光伏发电是保障我国能源安全的重要战略举措之一[1]。光伏发电与建筑相结合既可提高居民的生活质量和住宅的舒适度,又可使建筑物设计新颖别致、美观奇巧;既能发电,又是建筑构件,使建筑物的科技含量和住宅的舒适度得到提高,既提高了居民的生活质量,又体现了“以人为本”的建筑理念。
建筑形式是外在美的体现,而建筑是否节能则是内在美的体现,只有做到内在美与外在美、形式美与内容美的统一,才是一个符合科学发展观要求、反映人类文明进步水平的优秀建筑作品,是当代建筑师应当追求的目标。在追求建筑美观、舒适的同时,节能环保应放在更加重要的位置。
光伏与建筑相结合应用时,通常采用并网发电的方式,这类系统与独立光伏系统相比,具有以下突出的优点。
(1)对于并网户用系统,光伏方阵在有日照时所发出的电能,供给建筑物内负载使用,如果有多余,可反馈给电网;在阴雨天或晚间,由电网给负载供电。这样,系统不必配备储能装置,可以降低系统造价,既免除了维护和更换蓄电池的麻烦,还增加了供电的可靠性。
(2)光伏方阵一般可以安装在闲置的屋顶或阳台上就地供电,不需要另外架设输电线路,避免了长距离输配电所造成的线路损耗。这种分散供电的模式具有很多优点,将会改变目前单一的集中供电模式。
(3)由于光伏阵列安装在房顶和墙壁等外围结构上,吸收太阳能,转化为电能,大大降低了室外综合温度,减少了墙体散热和室内空调冷负荷,既节省了能源,又利于保证室内空气的品质。
(4)夏天是用电的高峰期,在天气炎热时,空调、制冷等设备的利用率高,耗电量大。
夏天的太阳辐射强度大,太阳电池方阵所发的电能也多,正好能起到电网调峰作用。
(5)避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染,这对于环保要求严格的今天与未来更为重要。
(6)在建筑结构上安装光伏阵列,可以推动光伏组件的应用和批量生产,从而进一步降低其市场价格。
所以说,光伏发电与建筑有机结合光伏发电+建筑,而是,光伏发电与建筑有机结合≠光伏发电+建筑。
4 光伏发电与建筑相结合的形式
将一般的光伏方阵安装在建筑物的屋顶或阳台上,可以为其配备蓄电池进行独立供电,也可以通过逆变控制器输出端与公共电网并联,使电网和光伏方阵共同向建筑物供电,这是光伏系统与建筑相结合的初级形式。
使光伏组件与建筑材料融为一体,采用特殊的材料和工艺手段,将光伏组件做成屋顶、外墙、窗户等部件,可以直接作为建筑材料使用,既能发电,又充当建筑材料,这样能够进一步降低发电成本。
5 光伏发电的控制
由于太阳能发电具有分布比较分散的特点,控制各个系统相互协调工作、安全运行显得至关重要。太阳能电池板输出的是直流电,必须经过光伏逆变器变为220V、50Hz的交流电。光伏发电的整体框图如图1所示。
光伏发电与建筑相结合使得各个发电系统分布比较分散,各个独立的光伏并网发电系统必须能够协调统一的进行工作,在这方面比较明显的是有效防止“孤岛效应”事件的发生。所谓孤岛效应,根据美国Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories)提供的报告指出:当电力公司的供电,因故障或停电维修而跳脱时,各个用户端的太阳能并网发电系统未能及时检测出停电状态而将自身切离市电网络,而形成由太阳能并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自供电孤岛。“孤岛效应”会对输电线路维修人员的安全产生危害,会产生孤岛区域的供电电压与频率不稳定,会因供电系统单相供电而造成系统三相负载的欠相供电,当电力恢复时造成相位不同步等问题,所以,必须对各个光伏并网发电系统进行合理的控制,有效的防止“孤岛效应”事件发生,避免造成不必要的损失。
由于光伏发电与建筑结合的系统分布发散的特点,大部分的系统只有一台简单的控制器来完成对系统的检测和控制。如果对每台控制器提供一个网络接口,那么就可以实现对设备运行状况的远程监控和远程维护,这样就可以使各个分散的小系统统一起来组成一个大的网络控制系统,对各个小系统实现网络化控制,便于对各个小系统进行有效的管理。
6 结束语
光伏发电和建筑相结合的发展,标志着光伏发电由边远地区和特殊应用向城市过渡,由补充能源向替代能源过渡,由大型集中电站向分布式供电模式过渡,人类社会向可持续发展的能源体系过渡,太阳能光伏发电将作为最具可持续发展理想特征的能源技术进入能源结构,其比例将愈来愈大,并成为能源主体构成之一。
摘要：本文介绍了光伏发电的概念及系统构成,光伏发电与建筑相结合的优点,光伏发电的控制,以及光伏发电与建筑相结合的意义,有助于推动绿色建筑的发展和建筑节能。
关键词：光伏发电,孤岛效应,绿色建筑
参考文献
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有机光伏 篇2
近日, 北京理工大学化学学院王金亮教授课题组联合华南理工大学吴宏滨教授课题组、美国伯克利劳伦斯国家实验室刘烽博士合作, 以“Serie sof Multifluorine Substituted Oligomers for Organic Solar Cells with Efficiency over 9%and Fill Factor of 0.77 by Combination Thermal and Solvent Vapor Annealing”为题在线发表在美国化学会会志 (国际化学领域顶级期刊, IF=13.0, (J.Am.Chem.Soc.2016, 138, 7687-7697) ) 上发表研究成果。该成果利用基于氟代苯并噻二唑作为缺电子单元, 引达省 (IDT) 作为富电子单元, 联二噻吩作为封端单元的寡聚物材料和与富勒烯衍生物共混获得高达9.1%的光电转化效率和高达0.77的填充因子的有机太阳能电池器件。
有机光伏 篇3
聚合物太阳能电池作为新兴的前沿研究领域,其能量转化效率的不断攀升主要得益于光活性层材料(包括电子给体与电子受体材料)的设计和开发。其中,通过分子结构的理性设计来调制材料的前线轨道能级是一种十分有效的提高器件开路电压的策略。近年,在中国科学院、国家自然科学基金委、北京市科委和化学所的大力支持下,化学所高分子物理与化学国家重点实验室的研究人员对聚合物给体材料的能级调制进行了深入的研究。他们表示,通过降低给体材料的HOMO能级,可以实现相应光伏器件开路电压的提升,并最终获得更高的能量转化效率。
相对于给体材料,对传统的富勒烯型受体进行化学修饰更为困难。但令人振奋的是,此前研究人员在非富勒烯型聚合物太阳能电池中实现了超过11%的能量转换效率,这个结果已经十分接近传统的富勒烯型太阳能电池的最高效率。此外,相对于富勒烯型器件,非富勒烯型器件具有更加优异的稳定性,因此进一步发展此类光伏器件势在必行。
得益于近年来对给体材料能级调控的成功实施,研究人员对于非富勒烯受体材料能级的精准调控展开研究。近期,他们首次通过在小分子受体的两端引入弱给电子基团实现了对于受体材料LUMO能级的精准调控。研究表明:通过在特定位点进行给电子基团的修饰可以在保证材料HOMO能级基本不变的情况下,LUMO能级实现十分有效的提升;而随着给电子性取代基引入数量的增加,材料的LUMO能级实现阶梯式的提高。因此,相应器件的开路电压从原先的0.90V分别提升至0.94V和0.97V。更值得指出的是,由于取代基团较小的空间位阻,材料的堆积特性几乎未发生改变,理想的共混薄膜形貌得以保持。因此,以给体材料PBDB-T和受体材料IT-M构筑的非富勒烯型太阳能电池器件实现了效率的进一步突破,并取得了创记录的12.05%的能量转换效率。该电池的效率经过了中国计量科学研究院的认证,并达到11.6%,这是目前公开认证最高效率的单结有机太阳电池。同时,该工作也展现出受体材料精准能级调制的重要性,这将极大地促进受体光伏材料的发展。