專利名稱：一類太陽能玻璃發(fā)電機制造技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明屬于天然能源利用、節(jié)能減排綠色能源、太陽能光電發(fā)電機器設(shè)計及制造、自動化等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，人類對能源的需求明顯增加，而地球上可利用的常規(guī)能源日益匱乏。據(jù)專家預(yù)測，煤炭還可開采221年，石油不足50年，天然氣只能用60 年。如何實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，從而保證經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和社會的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)是各國政府必須解決的大問題，即能源戰(zhàn)略問題。唯一的出路就是有計劃的利用常規(guī)能源、節(jié)約能源、開發(fā)新能源和可再生能源?，F(xiàn)在作為占能源消耗首位的電能是二次能源，是由其他能源轉(zhuǎn)換而來的。目前世界各國電能產(chǎn)生主要靠是火力發(fā)電。火力發(fā)電以碳?xì)浠衔餅橹饕煞值拿?、重油等為燃料，燃燒后向大氣排放S02、C02、等有害氣體及煙塵、S02形成酸雨，對農(nóng)作物、森林、建筑物及金屬材料構(gòu)成危害和腐蝕浪費。C02形成溫室效應(yīng)，改變局部氣候，造成各種自然災(zāi)害.為了減少火電對大氣的污染，實現(xiàn)能源的持續(xù)發(fā)展，世界各國都在積極的發(fā)展太陽能發(fā)電。隨著全世界太陽能發(fā)電裝機容量的快速發(fā)展和太陽能發(fā)電機技術(shù)的成熟和不斷完善，在今后10年，太陽能發(fā)電必將成為世界各國更加重視和重點開發(fā)的能源之一。太陽能發(fā)電的前景廣闊、優(yōu)點明顯太陽能發(fā)電是可再生的潔凈能源太陽能發(fā)電是一種可再生的潔凈能源，不消耗資源，不污染環(huán)境。這是火力發(fā)電所無法比擬的優(yōu)點。 太陽能發(fā)電可靠性高把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于太陽能發(fā)電機組，使太陽能發(fā)電可靠性大大提高，大、中、小型太陽能發(fā)電機組可靠性從20世紀(jì)80年代的50%提高到98%，高于火力發(fā)電，并且機組壽命可達(dá)20年。太陽能發(fā)電造價低從國外建成的太陽能電場看，單位千瓦造價和單位千萬時電價都低于火力發(fā)電，和常規(guī)能源發(fā)電相比具有競爭力。運行維護(hù)簡單現(xiàn)代大、中、小型太陽能機自動化水平很高，由于采用了微機技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)機自診斷功能，安全保護(hù)更加完善，并且實現(xiàn)了單機獨立控制，多機群控和遙控，完全可以無人值守，只需定期進(jìn)行必須要的維護(hù)。不存在大修問題。實際占地面積小小型太陽能發(fā)電機占地幾平方米可供農(nóng)、牧、漁、家庭使用。發(fā)電方式多樣化太陽能發(fā)電既可離網(wǎng)運用，也可以和其他能源，如柴油發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電組成互補系統(tǒng)，還可以獨立運行，因此，對于解決邊遠(yuǎn)無電地區(qū)的用電問題提供了現(xiàn)實可行性。太陽能資源及太陽能發(fā)電的分析太陽能以輻射短波的形式不間斷地以 17X1012kw的輻射照度發(fā)射到地球上來。其中半數(shù)以上的輻射能因受氣體分子與云層的反射作用而損耗，其余不到20%的能量則被空氣與云層所吸收。根據(jù)估算，在近20年中，“太陽能革命”這一說法一講的就是有一天我們會全部使用從太陽獲得的免費電能，因為地球上90%以上的能量都是來自于太陽。這是一個誘人的承諾在天氣晴朗、陽光明媚的日子里，太陽向地球表面輻射的能量約為1，000瓦/每平方米，如果我們可以將這些能量全部收集起來，就可以輕松地為住宅和辦公室提供免費電力能源。在這場綠色革命中，我利用太陽能板成熟的技術(shù)原理設(shè)計出“太陽能玻璃”應(yīng)用在建筑領(lǐng)域里，以取得太陽能。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會，高樓大廈隨處可見，而大廈最引人注目的除了它的聳立之外，便是覆蓋整個大廈樓身的玻璃。各種玻璃在陽光的照射下熠熠生輝，可是問題就出在這耀眼的“輝”上。據(jù)研究，由于長時間玻璃折射引起地面溫度比其他沒有折射的地面溫度高3。左右，長時間的高溫，不僅對路面造成破壞，還容易引起火災(zāi)，甚至對人體造成傷害，人們將其稱為光污染。而將太陽能板和玻璃完美結(jié)合的太陽能玻璃就能很好的解決這一問題。太陽能玻璃既具有玻璃裝飾和透光的優(yōu)點，有是發(fā)電的太陽能板，很好的解決了光污染問題，同時又能充分利用城市的太陽能。“光一電”直接轉(zhuǎn)換方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光一電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池即“太陽能玻璃”。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。只要太陽存在，太陽就會照到玻璃上， “太陽能玻璃”就可以產(chǎn)生電能?！疤柲懿ＡА?一次投資而長期使用，他起到玻璃、發(fā)電的雙重作用，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；“太陽能玻璃”可以中小并舉，大到幾千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的，他是“用與綠”的完美結(jié)合，這種綠色能源的利用將是城市、鄉(xiāng)村房屋建設(shè)一道亮麗的風(fēng)景線，更是現(xiàn)代化大廈裝飾的最佳選擇?！疤柲懿ＡА笔窃诓Ａ?glass)襯底上沉積透明導(dǎo)電太陽能膜(TC0)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積P型、i型、η型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，其結(jié)構(gòu)可表示為glass/TCO/pin/Al。形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)ym，目前轉(zhuǎn)換效率最高以可達(dá)13%。薄膜電池太陽電池除了平面之夕卜，也因為具有可撓性可以制作成非平面構(gòu)造，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份。 由于導(dǎo)電薄膜是經(jīng)過高溫壓制在玻璃襯底上，與玻璃結(jié)合緊密，在安裝太陽能玻璃時，按安裝普通玻璃方法安裝即可。發(fā)明效果“太陽能玻璃”在建筑行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高樓大廈以隨處可見，而經(jīng)濟(jì)美觀且環(huán)保的“太陽能玻璃”將會是大家的共同選擇，其使用量是無法用數(shù)據(jù)去統(tǒng)計的，他所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可以用萬億來計算。這種效益的發(fā)生是可持續(xù)的、廣泛的、穩(wěn)固的。家庭常用電器的用電量情況如下按電器名稱；一般電功率(W)；估計用電量 (度)窗式空調(diào)機800-1300W、最高每小時0. 8-1. 3度；燈泡60_100W每小時0. 06到0. 1 度；家用電冰箱65-130W、約每日0. 85-1. 7度；家用洗衣機(單缸)380W、最高每小時0. 38 ；家用洗衣機(雙缸)850_1750W、最高每小時0. 23 ；加熱(滾動式)230W、最高每小時0. 85-1. 75 ；微波爐950W、每10分鐘0. 16 電熱淋浴器1200W、每小時1. 2 ；電水壺2000W每小時2度；電飯煲1200W、每小時1. 2度； 電熨斗750W每20分鐘0. 25度；理發(fā)吹風(fēng)器450W每5分鐘0. 04度；電腦300W、每小時 0.3度；吸塵器400W每15分鐘0.1度；吊扇(大型):150W、每小時0. 15度；吊扇(小型) 75W、每小時0. 08度；電視機(25寸):100W、每小時0. 1 ；DVD, VCD :80W、每小時0. 03度；音響器材100W、每小時0. 1度。一般的家庭生活用電大約在每月100 200度之間，夏季用電會多一些。“太陽能玻璃”日發(fā)電時間如下城市緯度最佳傾角年平均日照時間
哈爾濱45. 68φ +34. 4h ；長春 43. 90 φ +1 4. 8h沈陽41.77f +14.611;北京39.8 f +4 5h天津39.10# +54.65h;呼和浩特 40.78 # +3 5.6h太原37.78φ +54. 8h ；烏魯木齊 43. 78 φ +12 4. 6h西寧36.75φ +15. 5h ；蘭州 36.05 φ +8 4.4h銀川38.48φ +25. 5h ；西安 34.30 φ +14 3.6h上海31. 17φ +33.8h ；南京 32.00 φ +5 3.94h合月巴31.85φ +93.69h ；杭州 30.23 φ +3 3.42h南昌沘.67φ +2 3.81h;福州洸· 08 φ +4 3. 46h濟(jì)南36. 68 φ +6 4. 44h ；鄭州 34. 72 φ +7 4. 04h武漢30.63 φ +7 3.80h ；長沙 28. 20 φ +6 3. 22h廣州23.13 β -7 3.52h;?？?20.03 # +12 3. 75h南寧22.82 φ +5 3. 54h ；成都 30.67 φ +2 2.87h貴陽26.58 φ +8 2.84h;昆明 25.02 φ ~8 4. 26h拉薩29. 70 φ -8 6. 7h以上的城市平均有效日照時間都在3 4小時時間，南方的城市比北方的城市在夏天有效日照時間要長兩小時，新疆、西藏、青海、內(nèi)蒙、廣西的日照在夏天有效日照時間更長。a.以西安為例(西安為南北方交界處)一個供電系統(tǒng)組合1000W功率的“太陽能玻璃”，在西安市年平均日照時間為3. 6h 時，一座10層(光照面積約300平方米)大廈可以安裝三組以上的1000W的功率的“太陽能玻璃”，平均1天產(chǎn)生的電能為12度以上計算，完全可以滿足整個大廈的照明燈泡等用電量較少的用電器的M小時供電。b.經(jīng)濟(jì)效益城市的電費為0.8 1.2元，平均1天產(chǎn)生的電能為12度，可以有12元的電款， 年產(chǎn)生4320元的節(jié)電效益，三年收回成本。按發(fā)一度電耗煤0.4千克計算，如每套“太陽能玻璃”使用15年的話，則可相當(dāng)節(jié)約煤炭40噸、減少二氧化碳排放2500噸以上。由此可以看出“太陽能玻璃”的經(jīng)濟(jì)性和社會效益分析都是十分顯著的。最適合使用的地點兩藏、銀川、內(nèi)蒙、新疆、廣西等日照時間長的地區(qū)使用效果最好。可以應(yīng)用在農(nóng)場、河灘果園、高原兵站、戈壁灘等。在大面積使用玻璃裝飾的高樓使用效果顯著。a.牧區(qū)或草原上的固定牧民，用電設(shè)備為2只燈泡、一臺彩色電視機、一臺衛(wèi)星接收機，用電量300W。b.偏遠(yuǎn)地區(qū)的哨所，用電設(shè)備包括多個照明燈泡、電視機、電腦、電飯鍋、DVD機、 電熱水器，沒有電感性負(fù)載，總功率約為3000W，c.大型養(yǎng)殖漁場，主要需要供給照明及一臺750W水泵用電，d.現(xiàn)代化大廈可以供應(yīng)大廈樓道廁所等地所有小電量用電器，用電量1000瓦?！疤柲懿ＡА?，的壽命“太陽能玻璃”的太陽能薄膜使用壽命在15年以上(已是成熟的、經(jīng)過時間檢測過的指標(biāo))，而且玻璃在普通的日照風(fēng)吹情況下受影響較小，其使用壽命在30年以上?！疤柲懿ＡА笔窃诓Ａ?glass)襯底上沉積透明導(dǎo)電太陽能膜(TC0)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積P型、i型、η型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，其結(jié)構(gòu)可表示為glass/TCO/pin/Al。形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)ym，目前轉(zhuǎn)換效率最高以可達(dá)13%。薄膜電池太陽電池除了平面之夕卜，也因為具有可撓性可以制作成非平面構(gòu)造，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份。 由于導(dǎo)電薄膜是經(jīng)過高溫壓制在玻璃襯底上，與玻璃結(jié)合緊密，在安裝太陽能玻璃時，按安裝普通玻璃方法安裝即可。發(fā)明


圖1為系統(tǒng)組成框圖由⑴太陽能玻璃在太陽能控制器⑵的作用下發(fā)電，儲存在儲電瓶(3)中，經(jīng)過逆變器G)，轉(zhuǎn)換為220V用于各種電器(5)。目前我國的大部分日照好的地區(qū)風(fēng)力資源也較為豐富，這樣組成太陽能發(fā)電組時，白天可以邊發(fā)電，邊使用。當(dāng)電量用不完時可以儲存在電池組內(nèi)，當(dāng)晚上沒有陽光時，電池組內(nèi)的電能經(jīng)過逆變器把220VAC的交流電源源不斷的輸送給用電器，供用電器繼續(xù)使用。圖2為太陽能玻璃裝置展示圖。圖3 “太陽能玻璃”的展示圖。圖4 “太陽能玻璃”結(jié)構(gòu)安裝示意。圖5為“太陽能玻璃”下太陽能薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。圖6為“太陽能玻璃”內(nèi)部發(fā)電結(jié)構(gòu)上為玻璃襯底沖間為太陽能薄膜；下面為走線槽和連接線插孔座。圖7為“太陽能玻璃”對不同波長光的吸收情況。硅太陽能薄膜工作原理與結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如圖8 圖8中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖9 圖9中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生如圖9所示黑色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成 P(positive)型半導(dǎo)體。同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成NOiegative)型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，黑色的為多余的電子。 如下圖10。P型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而N型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。圖n。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層)，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結(jié)。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p-n 結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋P-n結(jié)(如圖梳狀電極)，以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜，實際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相沉積沉積一層氮化硅膜，厚度在1000埃左右。將反射損失減小到5%甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池(通常是36個)并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一類太陽能玻璃發(fā)電原理及制備技術(shù)“太陽能玻璃”是在玻璃(glass) 襯底上沉積透明導(dǎo)電太陽能膜(TCO)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積P型、i型、η型三層 a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出。形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μπι，目前轉(zhuǎn)換效率最高以可達(dá)13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構(gòu)造，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份。由于導(dǎo)電薄膜是經(jīng)過高溫壓制在玻璃襯底上，與玻璃結(jié)合緊密，在安裝太陽能玻璃時，按安裝普通玻璃方法安裝即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一類太陽能發(fā)電玻璃機系統(tǒng)組成(1)太陽能玻璃在太陽能控制器O)的作用下發(fā)電，儲存在儲電瓶(3)中，經(jīng)過逆變器G)，轉(zhuǎn)換為220V用于各種電器(5) ο
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的“太陽能玻璃”下玻璃片為襯底，安裝方式太陽能玻璃按安裝普通玻璃方法安裝即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的“太陽能玻璃”電路連接上為玻璃襯底；中間為太陽能薄膜；下面為走線槽和連接線插孔座。
全文摘要
一類太陽能發(fā)電玻璃機制造技術(shù)是用太陽能板和建筑用玻璃有機的結(jié)合在一起，既具備玻璃原有的功能又能用太陽能發(fā)電，太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件?！疤柲懿ＡА笔窃诓Ａ?glass)襯底上沉積透明導(dǎo)電太陽能膜(TCO)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度儀需數(shù)μm，目前轉(zhuǎn)換效率最高以可達(dá)13％。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構(gòu)造，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部分。由于導(dǎo)電薄膜是經(jīng)過高溫壓制在玻璃襯底上，與玻璃結(jié)合緊密，在安裝太陽能玻璃時，按安裝普通玻璃方法安裝即可。
文檔編號E04D13/18GK102479884SQ201010570018
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者丁樹才, 劉寧寧, 李青山 申請人:劉寧寧