太阳能电池与储能设备技术的开发

田玉祥+史伟斌

摘要：太阳能是世界公认的经济型生态能源，通过太阳能发电能够补充电力能源供应不足问题，同时也是未来电力生产的主流发展趋势。但是太阳能电池生产出的是直流电，只有经过直流/交流转换器才能转变为可用交流电，因此太阳能电池与储能设备研究同等重要，以下将分别介绍太阳能电池类型及储能设备的发展，以其为新能源建设发展提供更多的理论参考。

关键词：太阳能电池；储能设备；技术开发

太阳能是取之不尽用之不竭的天然能源，每小时到达地球的太阳光能量能够供人类一年的能量需求。通过太阳能能够将实现太阳光能的集中制备，并使之成为可利用的热能或电能，太阳能电池就是利用太阳光发电的一种新型能源设备。通过太阳能与储能技术的开发，有利于促进太阳能绿色能源应用范围的拓展，实现再生能源的循环开发和利用。

一、太阳能电池的开发价值

随着全球工业科技的迅猛发展，对于能源的攫取也更加激烈，传统能源如石油和煤已经面临资源枯竭，因此能源价格不断上涨。不少国家已经着力开发替代能源，传统能源不但不可再生，而且还会在燃烧时产生大量温室气体，破坏生态环境，造成温室效应加剧。在这样的严峻环境下，水力、风能、太阳能生态能源技术受到了空前重视，不少发达国家已经形成了完整的生态能源建设体系，太阳能就是这些生态能源中应用最为普遍的一种。它具有低成本、零污染、适应范围广等诸多优点，是未来生态能源开发的重要基础。

二、太阳能电池种类

目前硅太阳能电池已经实现了商业化生产，市场上有95%的太阳能电池属于这一类型，其中有分为单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池。

2.1单晶硅太阳能电池

该电池由单晶硅规则排列制成，对于硅晶纯度有较高要求，性能稳定而且使用寿命较长，太阳能转换率能够达到17%，是当前太阳能电池中转化性能最高的。但是单晶硅电池造价过高，尤其是原材料价格居高不下，因此此类电池的未来研发重点在于降低制造成本、提高电能转化率。

2.2多晶硅太阳能电池

多晶硅含有较多杂质，晶体颗粒较大，因此光电转换效率约在14%左右。但是多晶硅电池成本造价较低，较之单晶硅可以节约20%的制造成本，所以市场推广空间很大。由于多晶硅电池需求量的不断增加，此类电池的市场价格也随之上涨，价格因素成为其产能扩大的一大制约因素。

2.3非晶硅太阳能电池

这类电池也叫作太阳能薄膜电池，经过镀膜工艺后实现太阳能转化，其中硅原子呈现不规则排列状态，可以将玻璃、金属、陶瓷等作为基础材质，无需采用价格昂贵的结晶硅。由于非晶硅原材料易得，制作工艺简单，因此具有很大的推广潜力。其主要缺陷表现为光电转换率较低，仅为9%，每千瓦时发电成本约1.5美元。有专家预测，非晶硅电池性能提升到12%、千瓦时发电成本降至1美元时，还具备市场化发展的条件。

三、太阳能电池储能设备

3.1铅蓄电池

铅蓄电池是传统蓄电池应用的主要类型，迄今为止仍在民用和军事领域有著广泛的应用基础。铅蓄电池具有相对成熟的生产工艺，性能稳定，从而保证了电力的稳定存储和供应。该电池不具备记忆效应，能够随时充放电，使用灵活易于维护，而且寿命较长。铅蓄电池最大的优点在于自放电量非常低，即使是在高温环境下自放电量也小于自身电池容量的5%，而且价格低廉。目前为止，铅蓄电池仍是太阳能发电储能的主要产品。

3.2镉镍电池

镉镍电池具有灵活的充电方式、快充慢充均可，可用直流电也可用脉冲电。与其它类型的蓄电池相比，镉镍电池充电时间更短，一般情况下充电一小时就能够正常使用。长时间不用后也能迅速充电，无需激活。其放电性能较好，维护便利，充放电次数可达1000次。但是镉镍电池需要进行周期性完全充放电，否则电池将失去活性，电容量会明显下降，因此该电池记忆效应明显。镉镍电池还有一项优势，就是可以在低温环境下正常工作，其范围覆盖从-40℃到60℃，即使是在-40℃的极端温度下，其电池放电量仍可维持在20%左右。电池储存期长，通常可以保持5年以上，但是自放电率较高，充满电的镉镍电池在二十四小时内自放电量可达10%，而且外界温度越高，其自放电速率就越快，长期存放后需要进行再次充电。镉镍电池储放电能量较之铅电池要高出2倍左右，价格高出2.5倍左右。但是由于其循环寿命明显高于其他电池，因此长期使用成本并不高。此类电池除记忆效应外，还有一大危害就是原材料具有很大毒性，不少发达国家已经禁止使用此类电池。

3.3镍金属氢化物电池

该电池又叫做MH-Ni电池，与镉镍电池相比具有更高的能量密度，可高出镉镍电池40%左右，不会对环境造成污染。同时电池不具备记忆效应，因此无需对其进行周期性的充放电操作，而且此类电池具有便捷的储存和运输优势。其不足在于充电之后会产生较大的发热量，因此电池循环周期比镉镍电池短，高热作用会造成贮氢合金材料发生粉末化变化，所以间歇式充电更适合此类电池，同时在充电时间上较之镉镍电池更长。MH-Ni电池自放电率可达50%，因此需要对其进行定期全充电。在小电流充电中其能量输出比较高，可达80-90Wh/kg，但是在大功率输出中，能量密度仅为40Wh/kg以下。

3.4锂离子电池

锂离子电池具有突出的能量密度优势，较之镉镍电池高出2-3倍。负荷性良好，充放电耐受力较好。电池单电压达3.6V，高出镉镍电池3倍。锂离子电池不具备记忆效应，无需对其进行周期充放电维护，因此使用更便捷。为了提高电池使用安全性，需要对金属锂进行严格控制，首先要保证单体电池均具备有效的充放电保护电路，充电电压要控制在4.2V以内，放电电压高于2.5V。最大充电电流需控制在1C以内，最大放电电流低于2C。同时还需要保持电池温度在限定值以内。锂离子电池使用寿命较短，一般为2-3年。这就需要存储温度低于15℃，存储过程中需要对其进行补充充电。由于锂离子电池这些特性，在小型移动电器中应用较广，但是大规模应用尚有待进一步开发。

结语

能源是推动生产技术发展的核心要素，而科技则是改变能源生产、提高公众生活品质的根本。科技与能源的融合发展，是太阳能电池技术的研究基础，通过太阳能电池和储能设备的研究，对于提高太阳能发电效率和应用价值有着积极的促进作用，是新能源发展和应用的一大进步，同时也是营造健康生态环境、发展绿色能源的可行路径。

参考文献：

[1]王志坤.新能源产业中的储能电池应用及其产业化前景[J].电器工业.2015（07）

[2]叶锋.新能源发电的储能技术[J].农村电气化.2014（07）

[3]陈维，沈辉，邓幼俊.太阳能光伏应用中的储能系统研究[J].蓄电池.2016（01）

作者简介：

田玉祥，出生年月：1983-09-13，性别：男，民族：汉，籍贯：陕西西安，当前职务：设备维护，当前职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：太阳能光伏电池.endprint