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提升太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率分析

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摘要：太陽(yáng)能是一種既清潔而且沒(méi)有污染的能源，具有非常廣闊的發(fā)展前景，但是太陽(yáng)能作為一種系能源，在應(yīng)用方面也存在許多問(wèn)題，比如能量密度低、收集難度大、不穩(wěn)定等，因此，對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行收集和利用的難度非常高。本文以提升太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率為出發(fā)點(diǎn)，首先對(duì)各種自動(dòng)追蹤方式進(jìn)行分析，對(duì)利用超親水自清潔薄膜進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)追蹤；太陽(yáng)能；效率

1、不同的自動(dòng)追蹤方式

現(xiàn)階段，各種各樣的太陽(yáng)能跟蹤器設(shè)備，有簡(jiǎn)單的，也有復(fù)雜的，大多包括兩種，就是機(jī)械系統(tǒng)與電控系統(tǒng)。前者又包括壓差式與控放式，后者包括光電式與視日運(yùn)動(dòng)軌跡式。筆者針對(duì)比較常見(jiàn)的跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1.1控放式太陽(yáng)跟蹤器

這種跟蹤器一般是在太陽(yáng)能接收器的西側(cè)進(jìn)行偏重設(shè)置，以此促使太陽(yáng)光接收器向西進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)控放式自動(dòng)跟隨設(shè)備對(duì)此動(dòng)力的釋放進(jìn)行控制，緩慢釋放轉(zhuǎn)動(dòng)力，使得太陽(yáng)光接收器逐漸向西偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)不僅成本較低，因?yàn)槭羌儥C(jī)械控制，無(wú)需復(fù)雜的電子控制部分以及任何外接電源。然而，缺點(diǎn)是此機(jī)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，也無(wú)法滿足夜間的跟蹤需求。一般來(lái)說(shuō)，控放式跟蹤器可以對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行單軸跟蹤。其設(shè)備具體包括配重塊、彈簧以及電磁等組成，具體參考圖1。

圖1　控放式跟蹤裝置

這種設(shè)備的工作原理可以理解為，因?yàn)樵诩療嵩O(shè)備的西側(cè)進(jìn)行配重塊的放置，因此在重力條件下，集熱設(shè)備會(huì)圍繞著軸按照自東向西的順序進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。重力控放則是由彈簧利用制動(dòng)裝置及杠桿完成。彈簧是通過(guò)電磁鐵實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。電磁鐵的動(dòng)力提供是從硅太陽(yáng)能電池板。電池位于集熱裝置的上方，在其前方進(jìn)行遮光板的設(shè)置，如果集熱裝置對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)則可以遮住陽(yáng)光，使得太陽(yáng)能電池位于陰影區(qū)中。如果太陽(yáng)落山，遮光板的陰影也會(huì)跟隨其位置變動(dòng)，太陽(yáng)能電池則會(huì)接受陽(yáng)光照射，因而輸出電流，發(fā)送偏移訊號(hào)。訊號(hào)經(jīng)過(guò)晶體管被放大到一定程度，使得高靈敏的繼電器出現(xiàn)動(dòng)作，利用執(zhí)行繼電器控制電磁鐵吸合的步驟，因?yàn)橹苿?dòng)裝置逐漸松開(kāi)，集熱設(shè)備向西的順序進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直至對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)光后再暫停。次日僅需把集熱裝置通過(guò)人工的方式，將其轉(zhuǎn)至向東的方式，又開(kāi)始新的循環(huán)。這種跟蹤器比較適用于聚光型的采光設(shè)備，比如，聚光型熱水器和太陽(yáng)灶等設(shè)備。

1.2壓差式太陽(yáng)能跟蹤器

這種跟蹤器的工作原理為，如果入射太陽(yáng)光出現(xiàn)一定的偏斜，容器的兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)受光面積差別，對(duì)比之下出現(xiàn)壓力差，繼而使得跟蹤器重新對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。按照密閉容器內(nèi)介質(zhì)區(qū)別，包括重力差式、氣壓差式以及液壓式。這種跟蹤器的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且制作費(fèi)用低廉，純機(jī)械控制，無(wú)需電子控制部分，也無(wú)需外接電源。氣壓差式跟蹤設(shè)備的采光板是呈南北方向放置，傾角可以根據(jù)季節(jié)利用手動(dòng)的方式調(diào)節(jié)。為獲取太陽(yáng)的偏移信號(hào)，在反射鏡附近進(jìn)行空氣管的設(shè)置，以此當(dāng)作時(shí)角的跟蹤傳感器。此跟蹤器具有非常高的跟蹤靈敏度，在太陽(yáng)剛剛升起短短積分鐘內(nèi)，采光板即迅速跟蹤對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。除此之外，此種跟蹤器可以在夜間自動(dòng)回歸原本位置。實(shí)際中這種跟蹤器的應(yīng)用范圍比較廣泛，總結(jié)下此跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)成本低。然而，劣勢(shì)在于剛度低、工作空間小、適用于單軸跟蹤，且精度非常低。

1.3光電式太陽(yáng)跟蹤器

光敏硅光電管是一種通過(guò)光的作用使得半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率出現(xiàn)一定程度變化的光敏傳感器，比較常見(jiàn)的光電器件包括光電池、光敏二極管以及光敏三極管等?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的光電跟蹤器包括三種類型，分別是重力式、電磁式以及電動(dòng)式，以上光電跟蹤設(shè)備均是使用光敏傳感器。一般而言，以上裝置中光電管的安裝位置與遮光板非常近，對(duì)遮光板位置進(jìn)行調(diào)整能夠讓遮光板重新對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。如果太陽(yáng)西移時(shí)使得遮光板陰影出現(xiàn)偏移，光電管會(huì)由于受到陽(yáng)光直射而持續(xù)輸出一定數(shù)值的微電流，這就是所謂的偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路得以放大后，單片機(jī)接收到相關(guān)信號(hào)，并且發(fā)送脈沖信號(hào)對(duì)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追蹤太陽(yáng)的功能。

2、利用超親水自清潔薄膜

超親水自清潔表面可以形成一定的水膜，通過(guò)水膜可以起到阻止污染物和材料表面出現(xiàn)接觸的作用，此外在水持續(xù)沖刷條件下，能夠把污染物沖離表面，從而獲取一定的自清潔效果。此外，一些光催化物質(zhì)，在一定條件下會(huì)獲取超親水性能，比如，TiO2半導(dǎo)體光催化材料，在超親水行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。自清潔薄膜的原料就是TiO2，通過(guò)光催化和親水特征，在學(xué)術(shù)方面，許多專家和學(xué)者不斷發(fā)現(xiàn)TiO2的新功能，TiO2被看作是現(xiàn)階段最為有效的光催化半導(dǎo)體，當(dāng)然也是應(yīng)用非常廣泛的光催化降解材料。所以，通過(guò)TiO2獲得的薄膜能夠同時(shí)具備光催化及超親水雙重性能，尤其是降雨量非常豐富的區(qū)域，應(yīng)綜合考慮應(yīng)用到太陽(yáng)能電池板上。

一方面，通過(guò)TiO2而引發(fā)的超親水自清潔薄膜的廣泛應(yīng)用，此外二氧化硅也看作是制備超親水薄膜的重要材料之一。超親水自清潔薄膜因?yàn)榘l(fā)展前景廣闊，在現(xiàn)階段取得迅速發(fā)展，一些產(chǎn)品也得以實(shí)際應(yīng)用。比如，某公司是通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)對(duì)自清潔玻璃進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品規(guī)格相對(duì)靈活，而且光催化活性非常高。如此說(shuō)來(lái)，盡管現(xiàn)階段的太陽(yáng)能應(yīng)用不是很理想，但是作為未來(lái)新能源之一，促進(jìn)太陽(yáng)能電池效率的提升對(duì)能源安全有一定的影響。太陽(yáng)能電池板上進(jìn)行親水性自清潔涂層的涂抹，還可以發(fā)揮除塵的作用，以此促進(jìn)太陽(yáng)能電池效率的提升。目前來(lái)說(shuō)，有可能是因?yàn)楸∧す獯呋δ苁沟锰?yáng)光透射率下降，使得太陽(yáng)能發(fā)展受到一定程度的影響。

3、總結(jié)

總而言之，對(duì)太陽(yáng)能資源進(jìn)行充分利用這個(gè)課題，在過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間已經(jīng)提出很多種追蹤方法，筆者結(jié)合現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以開(kāi)發(fā)成本低、精度高、全自動(dòng)化為原則，對(duì)太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率的提升進(jìn)行研究和探討，以期對(duì)于太陽(yáng)能能源的充分利用起到一定的推廣效果。

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