中科院科技成果——第四代全效光伏发电
【初中化学】中国科学家研发“全天候”发电的太阳能电池
【初中化学】中国科学家研发“全天候”发电的太阳能电池
山东和云南的科学家研发了一种“全天候”发电的太阳能电池。
纳米研究领域的知名期刊《美国化学会纳米》和《纳米能源》杂志近日刊登文章，报道了中国海洋大学唐群委教授团队联合云南师范大学杨培志教授团队的这一研发成果。
唐群伟告诉记者，“全天候”太阳能电池的工作原理是：当阳光照射到太阳能电池上时，并不是所有的太阳能都能被电池吸收并转化为电能，只有部分可见光能有效转化为电能。
为此，他们在电池中引入了一种关键材料。
当太阳在白天照耀时，这种太阳能电池的光电转换效率略有提高。
同时，它可以在这种材料中储存未被吸收的可见光和近红外光的能量，并在夜间以单色可见光的形式释放出来。
此时，单色可见光被光吸收器吸收并转化为电能，因此太阳能电池可以在白天和夜间发电。
他说，优化的全天候太阳能电池太阳光照时的光电转换效率为１０％，在夜晚的光电转换效率为２５％以上。
同时，这一类太阳能电池在夜晚的发电时间可以持续数小时。
这一研究有助于延长太阳能电池的发电时间，有望实现在任何时段、任何天气下发电。
有关成果已在国内申请了发明专利。
这一成就引起了国际关注。
另一家著名的化学杂志《欧洲化学杂志》最近邀请唐群委员会团队撰写文章。
这篇题为《全天候太阳能电池：正在兴起的光伏革命》的文章已经发表。
作为新能源的重要组成部分，太阳能一直是清洁能源研究的热门领域。
去年，唐群委和杨培志团队开发了一种石墨烯材料首次使得太阳能电池雨天发电成为可能，并在德国《应用化学》期刊发表论文《一种既可在阳光下也可在雨水下发电的太阳能电池》。
太阳能聚光光伏发电技术前景无限何祚庥
太阳能聚光光伏发电技术前景无限
文/中国科学院理论物理研究所研究员 中国科学院院士 何祚庥
一、太阳能聚光光伏发电技术是绿色能源发 展方向之一
中国科学院理论物理研究所陈应天研究员独立自主开 发的“4倍聚光+跟踪+n型光伏电池”转盘式发电技术，是新 型的太阳能光伏技术。现在国外把“聚光+跟踪”的光伏发 电技术，称为“第三代”光伏发电技术，这是取代第一代和第 二代发电技术的新型太阳能光伏发电技术。我和陈研究员认 为“第三代”发电技术，也就是绿色光伏发电技术，特点是绿 色、高效（单位峰值功率发电量多）、价廉和寿命长。我们认 为太阳能聚光光伏发电技术具有以下几个特点： （1）跟踪性好。已做出的设备，我们发现其具有极好的性能， 可避免风、雨、雷、雹，包括沙尘暴污染的跟踪漏斗，至少将 直射光发电量增加30%～40%。 （2）聚光性好。能大幅度降低光电池硅材料和非硅材料用 量。下面是4倍聚光漏斗和散热片的一组照片：
地区河北丰宁地区等荒漠地发电成本。而如果将这一“6倍聚
光技术”，走上规模化，自动化和产业化， 将完全能在不久的
将来，实现太阳能光伏发电平价上网。而如果将这一“6倍聚光
+跟踪”的发电技术，移用于“太阳能睡莲”，这将是比陆上发
电更低廉的发电的技术。
中国的东部、南部，其太阳能资源一般属三类地区，年
CHINA
VENTU
三、国外发展状况
下面是国外对聚光光伏“现有”和“未来”安装量的统计 和预测：
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C A P I TA L
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SPECIAL FOCUS 封面文章
由于国外“聚光光伏发电”技术用的是砷化镓电池片，其光 电转化率可高达30%～40%，聚光后可能大幅度降低发电成 本。虽然砷化镓价格比硅电池贵100～300倍，但400倍、1000 倍或2000倍聚光后，可大幅度抵消砷化镓光电池比硅基电池 贵100～300倍的价格。可望和晶体硅以及各式各样的薄膜电 池，在价格上进行竞争。
2019 年中国光伏技术发展报告 ——新型太阳电池的研究进展(4)
( 中国可再生能源学会，北京 100190)
中国科学院化学研究所李永舫和苏州大学 李耀文课题组采用无机钙钛矿 / 有机叠层太阳电 池的策略，通过真空蒸镀的方法获得了宽带隙、
光，并且在可见光区域 ( 波长大于 530 nm) 的平 均透过率高达 60%。他们以该半透明钙钛矿太阳 电池为顶电池、以有机太阳电池为底电池制备了
S NN
R NNN
RR NN
R
R
O N OO N O
S
R ON
RR NN
S
CN F
NO R
S
N CN NC
图 34 D-A-π-A 型有机敏化染料及常用
额外辅助受体结构单元
Fig. 34 D-A-π-A organic sensitized dye and its common
additional coreceptor structural units
电流密度 /mA·cm-2
a. 15
PCE=11.7%
10
5
0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电压 /V b.
图 35 降低电压损失后的电池效率 Fig. 35 Cell efficiency after reducing voltage loss
5 量子点太阳电池的研究进展 硫化铅 (PbS) 量子点因其独特的光电性能可
调性，被广泛应用于诸如近红外探测器、发光二 极管、场效应晶体管和太阳电池等光电器件中。 目前，已认证的基于 PbS 量子点的太阳电池效率 已高达 11.3%。电池效率增长如此迅速的原因主 要为：1) 电池结构的优化提高了电池效率和稳定 性；2) 合成后表面处理减少了隙间缺陷态。但需 要注意的是，太阳电池的性能主要由 3 个步骤决 定：1) 初始材料合成；2) 合成后的表面处理；3) 电池制备过程。
中科院科技成果项目汇编(2011)
中科院科技成果项目汇编（2011）中科院北京分院天津市高新技术成果转化中心目录一、电子信息：1、软件可信过程管理与生产线2、数量化金融云计算服务平台3、新型真三维显示系统的研制和产业化4、高可靠深亚微米SOI集成电路技术5、滨海新区GIS服务平台6、基于自由曲面聚光器的高效光伏发电及其产业化7、智能无线瓦斯安全检测报警系统二、生物医药：8、肉桂提取物9、抗炎新药－青藤碱衍生物10、白桦酯醇在预防和治疗动脉粥样硬化、II型糖尿病中的应用11、检测前列腺特异抗原PSA和游离PSA的ELISA试剂盒12、抗肿瘤血管生成的药物-重组人内皮生长抑制蛋白vastatin13、用于检测农药残留的果蝇的乙酰胆碱脂酶及其菌株14、水稻广谱抗稻瘟病基因Pigm的克隆及分子标记15、一种控制作物籽粒大小和重量的基因GW2及其应用16、增加种子重量和大小，并能增长纤维长度的方法17、人参液泡膜水孔蛋白基因PgTIP及其应用18、β-葡聚糖颗粒填装纤维状自组装肽作为新型疫苗的研究与开发19、新型靶向纳米药物载体的研究与产品开发20、POCT心血管疾病电化学发光免疫分析系统21、用于心梗快速诊断的小型定量荧光免疫检测系统22、抗动脉粥样硬化新药23、新型抗体制备平台技术24、基于血清中GP73蛋白定量分析的肝癌诊断试剂盒25、STAT3抑制剂作为抗肿瘤药物26、以GIBH010及其代谢产物为基础的复方抗疟药的临床前研究27、甲磺酸伊马替尼的工艺开发28、组蛋白去乙酰化酶抑制剂-迪司肽（Romidepsin）的工艺开发极其类似物的新药研发29、诱导多能性干细胞（iPS）技术30、手持式荧光检测仪三、新材料：31、纳米碳纸32、基于同质外延技术的超大功率单芯片LED产业化33、高透过率LCD彩色滤光片的产业化34、GaN室温辐射半导体探测器的研究35、太赫兹关键器件与应用技术36、超音速火焰热喷涂（HVOF）高性能耐磨、防腐、耐高温涂层及相关技术37、生物应用的紫外LED阵列38、基于低纯度晶硅的低成本光伏电池四、装备制造：39、心肌梗赛及急性胰腺炎快速高灵敏度临床诊断的纳米技术与小型设备开发40、新型LED光源-量子点的制备及量产放大技术41、500kV断路器控制系统及动静触头对中系统42、综采工作面成套设备的电控系统的开发与研究五、新能源及环保：43、等离子体气化处理生活垃圾核心技术研发44、全铝发动机关键部件陶瓷强化成套技术装备45、油气水高效管道式分离技术46、臭氧氧化法合成壬二酸和壬酸的产业化示范47、膨胀蛭石防火保温板产业化推广48、动力电池组监控与管理关键芯片及产业化49、常压等离子体水灭菌消毒设备50、输水管线漏水自动监测系统51、煤制甲醇生产过程的高效节能减排控制研究52、高压断路器智能控制系统53、隧道窑智能控制系统六、现代农业：54、杂交构树滨海盐碱地原土绿化及其综合利用55、高抗优质酿酒葡萄新品种产业化示范与推广七、其他：56、海洋结构健康监测系统一、电子信息领域：1、软件可信过程管理与生产线项目单位：中国科学院软件研究所项目阶段：建成示范工程知识产权：项目简介：1)项目基本情况简介软件产业已经成为21世纪中国的战略性和基础性产业。
我国光伏发电技术获得突破
我国光伏发电技术获得突破 发 电成本பைடு நூலகம் 、 效率低，一直是制约太阳能利用的瓶颈 。如今，中国科技大学太阳能研究 院的研究人员研制成功 了数倍聚光跟踪光伏发电系统 ， 能使太 阳能光伏发 电成本在太阳资源 类地区比传统平板固定式降低 ｌ 倍。 使用这一技术，经国家发改委立项批准、由内蒙古伊
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２０ 年 第 １ 期 ０７ １
解为氢气和氧气 。 二硅化钛在反应 中所起到的不仅是光催化作用 ， 同时能够可逆存储产生的 气体，实现氢和氧的完美分离 。 二硅化钛催化剂分解水的效率 比其他利用可见光的半导体系统更高。 此外 ， 尽管存储 的 气体中有氢气也有氧气 ， 由于氧气只有在温度高于 Ｉ０ 而且黑暗的条件下才能释放出来， 但 Ｏ＂ Ｃ
我国科学家合成出新型铂纳米材料催化剂 随着 电化学制备催化剂方法的诞生， 我国科学家合成 了新型铂纳米材料催化剂， 实现了 在催 化 活性 、 定性 和效率 上 的提高 ， 稳 这是 我 国在铂 纳 米材 料催 化剂 制备 方法上 的重 大突 破 。
铂纳米材料是一种能够提高一些重要化学反应效率的催化剂， 良好的性能已使其成为催 化剂家族的新宠 。 尽管前景广阔， 由于制备工艺的落后使得用传统方法合成的表面 由低指 但 数 晶面 组成 的铂 纳米材 料 的催化 效率 低 、使用 寿命 短 ，而铂 又属 于 资源 稀 缺 的贵金属 ，价格
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泰煤炭集团投资 的 ２５Ｗ 数倍聚光跟踪光伏发 电沙漠示范电站在鄂尔多斯市郊建成 。 ０ｋ
美开发 出新型纳米内存器件 美 国宾夕法尼亚大学研究人员 已开发 出的一种新型纳米器件，这种纳米器件能存储 １ Ｏ 万年的电脑数据 ，检索数据 的速度 比现有 的，像 闪存和微型硬盘之类 的便携式存储设备快 １０ 倍 ，而且 比目前的 内存技术更省电、存储空间更小。 ００ 研究人员采用 自 组装工艺，用纳米金属催化剂作为媒介 ，使化学反应剂在低温下结晶， 自发形成 了直径为 ３ － Ｏｍ、长度为 ｌ￣ ０５ｈ － Ｏ ｍ的纳米线 。 ｘ 这种纳米线是一种能在非晶和晶体结
光伏发电系统测控技术研究_杨子龙
第36卷第4期2015年4月太阳能学报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol.36,No.4Apr.,2015文章编号：0254-0096（2015）04-1023-06光伏发电系统测控技术研究杨子龙，王一波（中国科学院电工研究所，北京100190）摘要：首先分析离网式、集中并网式、分布式并网、光/储混合并网等几种典型光伏系统的运行方式，然后根据系统中一次设备的运行特点，总结相应测控系统的功能组成和网络拓扑方案，对各光伏电站测控系统中的测控设备和软件提出技术要求。
关键词：测控系统；离网式光伏；集中式并网；分布式并网；光/储电站中图分类号：TK513.5文献标识码：A0引言随着光伏系统的规模及其影响的不断扩大，光伏电站业主和电网公司对光伏系统的运行状态和运行控制越来越关注。
有必要对各光伏电站的运行状况进行监控、存储、分析、显示、远程监控，以便掌握光伏电站的运营管理状况及数据能效分析，为光伏电站的合理经济运行及未来光伏电站的设计提供充实的科学依据［1］。
光伏电站的测控系统将成为光伏发电系统中越来越重要的一个组成部分。
光伏发电系统按照与电网的连接关系主要分为离网式光伏电站和并网式光伏电站两种，按照其运行方式和安装位置的不同可分为离网式光伏电站、集中式并网光伏电站、分布式并网光伏电站、光/储混合并网电站［2］。
集中式和分布式并网光伏电站，电网公司对其测控系统的功能和性能都给出了典型设计，大都建立在常规变电站的综合自动化系统基础之上，控制功能较少。
随着光伏并网规模的不断扩大，还需进行更加智能化的改进［2］。
对离网式和光/储混合光伏电站的测控系统目前还未形成标准和规范，各种系统的适应条件和运行方式存在较大差异，需对其技术性能进行分析和界定。
本文针对离网式和并网式光伏发电系统的组成结构和运行方式，对各光伏电站测控系统需完成的功能进行分析研究，总结测控系统中需解决的关键技术，为测控系统的设计提供技术基础。
中科蓝天光伏发电原理及特点
中科蓝天光伏发电原理及特点光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。
光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。
硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。
当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。
当太阳光照射到P－N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。
光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。
多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。
在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P－N结。
然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。
电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。
一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。
有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。
为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。
发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。
发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。
特点无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的。
中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在：①无枯竭危险；②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区；④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦建设周期短，获取能源花费的时间短。
中科院科技成果——太阳能跟踪系统
中科院科技成果——太阳能跟踪系统项目简介
太阳能光伏发电系统在实际运行中，往往因为太阳能电池组件本身效率的不高，和阳光资源的不确定性、分散性、方向性等诸多因素导致能源利用率低。
为了有效提高光伏系统的综合发电能力，本中心研发了太阳能自动跟踪系统技术，使太阳能接收面始终正对太阳，并跟随太阳旋转，从而采集到比普通光伏系统更多的太阳能量。
主要特点
自动跟踪技术可精确探测太阳的任意方位，跟踪误差小；跟踪太阳做非线性运动，实现光、机、电一体化机械式跟踪；系统具有零间隙稳定传动，运行平稳可靠，可维护性能好。
经实测，在上午十点以前和下午四点以后的时段，太阳能自动跟踪技术可采集到比普通光伏系统超出近一倍的太阳光能量，全年平均综合发电效率提高30%左右，大大节约了发电成本，是提高可再生能源利用效率的有力举措，具有较好的经济前景。
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中科院科技成果——第四代全效光伏发电项目简介
传统平板光伏发电由于转换效率不足20%，发电成本居高不下，难以与火电、水电竞争，导致我国光伏产业几近全军覆没。
聚光光伏作为第三代光伏发电技术，发电成本有所降低，但跟踪追日系统机构复杂、成本高企，仍然无法将光伏发电成本降低至传统能源水平。
第四代全效光伏发电，主要技术原理是对太阳光进行人工干预和处理，将太阳光“加工”成适合当前普及型的晶硅电池板的人工光线，导致发电量成倍增长。
人工处理包括六种效果：广角采光、散射收集、光线准直、多倍聚光、波长优选、波段调制。
借鉴了仿生学的昆虫复眼结构，移植了西方激光武器的先进技术，综合集成的第四代光伏，单位硅电池板的入射光线增长了5-10倍，综合光电转换效率从不到20%可以最高提升至60%，综合发电量提升了15-30倍，扣除光线处理单元增加的成本，发电成本只有传统平板光伏的五分之一，降低到每千瓦时0.5元以下，在光照资源良好的地区更可降低到0.3元。
由于电池板仍沿用传统Si光电池板，当前光伏企业无需重大改造即可采用这一技术，只要在电池板上方安装光学处理器即可。
相关技术仍在不断开发完善过程中。