住宅应用太阳能技术的最新进展（住宅应用太阳能技术的最新进展）

住宅应用太阳能技术的最新进展随着越来越多的住宅社区决定使用来自太阳的能量来为他们的日常家庭活动提供动力，正在发生的进步水平的有效性和效率提供了全新的含义正如美国能源部（DOE）进行的研究表明，普通家庭改用太阳能的成本每年都在稳步。

住宅应用太阳能技术的最新进展?随着越来越多的住宅社区决定使用来自太阳的能量来为他们的日常家庭活动提供动力，正在发生的进步水平的有效性和效率提供了全新的含义正如美国能源部（DOE）进行的研究表明，普通家庭改用太阳能的成本每年都在稳步下降由于太阳能技术在现代住宅中的广泛应用，太阳能系统的某些进步随着家庭的不同而具有不同的好处因此，了解这些新发展将有助于居民不仅能够规划个人太阳能系统，而且能够承受和装备未来的技术，现在小编就来说说关于住宅应用太阳能技术的最新进展?下面内容希望能帮助到你，我们来一起看看吧!

住宅应用太阳能技术的最新进展

随着越来越多的住宅社区决定使用来自太阳的能量来为他们的日常家庭活动提供动力，正在发生的进步水平的有效性和效率提供了全新的含义。正如美国能源部（DOE）进行的研究表明，普通家庭改用太阳能的成本每年都在稳步下降。由于太阳能技术在现代住宅中的广泛应用，太阳能系统的某些进步随着家庭的不同而具有不同的好处。因此，了解这些新发展将有助于居民不仅能够规划个人太阳能系统，而且能够承受和装备未来的技术。

自工业革命结束以来，太阳能已成为最便宜的能源之一，能够产生小型发电厂，例如具有专门设计窗户的住宅区。在住宅区内，房主开始使用与房屋设计相辅相成的太阳能电池板。有新的技术进步，使太阳能电池板安装变得更加高效，同时能够提取更多的太阳光线以产生更多的能量。随着时间的流逝，许多社区正在制定太阳能行业的持续增长。他们正在寻求设定可持续发展目标，并让家庭装修类似于各国正在转向的太阳能方向。由于过去三年中太阳能的通量增加，许多太阳能公司都在竞相设计和制造更有效和更高效的太阳能电池板，以节省最多的能源。

在2021年第二季度，美国国会通过延长26%的投资税收抵免，该抵免将支持太阳能创新，并增加住宅房主和公司在家中增加太阳能电池板的可能性两年。投资税收抵免的扩展在太阳能系统的存储部分内有了巨大的增长。该系统允许由于现场可再生能源系统而获得合格的税收抵免。美国国会不仅参与了使太阳能电池板价格合理的工作，美国能源部[1]也是如此。美国能源部已承诺提供数百万美元，使研究人员能够发现全新的太阳能技术和技术，同时降低太阳能电池板能源的成本。

目前，硅是太阳能技术中使用最广泛的材料，但在住宅设计和施工中，拥有不透明的窗户通常很困难。在住宅建筑中，无论大小，窗户都可以被认为是面部，考虑到窗户允许阳光进入，并且房屋的立面可以吸收和反射光线。通过设计和制造半透明的太阳能电池，密歇根大学的研究人员能够建立创纪录的8.1效率等级。该团队没有使用传统的硅材料，而是使用了碳基有机材料，最终将透明度提高到43.3%[2]。这在住宅中尤其重要，因为它有可能将传统电池交换为类似于车窗或太阳镜的电池，无论是在新的建设阶段还是现有的基础设施。

图1：透明太阳能电池麻省理工学院能源计划，2013年

下图由麻省理工学院的研究人员弗拉基米尔·布洛维奇（Vladimir Bulović）、迈尔斯·巴尔（Miles Barr）和理查德·伦特（Richard Lunt）绘制，显示了透明光伏系统的内部工作原理，该系统旨在提高效率，同时提供视觉间隙，这与其他太阳能电池不同。这些电池可以为一座与摩天大楼一样高的居民公寓楼提供足够的电力，以降低成本近25%，而不会改变建筑物本身的表面。

图2：传统和透明PV电池的光谱响应。麻省理工学院能源计划，2013 年

地面安装太阳能： 当屋顶的位置不足以放置太阳能电池板时，例如，当屋顶的坡度不等于吸引太阳光线的角度或其他阻碍安装的障碍物时，可以使用地面安装的太阳能光伏系统。屋顶提供的局限性与地面结构不同，因此这些面板的安装过程允许获得任何高度，方向和倾斜角度，只要在地面上提供间距以产生最大的阳光[3]。在处理地面安装的太阳能电池板时，通常使用两种结构设计：标准地面安装和杆式安装系统。两者之间的区别在于，标准系统使用钢框架直接锚定在系统上不同位置的地面，而杆系统是单个桅杆，锚定在地面上，面板放置在矩形或方形框架中。房主还发现，该系统在清洁过程和维护自己的太阳能电池板而无需安装团队提供维护的能力方面更容易维护。

图 3： 地面安装的太阳能电池板。生态观察， 2021

社区太阳能花园：这些太阳能技术系统提供了清洁能源的功能，而不必经历在屋顶或地面上安装太阳能电池板的过程。太阳能设施由多个太阳能电池板系统组成，这些太阳能电池板系统连接在一起，能够一次与多个住宅区共享，无论是单个家庭，多个家庭还是公寓式生活。尽管许多人有兴趣为他们的住宅建立太阳能技术和清洁能源，但仍然有许多因素阻碍他们进行转换。因此，许多社区设计和实施各种太阳能设施，帮助当地电网发电，这有助于为个人电费带来信用效益。这些区域必须放置在光线充足且暴露在大量阳光下的区域。一旦从当地的太阳能花园产生能量，它就会被转移到当地的电网，然后与周围的居民共享。重要的是要注意，这些花园中的许多花园在社区周围的不同可用地段和开放空间中利用地面安装太阳能技术。太阳能社区花园分为以下三个计划。

• 公用事业赞助 - 该计划始终由公用事业公司运营，该公司希望增加其在可再生能源方面的投资和服务，而该社区传统上无力自行建立技术进步。
• 私人公司 - 该计划属于那些对小型项目现场的太阳能发电投资感兴趣的人。例如，购买或投资这家公司将允许您利用他们的太阳能发电系统作为清洁能源，而当地公司不提供太阳能技术公用事业。
• 订阅计划 - 在此计划中，一家公司使用其私人资金在住宅邻居内安装了太阳能社区花园。然后，居民有责任按月或按年支付费用，以达到为其住宅供电所需的太阳能电池板比例。

图4：南布朗克斯社区太阳能花园。美国地铁， 2020

太阳能瓦片。为匹配普通屋顶的小屋顶瓦片而创建的两种类型的太阳能瓦片，并集成到沥青屋顶的概念设计中，是硅瓦或铜铟镓硒化物（CIGS）光伏瓦片。许多人已经开始使用瓦片，主要是为了美学，因为许多房主想要一些与他们的家居设计相匹配的东西，而不是拥有大型传统屋顶。这些可以采取单个面板或一组瓦片的形式，这些瓦片可以形成瓷砖，混凝土或任何其他形式的屋顶，同时允许将太阳能转换为家庭电能的过程。太阳能瓦片产生能量的一个众所周知的过程是通过光伏系统进行的，据说光伏系统可以持续三十多年。这些光伏系统瓦片用于倾斜的屋顶。

• 硅太阳能单体 - 太阳能瓦可与常见的非太阳能屋顶互换，因为它们由坚固的金属制成，带有非晶硅膜，可以在任何天气条件下使用。
• 铜铟镓-硒化物（CIGS） - 太阳能瓦的最新进展，其更耐用，更灵活，重量更轻，可以承受各种形式的天气，并且仍然能够容纳足够的太阳能。

太阳皮肤。随着太阳能技术的进步，由于太阳能皮革能够改变为适合家庭需求的任何颜色或图案，因此房主越来越容易接受太阳能皮肤的使用。例如，太阳能表皮可以放置在房主财产的任何地方，并且可以改变为类似于屋顶，侧板，草地等。这些皮肤可以用来包裹个人家中的所有东西。太阳能表皮为房主提供了低屋顶选择的灵活性，这与传统的太阳能电池板或太阳能瓦不同。太阳能表皮由金属支架和固定装置制成，这些支架和固定装置是使用薄透明材料的无轨货架系统。

非接触式点胶工艺。 在非接触式点胶过程中，使用钙钛矿 - 硅串联太阳能电池将金属组件施加到太阳能电池上。这是许多公司试图商业化的过程。

钝化发射极后电池（PERC）。 钝化发射极后电池最初创建于1980年，至今仍在使用，以帮助增加第一代太阳能电池的能量吸收和转化为电能。PERC由传统的硅电池组成，这些硅电池覆盖着层层，可以吸引阳光层通过每个电池，因此可以存储能量用于消耗家庭能量。这些电池由晶体硅制成，可用于极端高温[5]。

设计规格： 在PERC太阳能电池的设计中，钝化表面是介电表面。该单元旨在限制导体金属区域的接触量，同时增加表面的反射。这是通过允许光子在进出细胞本身时被吸收来实现的。该技术还有助于降低面板上的吸热水平。

图 5.宝可太阳能电池设计。太阳能杂志， 2022

异质结技术：同样在20世纪80年代，为了提高功率输出和电力效率，创建了HJT。这是一个由非结晶物质制成的无定形层，应用于称为单晶硅的细胞状晶片结构的两侧，或多晶硅 - 允许更多的阳光被转化。异质结技术不仅单独使用，而且以普通太阳能电池板作为盖子，以提高耐用性和效率[6]。

设计规格： HJT太阳能组件是能够实现21.4%平均组件效率的较常用型号之一。用于设计这些面板的材料是晶体硅（c-Si），非晶硅（a-Si）和氧化铟锡（ITO）。该技术使用基于晶圆的光伏技术和薄膜技术的组合来制造其太阳能电池。该技术可以实现高达26.7%的效率，价格范围约为0.34美元/瓦。

图 6.异质结太阳能电池的结构设计。太阳能杂志， 2022

双面太阳能电池板： 与单面异质酮工艺类似，双面暴露在阳光下，可以吸收所有侧面的阳光，与单面面板相比，效率提高了40%。有了这些面板，它们可以根据阳光的角度移动。

设计： 与传统的面板（也称为单面面板）相比，双面面板设计用于从面板的背面和正面产生能量。通过吸引来自面板正面的阳光并从背面收集反射光，该面板可以产生更大的功率输出。反射源来自放置在附近一排的一系列光伏组件。这些面板具有对称的电池结构，也可以获得并保持额外的阳光，并且是n型晶圆，而传统的面板是P型晶圆[7]。前辐照度投射到第一层，即前钝化和AR，然后投影到第二层，即发射器（pSi）。后部辐照度投射到称为后部钝化的第一层，然后投射到BSF（nSi）。就像传统的光伏组件使用白色背板一样，双面使用透明的背板或玻璃。因此，该面板产生或产生的能量可以使用公式1计算，这有助于设计百分比增益。

总产生能量 = 来自前方的能量来自后方的能量

等式 1.双面光伏能量方程

使用双面面板的成本优势取决于所谓的双面增益，即在特定标准测试条件下附加后能量（kWh）与前能量（kWh）的比率，如公式2所示。

双面增益 （BG） = 能源回收能源前线

等式 2.双面增益 （BG） 比

在设计这些面板时，它们必须设计为最佳的反照率范围，参见公式3，尽可能描述能够基于不同表面材料反射的光的比例，例如冰，沙，雪，水，草和混凝土等。简单来说，为了不与反射率混淆，反照率是全光谱光的完整太阳辐射反射率。该比率是确定后面板产生的能量的主要因素。例如，与水和沥青相比，雪的反照率范围要高得多。

反照率 = 反射光入射光

等式 3.反照率

设计双面板的下一个主要因素是高程，这会产生更有效的BG。当模块放置在高于地面的一定高度时，可以反射更多的阳光。最佳模块立面是那些设计为地面以上最大高度为1米（39.37英寸）的模块立面。模块高程和BG之间的关系可以显示为衬纸表示，直到达到1m。随着模块提升值的增加，BG 也会增加。

图 7.模块高度的双面增益。LG电子， 2017

根据美国能源部太阳能技术办公室的说法，增加太阳能电池板的使用可能会减少家庭使用的碳气体量。他们的主要模型指出，到2050年，随着企业和家庭提高其电力能力，使用清洁能源燃料，使用更多电动公交车的运输以及使用工业能源，能源消耗将达到高达32千兆瓦交流电（GWac）。

如果太阳能电池板的技术进步继续以太阳能电池板安装的预期速度增长，他们预计家庭账单的电费不会增加。预期的增长与太阳能行业以及那些希望研究各个社区太阳能电池板使用趋势的人的就业增加有很大关系。这些员工中的许多人正在探索低收入社区最适合太阳能电池板花园的地方，这有助于降低在家中安装的成本。这些花园可能需要放置在位于该地区中心部分的公寓楼的顶部。在这些家庭中，这不仅会影响电力，还可能允许房主转换为炉灶或/和烘干机等电器。[8]