2023年大學生創新訓練專案
研究報告
專案名稱薄膜光伏式電池垂直簾
目錄摘要 2
第1章太陽能電池的工作原理及垂直簾片的選擇 3
1.1 太陽能電池的工作原理 3
1.2 太陽能電池的種類 4
1.2.1矽基太陽能電池 4
1.2.2薄膜太陽能電池 5
1.2.3新型太陽能電池 5
1.3 垂直簾片的選擇 6
第2章垂直簾的結構及控制方式 7
2.1 垂直簾的結構 7
第3章太陽能收集系統的設計及蓄能 9
3.1收集系統的設計 9
3.1.1硬體部分 10
3.1.2軟體部分 10
3.2蓄電池儲能裝置 15
3.3使用說明 15
3.3.1實物主要構件 15
3.3.1實物細節部分 17
3.3.1工作原理 18
3.3.1具體操作過程 19
4.結束語 19
大學生創新訓練專案
薄膜光伏式電池垂直簾研究報告
摘要自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽光曬乾物件，並作為製作食物的方法，如製鹽和曬鹹魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，並不斷得到發展。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式，太陽能發電是一種新興的可再生能源。
近年來，我國光伏發電發展迅速。在國家政策的激勵和推動下，一批大型光伏電站特許權招標專案、光電建築應用示範專案、金太陽示範工程先後啟動。2023年，新增光伏裝機容量50萬千瓦，同比增長210%。
截至2023年底，光伏裝機容量已達到80萬千瓦。2023年8月，光伏標桿上網電價政策的出台，必將在一定程度上推動光伏發電的發展。
窗簾是乙個時代的文化產物，隨著人們的生活方式提高和現代住宅的豪華氛圍，窗簾成了體現人們品味的替代品。而我們的研究物件就是日常生活中必不可少的窗簾，使它不僅有遮陽的作用，同時還可以利用太陽能，綜合這兩種功能我們研究了薄膜光伏式電池垂直簾。
薄膜光伏電池式垂直簾是一種便於部署成本較低的分布式光伏發電方式的垂直簾。垂窗簾是許多高層寫字樓的標配遮陽裝置。而薄膜光伏元件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置。
所以兩者可以形成良好的組合，—電力。
本研究得到了江西省新餘學院新能源科學與工程學院的資助。
關鍵詞:垂直簾; 薄膜電池片; 控制方式;太陽能收集裝置
第1章太陽能電池的工作原理及垂直簾片的選擇
1.1 太陽能電池的工作原理
太陽能電池發電的原理主要是半導體的光電效應，即光電材料吸收光能後發生光電子轉化，然後在pn結作用下產生電動勢，輸出電能。電池器件其實就是乙個大面積的pn結。
一塊單晶半導體中，一部分摻有受主雜質是p型半導體，另一部分摻有施主雜質是n型半導體時，p型半導體和n型半導體的交介面附近的過渡區稱為pn結。p型半導體：如由單晶矽通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導體內部形成帶正電的空穴；n型半導體：
如由單晶矽通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導體內部形成帶負電的自由電子。
這樣當p型和n型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界處區域會形成乙個特殊的薄層介面，n型半導體中的一部分電子將擴散到p型半導體中去與空穴復合，p型半導體中的一部分空穴也會擴散到n型半導體中來與電子復合，導致介面的n型一側帶正電，p型一側帶負電，形成了乙個由n指向p的內建電場，從而阻止擴散進行。達到平衡後，就形成了乙個特殊的薄層形成電勢差，這就是pn結（圖1）。
圖結的形成
當太陽光照射pn結實，如果照射光子能量大於材料的禁帶寬度—導帶和價帶之間的空隙，那麼半導體內的原子由於獲得光能會釋放電子，同時產生電子-
空穴對，並擴散到pn結中。由於pn結本身存在內電場，方向從n指向p，擴散的光電子會被電場加速而驅向n區，而光生空穴擴散到pn結中後，會被電場驅向p區。於是，就在pn結的附近形成了與內電場方向相反的光生電場。
光生電場一部分抵消內電場，其餘部分是p型區帶正電，n區帶負電，於是，在pn結的兩端就出現乙個穩定的電勢差。如果pn結外電路連線，在光照射下，就成了個能夠持續提供電能的電源，構成乙個電池---光電池（圖2）。
圖2.太陽能電池的工作原理圖
1.2 太陽能電池的種類
一般來說太陽能電池可分為矽基太陽能電池、薄膜太陽能電池、新型太陽能電池。
1.2.1矽基太陽能電池
該種類電池發展最長久、技術也最成熟，又可分為，單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池。
⑴單晶矽太陽能電池
矽基太陽能電池中，單晶矽太陽能電池轉換效率最高，技術也是最為成熟。為了提高其效能，需要高質量單晶矽材料和相關的成熟的加工處理工藝，一般有表面結構化、發射區鈍化、分割槽摻雜等技術。開發的電池主要有平面單晶矽電池和刻槽埋柵電極單晶矽電池。
提高轉化效率主要靠單晶矽表面微結構處理和分割槽摻雜工藝。北京太陽能研究所研製的平面單晶矽電池（2cm×2cm）轉化效率達到19.79%，刻槽埋柵電極單晶矽電池（5cm×5cm）轉化效率達8.
6%。雖然多晶矽太陽能電池轉換效率已經很高，且在工業生產中佔據主導地位，但由於受單晶矽材料**及繁瑣的電池工藝影響，成本高居不下。
⑵多晶矽太陽能電池
熔融的單質矽在過冷條件下凝固時，矽原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶矽。 多晶矽太陽能電池不僅有單晶矽太陽能電池的高轉換效率和長壽命還有製備工藝相對簡化的優點，其轉換效率一般為15%---17%。而生產這類電池需要消耗大量的高純矽材料，電耗大，導致成本極高。
1.2.2薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池在降低成本方面比晶體太陽能電池具有很大的優勢：一是薄膜化可極大地節省昂貴的半導體材料；二是薄膜電池的材料製備和電池同時形成，節省了很多的工序。其按材料課分為薄膜矽太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池和有機薄膜太陽能電池。
其中主要的薄膜電池有非晶矽薄膜太陽能電池和碲化鎘薄膜太陽能電池。
1.2.3新型太陽能電池
主要包括染料敏化薄膜太陽能電池（簡稱dssc），其是模仿光合作用原理而研製出的一種新型的光電化學電池。 染料敏化太陽能電池的工作原理：以染料分子作為吸光的主要材料，當吸收到太陽光時，電子被激發到高能隙層，但激發態是個不穩態，所以電子必須以最快速度傳輸到緊鄰的染料分子的導電層內，同時染料分子所失去的電子也能第一時間從電解質中得到回饋。
在染料分子導帶中的電子最終經過電極而傳到外部迴路從而產生光生電流。
1.3 垂直簾片的選擇
垂直簾片有兩方面的功能；一方面要能起到窗簾的作用，因此，它要掛到窗子上，能在太陽光強時，轉動將整個窗子遮住，不讓陽光照射，當光弱時，室內需要光照，可以開啟窗簾讓光照進來。另一方面要能起到發電的作用，因此，必須選用太陽能電池片。所以綜合以上兩方面垂直簾片必須具有以下特點，重量輕，輕薄，有柔性，可以發電。
同時，應市場特點，**也要便宜，在大多數人可以接受的範圍內。
我們通過對各種電池片的特點進行仔細的研究。最終選用薄膜太陽能電池，它具有以下特點，很好的滿足了我們對垂直簾的要求；
⑴具有重量輕、工藝簡單、成本低和耗能少。
⑵非晶矽具有較高的光吸收係數這是非晶矽材料最重要的特點，也是它能夠成為低**太陽能電池的最主要因素。
⑶非晶矽的禁帶寬度比單晶矽大，隨製備條件的不同約在1.5-2.0ev的範圍內變化，這樣製成的非晶矽太陽能電池的開路電壓高。
⑷材料和製造工藝成本低、裝置簡單；而且非晶矽薄膜厚度僅有數千埃，不足非晶矽太陽電池矽基薄膜太陽電池有機電池薄膜太陽能電池，砷化稼薄膜太陽電池，cdte薄膜太陽電池，cuinse薄膜太陽電池，化合物半導體薄膜太陽電池，染料敏化太陽電池，多晶矽太陽電池晶體矽太陽電池厚度的百分之一，大大降低了矽原材料的成本；沉積溫度為100～300c。
⑸由於非晶矽沒有晶體所要求的週期性原子排列，可以不考慮製備晶體所必須考慮的材料與襯底間的晶格失配問題。因而它幾乎可以澱積在任何襯底上，如不鏽鋼、塑料甚至廉價的玻璃襯底。
⑹易於形成大規模的生產能力，這是因為非晶矽適合製作特大面積、無結構缺陷的薄膜，生產可全流程自動化，顯著提高勞動生產率。（最大1100mm*1250mm單結晶非晶矽太陽電池）
⑺多品種和多用途，不同於晶體矽，在製備非晶矽薄膜時，只要改變原材料的氣相成分或氣體流量，便可使非晶矽薄膜改性，製備出新型的太陽電池結構；並且根據器件功率、輸出電壓和輸出電流的要求，可以自由設計製造，方便地製作出適合不同需求的多品種產品。
⑻易實現柔性電池，非晶矽可以製備在柔性的襯底上，而且其矽原子網路結構的力學效能特殊，因此，它可以製備成輕型、柔性太陽電池，易於與建築整合。
⑼製備非晶矽太陽能電池能耗少，約100千瓦小時，能耗的**年數比單晶矽電池短得多。
第2章垂直簾的結構及控制方式
2.1 垂直簾的結構
電動垂直簾採用擺頁式結構，頁片可180度旋轉，通過電機機械傳動方式來實現窗簾的調光及收放，既能隨意調節室內光線，亦可通風透氣，又能達到遮陽目的。電動垂直簾集實用性,時代感和藝術感受於一體，因其溫馨、優雅大方而成為寫字樓、**機構和公共場所的首選。
電動垂直簾替代了傳統垂直簾片手拉的方式，從而改進了垂直簾的傳動方式，使其操作時更加輕便和隨意，根據使用者的需求可選用手動、遙控、集群控制或智慧型控制。電動垂直簾由交流同步窗軌電機和垂直簾機構組裝而成，用交流同步電機作為動力，通過行星減速的傳動以及行星變速系統控制電機的運轉，多頭螺旋旋轉傳動棒控制簾片開合，十字傳動棒控制簾片轉向，從而實現簾片行程和轉向的控制，既可使簾片左右運動，實現垂簾的收放，也可使簾片轉向，對尺寸較大的垂簾特別適用，無需長時間的拉繩操作。軌道採用優質質鋁合金型材，開合流暢，表面經氧化磨沙處理，細膩光滑，耐用持久；導軌四級齒輪調節杆由直徑為5mm的鋁芯構成，採用純銅螺帽和工程塑料固定，是家居辦公室不錯的選擇
⑴薄膜光伏電池簾片，薄膜光伏電池垂直簾採用194×60公釐薄膜光伏電池葉片，超輕，超薄，柔軟可彎曲，不鏽鋼襯底柔性好，元件封裝採用了uv固化聚合物，防水效能出色，重量輕，柔性好，保證了很高的耐用性。
⑵軌道：採用優質質鋁合金型材，開合流暢，表面經氧化磨沙處理，細膩光滑，耐用持久；導軌四級齒輪調節杆由直徑為5mm的鋁芯構成，採用純銅螺帽和工程塑料固定，是家居辦公室不錯的選擇。軌道可分：
直路軌和彎軌。
⑶滑箱組:採用abs及pom原材料精製而成，能經受五萬次的拉動或轉動而不變形，精確度高。葉片開啟時，角度一致富有線條感；葉片閉合時，重疊部分均勻一致，整齊簡潔。
⑷下擺珠鏈:採用高強度，低摩擦係數聚甲醛工程塑料，呈乳白色，美觀大方。
可行性研究報告
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一 可行性研究報告 1 1 引言 3 1.1編寫目的 3 1.2專案背景 3 1.3定義 3 1.4參考資料 3 2 可行性研究的前提 4 2.1要求 4 2.2目標 4 2.3條件 假定和限制 5 2.4可行性研究方法 5 2.5決定可行性的主要因素 5 3 對現有系統的分析 6 3.1處理流程和...