太阳能电池材料的原理

太阳能电池材料的原理（精选7篇）

1.太阳能电池材料的原理 篇一

关于《太阳能电池原理及应用》讲座的心得

上周三，学院组织了一次由罗教授主讲的关于太阳能电池的讲座，我早对太阳能电池的原理及应用有很大的兴趣，所以这次我毫不犹豫的参加了这次讲座，并有幸坐在了前排聆听罗教授的教诲。罗教授向我们介绍了太阳能电池的原理，分类和发展历程，让我们受益匪浅，同时也使我对太阳能电池技术产生了浓厚的兴趣。

将太阳能转换成电能的原理，也就是我们常说的光伏效应，早在1830年就被科学家发现了，但是将太阳能技术用于民间，还要说到上世纪70年代的能源危机，当时中东战争爆发，中东的各石油出口国纷纷限制石油出口，这对高度依赖石油的现代社会来说是致命的，所以这一事件的发生也让各国有远见的人们开始注意到新能源的开发和利用。

所谓的新能源就是指风能，太阳能，潮汐能，地热能，氢能等无污染的能源形式，而其中最有发展潜力的就是太阳能，因为太阳能是地球上所有能源的初始形式，一小时地球接受的太阳能足够整个世界使用一年，所以如果人类能够充分利用好太阳能，那么就等于拥有了一个取之不尽用之不竭的能源宝库，所谓的能源危机也就不复存在了。

在讲座中，罗教授向我们展示了科学家预测的未来世界能源利用情况，图表显示到2050年人类将面临最大的一次能源危机，而之后太阳能将占到人类能源使用分布的大多数，这也从另一方面说明了太阳能电池技术的广阔前景。目前，美国，日本，以德国为首的欧洲诸国都在积极发展太阳能技术，其中兴建的高效能太阳能发电站就有好几十座，所幸的是，由于国家对于新能源开发与利用技术的大力支持，中国的太阳能发电技术在世界上处于领先位置，包括无锡尚德在内的许多中国太阳能电池生产企业都在世界范围内拥有了良好的口碑和稳定的用户群。

许多人认为太阳能技术距离我们很遥远，其实太阳能技术就在我们身边。从计算器上的小太阳能发电板，到路边的太阳能路灯，再到本次世博会中用到的太阳能汽车，太阳能技术无处不在。罗教授还向我们展示了未来太阳能技术是如何与我们的生活融为一体的，屋顶的太阳能电池可以在日光强烈的时候把电能存储起来供晚上照明使用，玻璃中间可以嵌入太阳能发电膜，既可以阻止热量进入室内，又可以发电供室内照明使用。而当我看到这些诱人的未来图景的时候，我也希望自己能够投身到太阳能技术的开发前沿，为人类造福，为保护地球的生态环境造福。

这次讲座让我学到很多知识，而罗教授个人幽默风趣的演讲风格也给我留下了深刻的印象，他拥有一颗年轻的心。这就好像我们年轻的太阳能产业一样，作为一项朝阳产业，它将吸引无数有志青年投身其中，为保护地球生态环境和人类的进步做贡献。

2.太阳能电池材料的原理 篇二

由于太阳辐射到地球的热量有限, 所以只有聚焦才能获得中温。聚焦的方式有2种:一是反射聚焦, 二是折射聚焦。 反射聚焦的槽式、塔式已经投入商业运行。但是这类产品的缺点有2个:一是天长日久后聚焦面锈蚀, 使得聚焦面降低或者失去反射效果;二是容易堆积灰尘, 一旦擦洗必会影响反射面光洁度。因此, 有必要开发新的产品。

1太阳能聚光瓦的工作原理及其定义

太阳光线经过普通凸透镜折射后会聚一焦点F。如果在凸透镜的前方加上一块矩形玻璃后, 并不改变其折射效果, 如图1所示。

由此可知:在凸透镜的前方加7块叠加的矩形玻璃后, 仍然不改变其折射效果, 如图2所示。

由图1、图2得出的推论如图3左图所示, 在凸透镜的内部减去 (或者挖去) 7块叠加的矩形玻璃后, 同样不改变其折射效果, 减去后的凸透镜变为图3右图。图3右图在折射光线的性质上与图3左图的普通凸透镜没有区别。

图3右图为一个剖面形状, 其立体形状可以是以该剖面形状沿其高度方向生长所得立体形状[如图4 (a) 所示]。也可以是以其光心为轴, 将它沿轴旋转180°所得到的立体形状[如图4 (b) 所示]。

图4 (a) 可以将太阳光会聚成一条线, 图4 (b) 可以将太阳光会聚成一点。图4 (a) 、 (b) 用作会聚太阳光, 外观像古代的建筑用瓦, 所以, 定义为太阳能聚光瓦[1]。

2太阳能聚光瓦的设计

由图1~图4示意及其讨论可知, 太阳能聚光瓦实际上是一个瘦了身的普通凸透镜, 它的性质同普通凸透镜。以普通凸透镜为例说明其成像性质, 见图5。

如图5所示, 折射率为n的凸透镜由半径为R1的左侧球面和半径为R2的右侧球面构成, 一物体P的物距为S, 经凸透镜左侧球面折射后, 成像为P1', 其像距为S1', 由单球面近轴成像公式 (1) 可得:

P1'为右侧球面的虚物;P为右侧球面的像, 物距为-S1', 像距为S', 由单球面近轴成像公式可得式 (2) :

式 (1) +式 (2) 可得造镜公式, 见式 (3) 。

式 (3) 中的各物理量的正负号遵循近轴成像公式符号法则。根据要求的物距、像距, 由该公式可以设计凸透镜的曲率半径。

3太阳能聚光瓦的用途

常用的太阳能聚光瓦形状如图4所示, 采用普通玻璃制造, 每个大小约1.5 m2。安装在平房、楼房的向阳面, 替代原建筑用瓦, 由它会聚太阳光加以利用。应用在楼顶的效果如图6所示。

在楼顶的向阳面, 没有普通砖瓦, 取而代之的是太阳能聚光瓦, 这些聚光瓦将太阳光会聚成了若干直线, 在光线会聚的直线处安装吸收光线的热管。热管系密封的金属管内部加入导热物质, 具有良好的导热性。利用热管可以将汇聚的太阳光热量传递到锅炉等热利用装置中。如果再增加如图6楼房的太阳光利用面积, 可以将楼房向阳的整面南墙做成由聚光瓦构成的玻璃幕墙, 效果如图7所示。

这样几乎利用了建筑所涉及的全部太阳光。另外, 由于聚光瓦的面积较大, 所以聚光后形成的温度高, 能够在热管内得到200 ℃左右的中温。 这些热量可用于生活照明、厨房灶具等替代传统能源, 也可以用于锅炉等作工业生产用能。

4太阳能聚光瓦与太阳能建筑一体化

太阳能与建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合, 用极少的建筑成本弥补了大量的建筑能耗, 既达到了节能减排, 又能够实现能源自给。太阳能与建筑一体化是我国政府所倡导的, 在国内外刚刚起步, 太阳能建筑一体化的典型建筑是德州市的皇明微排大厦。但这些建筑物实际上是将太阳能热水器安装在建筑的支架上, 并没有很好地与建筑结合为一体, 拆开后楼房还有屋顶, 热水器也能够独立使用。而太阳能聚光瓦能够将太阳能利用和建筑有机地结合为一体, 太阳能聚光瓦本身就是一种由玻璃构成的建筑材料, 起着替代普通砖瓦的作用。从成本来看, 太阳能聚光瓦系统由大面积的普通玻璃和较少的热管构成, 太阳能热水器由真空管和支架构成。 太阳能聚光瓦与热水器成本比较见表1。

表1比较时都没有考虑水箱, 按价格相同计。由表1可以明显看出, 太阳能聚光瓦系统的成本远比太阳能热水器材料少, 成本低。

太阳能聚光瓦是刚刚开发的新材料, 目前, 世界上还没有将太阳能聚光瓦和楼房结合的建筑。太阳能聚光瓦是太阳能建筑一体化的最佳材料, 亟待人们开发利用。

5太阳能聚光瓦与菲涅尔透镜的不同及优势

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔 (Augustin.Fresnel) 发明的, 他于1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃灯塔透镜。构成菲涅尔透镜的2个面其中一个是平面, 另一个是锯齿面, 如图8所示。构成太阳能聚光瓦的2个面其中一个是弧面, 另一个是锯齿面, 如图9所示。

与菲涅尔透镜太阳能装置相比, 太阳能聚光瓦有4个显著优点:

(1) 聚光瓦制成弧形状, 在太阳光线一天中的旋转照射中, 一直保持同聚光瓦曲面的入射角较小, 有利于太阳光的折射, 菲涅尔透镜由于是平面, 在清早和旁晚入射角越大, 反射越强, 不利于太阳光的吸收。图8是菲涅尔透镜1 d过程中太阳光折射示意。图9为太阳能聚光瓦在1 d过程中太阳光折射示意, 圆形代表太阳。

(2) 太阳能聚光瓦做成了弧形形状, 抗压强度大。

(3) 太阳能聚光瓦的两面都设计成了弧面, 两面的曲率是对称的, 工艺简单, 而菲涅尔透镜的一个面是平面, 另一个曲面弧面的曲率比聚光瓦的大了很多, 制作工艺变得复杂。

(4) 在聚光瓦弯曲的最高端 (中间) , 不易掉落尘土, 同时它一天中折射光的能量最大, 尘土容易掉落在聚光瓦折射能量低的瓦缝间。对菲涅尔透镜而言, 同样的尘土可能为均匀分布, 不能使折射光的能量最大的地方尘土少。

6太阳能聚光瓦的加工及安装方法

太阳能聚光瓦的制作方法同普通玻璃没有太大的区别, 可以首先制作模具, 采用浇铸法生产;也可以制造出一定几何形状的辊轮, 采用压延法生产。由于聚光瓦的外观就是一张弯曲的玻璃板, 所以, 太阳能聚光瓦的安装施工可以参照普通玻璃幕墙的施工方法。

7结语

太阳能聚光瓦是一个新兴的产品, 具有结构简单、成本低, 聚光效果好, 能够得到宝贵的中温。是应用在太阳能建筑一体化上的最佳实例。可以用于日常生活, 也可以用于工业生产, 是今后普通太阳能热水器的更新换代产品, 市场潜力巨大。

征订启事

本社有少量2002年、2003年、2004年、2005年、2007年、2008年、2009年、2010年、2011年、2012年以及2013年全年精装合订本, 80元/套, 欢迎订阅。

参考文献

3.浅谈太阳能电池原理及发展 篇三

【关键词】太阳能原理发展

随着社会的发展，人类对于能源的需求越来越高。而同时具有清洁可再生、优势的太阳能电池已经越来越受到人们的关注。太阳能在40分钟内照射到地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1年，合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略。

1 太阳能电池原理

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。当太阳光线照射到太阳能电池表面由P、N两种不同类型的半导体材料构成的P—N结时、一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，形成电子空穴对。在P—N结内建电厂的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，如果从材料两侧引出电极，并接上负载就会产生电压和电流，对外部电路产生一定的输出功率。此即太阳能电池发电的基本原理。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

2 太阳能电池组件构成及各部分功能：

1）钢化玻璃其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的，1.透光率必须高（一般91%以上）；2.超白钢化处理

2）EVA 用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。主要粘结封装发电主体和背板

3）电池片主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片，设备成本相对较低，光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜，但消耗及电池片成本很高；薄膜太阳能电池，消耗和电池成本很低，弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，但相对设备成本较高，光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，如计算器上的太阳能电池。

4）背板作用，密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都是质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。）

5）铝合金保护层压件，起一定的密封、支撑作用

6）接线盒保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型

不同，对应的二极管也不相同

7）硅胶密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

3 太阳能电池存在的主要问题

3.1 光电转换率低

目前太阳能电池存在的主要问题是光转换效率低，国际先进水平只有10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰退的现象，所以尚未大量用于作为大型太阳能电源。以现在的技术，有机太阳能电池的实验室转换率为7%-8%，寿命仅为两年，如果能想办法突破瓶颈，将在生活的各个层面中普及。预计在10年后有机太阳能电池转换率将达到18%，电池寿命也将延长到10年，手表、收音机、小型电脑处理器，甚至每家每户的窗帘上，都能使用有机太阳能电池。

3.2 环境污染问题

多元化合物薄膜太阳能电池主要包括砷化镓III--V族化合物，如硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。上述电池中尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅低，并且也易于大规模生产，但是由于镉有剧毒，容易产生环境污染问题，因此并不是制做太阳能电池的理想材料。

3.3 成本高

为什么中国企业自己生产的太阳能电池板不用，而几乎全部出口呢？原因就在于太阳能电池的价格太高。国际光伏市场以无机太阳电池为主，组件的成本约3.5美元/瓦，国内成本要高于国外，40元人民币/瓦，约必须降至1美元每瓦以下才能实现大规模应用，中间还有很大的差距。

4 太阳能发展需要解决的问题

目前太阳能电池的推广应用主要还是靠政府投资和扶持，主要原因或者说阻碍其推广应用的瓶颈还是成本太高，因此必须努力降低成本，提高效率。在太阳能电池组件提高转换效率方面，对能量损失进行分析发现太阳能转换过程中的损失主要在热损失，以及电子与空穴的复合，再就是pn结和接触电压引起。为了提高转换效率，可以对电池组件的结构进行改善，理论预测，其转换效率可达到40%以上。太阳能电池要想实现更广泛的普及，就需要突破上文所列问题，我们需要在以下方面做的更好：

首先，要减少材料损耗；

其次，要减少制造过程中的能耗；

第三，要提高太阳能电池的光电转换效率和光电特性的长期稳定性；

第四，要减少生产线设备投资，降低太阳能电池产业的进入门槛；

第五，要扩大生产规模和采用更大面积的基片。

5总结

4.太阳能热水器工作原理图 篇四

一、吸热过程

太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。现有的平板式集热器，基本上都采用结合良好的多管组合方式，如滚压或压延方法等，其中走水管子与吸热板之间的热阻几乎可以忽略。影响平板式集热器板芯性能的主要因素，一是结构设计，二是表面吸收涂层。设计良好的集热器的板芯肋片效率应该在93%以上。集热器的板芯肋片效率与板芯结构、表面处理以及集热器整体结构有关。集热器整体结构的影响可以用总传热系数来描述，其影响程度与自身的几何尺寸（肋片厚度、材质）是一样。也就是说，在同等效率的情况下，集热器热损小时板芯可以薄一些。选择性吸收表面可以提高集热效率，但是市面上这类产品为了提高经济效益，往往肋片较薄。用于热水器场合时，这类产品的实际集热效果与选择性差一些（甚至没有选择性）但肋片厚一些的集热器不会有太大的区别。

二、循环

家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力，设计良好的系统只要有5~6℃以上的温差就可以循环很好。水循环管路管径及管路分布的合理性直接影响到集热器的热交换效率。多数情况下，自然循环家用热水器系统管路中的流态都可以视为层流。集热器内管路系统的阻力主要来自沿程阻力，局部阻力的影响要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。当水温升高后，由于运动粘度减小，沿程阻力变小，局部阻力的影响变大。在一定范围内，当主管管径不变时，加大支管管径，不仅沿程阻力迅速减小，而且局部阻力也将跟着减小。一般地，支管的水力半径应在10mm以上。当主管管径达到一定值以后，增加主管管径对减小系统阻力意义不大。

三、顶水式使用过程

家用太阳能热水器的用水方式分为落水式和顶水式。落水使用方式不受自来水供水影响，其缺点是使用过程中水温先低后高，掌握不好的话容易造成突然缺水的尴尬。顶水方式则是水温先高后低，容易掌握，使用者容易适应，但是要求自来水保持供水能力。在自来水有保证的情况下，推荐使用顶水方式。家用太阳能热水器设计成顶水方式时，必须对水箱内部结构进行合理的设计，以保证出水均匀，避免形成水路“短路”或死角。使用管路最好设计成可以转换成落水式的连接方式，在自来水压力不足或停水时应急用。

组成以及制造材料

太阳能热水器是由真空集热管、保温水箱、支架、连接管道等组成的。

◆ 集热器：

系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的时候。

目前中国市场上普及的是全玻璃太阳能集热真空管。结构分为外管、内管、选择性吸收涂层、吸气剂、不锈钢卡子、真空夹层等部分。而国外成熟的集热器都是平板集热器，平板集热器具有寿命长、稳定性高、可回收的优点，但由于较真空管集热器成本稍高，国内生产的很多价格低廉的平板集热器性能确实不好，因此被国内主流太阳能厂家歪曲了平板集热器的性能。但是平板集热器在太阳能行业的发展势不可挡，不是靠一些厂家的误导就可以扼杀的。现在很多设计院的给排水设计师已经意识到了这个问题。

全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅3.3特硬玻璃制造，采用真空溅射选择性镀膜工艺。可分为铝氮单靶镀膜工艺和铜、铝、不锈钢三靶镀膜工艺。

◆ 保温水箱：

储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。

太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成。

水箱内胆是储存热水的重要部分，其用材料强度和耐腐蚀性至关重要。市场上有不锈钢、搪瓷等材质。保温层保温材料的好坏直接关系着热效率和晚间清晨的使用，在寒冷的东北尤其重要。目前较好的保温方式是进口聚氨脂整体自动化发泡工艺保温。外壳一般为彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板。

保温水箱要求保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达20年以上。

◆支架：

支撑集热器与保温水箱的架子。要求结构牢固，抗风吹，耐老化，不生锈。材质一般为彩钢板或铝合金。要求使用寿命可达20年。

◆ 连接管道：

将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的管道，使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温处理。管道质量必须符合标准，保证有10年以上的使用寿命。

优缺点

优点：安全、节能、环保、经济。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用。

缺点：安装复杂，如安装不当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。

太阳能热水器工作原理

太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐，中国，是一个能源消耗大国，每年全国能耗约占全世界能耗总量的1∕3，而全国总能耗中，有1∕3是来自建筑能耗。“向屋顶要能源”，太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备。

使用性能优势

随着人们环保意识的不断加强，越来越多的消费者倾向于选择太阳能热水器，但很多人对使用这种产品又不是很了解。在这里，我们将太阳能热水器、电热水器和燃气热水器的性能作一个粗略的比较。

一、热水产量方面

燃气热水器有5升、7升、8升等不同的型号，是指在1分钟内将水温升高25℃时所产的热水量，如果自来水的温度为25℃，则每分钟可产50℃的热水5升、7升或8升。

电热水器的标注则是30升、60升、90升等等，这是指电热水器的容水量，相当于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是30升、60升、90升。拿一个8升的燃气热水器与一个40升的电热水器相比较，8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。如果这一罐水用完，还要等半小时左右。

太阳能热水器按照年平均气温15.7℃、年日照时数2014小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡／平方米计算，如果集热面积为2平方米，年吸收太阳辐射能量为9.37×106千焦，按把水温升高35℃计算（基础水温10℃），全年可提供生活用热水（45℃）53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。

二、加热速度方面

目前生产的燃气热水器大多为快速热水器，不论什么时候，只要想用热水，打开燃气阀和水龙头，热水就会流出来。而电热水器需要预先通电半小时左右，才能开始使用。太阳能热水器在天气晴朗的时候使用更好，最理想的楼层在六至八层。

三、温度稳定性方面

燃气热水器由于是快速加热，并有调整温度装置，只要在使用开始时调到人体感觉舒适的温度，而后就会一直保持在这一温度恒定地供应热水。

电热水器在使用时需要另外接一根冷水管兑入冷水，当罐内水不断流出，冷水不断加入时，水温就会逐渐下降，直到全部是冷水。所以在使用时，需要不停地去调整冷热水的比例。

太阳能热水器使用起来暂时还不大方便，要上水，且不能保证时时有热水。

三、功率方面

燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个8升的燃气热水器和40升的电热水器相比较，8升燃气热水器的功率相当于16-17千瓦，而40升的电热水器一般为3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢？这是不可能的，因为家用电表、电线都无法承受。

四、价格方面

8升的燃气热水器价格一般在800元以上，再加上安装费，大约在1000元以上，有的甚至接近2000元。电热水器现在都在500元以上，加上安装费用，一般不到1000元。太阳能热水器的价格都在3000元以上。

使用费用方面，目前天然气每立方米为1.7元，每度电为0.44元，而太阳能热水器仅耗水费。

五、安全性方面

燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、占地小、不受水量控制。缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故，但如果能正确地了解这一点，使用时注意，也是很安全的；另外，燃气热水器启动水压高，有些住高层的用户如果不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞、安排气扇等。

电热水器的优点是能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水；使用时不产生废气，所以从这一点上讲是既安全又卫生，目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。缺点是体积大、占用室内空间大、易结水垢、对电能浪费大，最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。

太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式，可全年全天候使用。缺点是安装复杂，安装不当会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；因要安装在室外，维护较麻烦。

技术发展

我们国家追溯历史在1958年，天津大学有12.6平米的太阳能浴室。到1973年世界能源危机，寻求可再生能源，我国在上世纪70年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真空物理的背景，坚持了下来。结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。

清华大学的发明专利就是铝—氮/铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝—氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有10到30个纳米，低发射层是到150纳米。

太阳能热利用产业的发展。在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。

2001年到2006年太阳能热利用产业快速发展。2006年销售额近300亿元，提供就业机会60多万个。中国太阳热水器2005年安装量为世界的77%。真空管型约占世界总产量的90%以上，硼硅玻璃3.3年产量约占世界70%，吸气剂约占世界95%以上，年约1.9亿支真空集热管用，年约0.9亿支显像管用。大量显像管都在中国生产，吸气剂也在中国生产。这三个方面我们已经走在前面。形成配套的产业链。3.3的玻璃30万吨其中用于真空管有28万吨。真空管镀膜生产线1000条及配套设备，生产能力为2亿支，装配约2000万平方米太阳能热水器，还有配套设备。一些骨干企业做了技术改造，提高了企业的装备水平和条件。

市场分析

在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。

中国的太阳能热利用技术研究开发始于20世纪70年代末，其重点置于简单，价廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室，太阳灶，被动太阳房，太阳热水器，和太阳干燥器。这类技术在农村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生态环境和农民生活起了积极的作用，并收到了实效。20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目。主要的研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集热管。在90年代全玻璃真空集热管的科技成果通过中试转化为生产力——形成自行设计和配套的集热管生产线是科技攻关的最杰出的成果。

2007年，中国太阳能热水器产量的增长速度约为30%，年产量达2340万㎡（16380MWth），总保有量约为10800万㎡（75600MWth）（太阳能热水器寿命按10年计算，1997年前的保有量作废）。2007年，太阳能热水器市场销售额约为320亿元人民币，产值亿元人民币以上的企业有20多家；2007年，太阳能热水器的出口额增长约为28%，6500万美元左右，产品出口欧洲、美洲、非洲、东南亚等50多个国家和地区。

中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20％-30％的速度递增。但是中国太阳能热水器的生产企业有5000多家，除皇明、清华阳光、华扬、太阳雨、力诺瑞特等10个全国性品牌因质量、售后服务过硬而市场知名度较高外，行业中存在着大量纷繁芜杂的杂牌企业，这种状况不利于行业的长远发展，这就要求政府部门进行规范，加强监管引导。尽管市场现状不如人意，但市场前景仍看好。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大，相关常识

基本知识

太阳能热水器有没有保温功能？

有保温功能。太阳能热水器的真空玻璃集热管是双层玻璃构成，内表镀上热吸收层，两层之间为真空，这样相当于一个拉长的保温瓶。热量只能进不能出，热水器水箱是采用双层不锈钢板构成，中间是聚胺脂整体发泡的保温体，保温作用十分明显，一般合格的太阳能热水器每天温度下降在5℃以内。

什么是普通太阳能热水器？什么是全天候太阳能热水器？什么是全自动太阳能热水器？

普通太阳能热水器就是最基本的热水器，在晴好天气可能出热水正常使用，但阴天时如果储藏的热水用完了，就不能出热水了。全天候的热水器常备有电加热系统，当阴天时打开电加热开关，就可以出热水了，阴雨天照样能使用。如果再配套一个小容量的电热水效果更好。全自动太阳能热水器就是能够对热水顺利进行简单管理的热水器，装有定时电加热装置和定时上水装置，这种热水器一般无须人专心管理，只要打开热水器就可以出热水。热水器往往配有水位、水温显示器，使您对屋上的热水器的工作状态基本了解，有的控制仪还有排空和循环功能使热水器更好使用。

太阳能热水器能达到多少度？

我们是按照冬季日温升50度来设计真空管与水箱容积配比的，正常情况下，太阳能能达到50-70度，如果夏天连续几天未用，太阳能中水温有可能达到70-90度。

热水器能把水晒开了吗？

普通家用热水器在上满水的情况下通常是晒不开的，因为当水温升高到一定温度时达到热平衡，此时吸收热量与散失热量相等，水温不再上升。要想热水器把水晒开必须减少贮水或增加集热面积。

内胆装的水能否饮用？

除非是专门设计的可饮用、承压太阳能热水器，否则坚决不要饮用里面的水。因为普通太阳能里的水经过反复加热容易产生硝酸盐亚硝酸盐等有害物质，而且里面的水不可能完全用光，容易滋生致病菌团，即使用来洗菜其实我都是不推荐的（行业内的人都很清楚）。如果想饮用太阳能的水，推荐二次换热系统的太阳能热水器（国外几乎全部是这种）。但这种造价就稍微高一些，国内太阳能的领头羊们就避开这个问题不谈了，甚至有的不良厂家公然宣称不锈钢内胆的水可以饮用，这是不道德的。

太阳能热水器在阴天时能否使用？

带有电加热辅助功能的太阳能就能用。

安装常识

我是农村小楼单门独院，装太阳能热水器应注意什么？

单门独院装热水器条件是最好的，可以采用外墙布管的方式对每层的卫生间布进热水管，自身的水塔应高于太阳能热水器水箱1米以上，管材应采用保温管，热水器要固定好，要防止台风造成损坏。

我是新搬入户，想装太阳能，装修时应注意什么？

首先与技术质量好、售后服务完善的生产厂家联系，他们会指导您如何布置水管，一般用户只要在装修时考虑热水管的入口和出水管的出口，如果是选用电加热和带控制仪的用户还要确定开关或者控制仪的安放地点，以达到方便、安全、和谐的目的，室外安装地点一般由供应商与用户协商解决，届时应取得物业或者有关邻居的认同，即可开始安装。

上下水管和溢流管使用什么管比较好？

因为热水器内水温最高可达95度，为防止材料老化或软化，影响正常使用，最好使用优质铝塑管。

不同厂家的铝塑管为什么有很大的价格差别？

不同厂家的铝塑管因质量不同，会有较大的价格差，主要表现在：一是塑料的材质和厚度有差别；二是铝芯结构不同，有焊接式和搭接式；三是铝芯的材质和厚度的区别。江苏华扬公司的铝塑管是采购自正规的生产企业，符合国家标准和使用要求。

太阳能热水器的水箱和管路保温材料是否可用聚苯乙烯保温管？

不好，因为太阳能热水器的水温最高可达90度以上，聚苯乙烯保温材料在此高温下收缩时很大，使保温层产生很大的缝隙，质量差的在此温度下可发生较严重的收缩变形。

这么多水在太阳能里面，会不会把房顶压坏？

正常的屋顶都考虑到了荷载，一般在150公斤/平方米，太阳能是可以安装的。如果是轻屋顶，安装太阳能的时候需要做基础加固处理的。

买太阳能费用包不包括安装费？

华扬为消费者提供全方位上门服务：上门设计、上门安装、调试、维修、培训服务；全部送货上门；全部建档回访。保修期内，属产品质量问题及安装质量问题实行全免费服务。安装配件另外收费，是因为用户住的楼层、房子的面积不一样、对配件的功能选择不一样，那么所用的配件费肯定差别很大。另外，市场上太阳能配件好坏不一，即使安上质量好的太阳能热水器，没有好的配件，使用起来，也是麻烦很多，室内管道会经常漏水。我们提供的统一配件选用优质配件，在保修期内，若坏了，免费更换新的。如果不用统一提供配件，我们不负责配件保修，只负责上门维修。实际上，我们就是为了让您使用起来更方便，不会因为配件问题给您带来麻烦。

安装支架怎么固定的？

一般采用水泥墩、打膨胀螺栓或用钢丝绳固定几种方式，根据屋顶情况选择最佳固定方式。

安装太阳能是否要打膨胀螺栓？

不一定，根据屋顶情况选择合适的固定方式。

打膨胀螺栓是否会破环防水层？

如果只能打膨胀螺栓的情况，膨胀螺栓有可能破坏防水层，要求做防水处理。

太阳能怕台风吗？

太阳能去除了反射板，这样整机的防风性能大幅度提高，另外在安装的时候，将太阳能和屋顶牢固的固定在一起，是可以抗台风的。台风时，保证太阳能中满水，这样的话，抗风性能更佳。

热水器在安装时要不要避雷？

①热水器安装前，应先将楼顶热水器旁边的避雷针有效地加高，使其高出热水器顶部半米以上，同时热水器水箱必须有效接地；

②室内出水口必须与地线等电位连接；③雷雨时不使用热水器。

使用常识

●日常使用常识

太阳能热水器在使用过程中应注意哪些问题？

１、注意上水时间。

２、根据天气情况，决定上水量，保证洗浴时适当的水温。３、定期检查热水器的管道，排气孔等元件是否正常工作。４、大气污染严重或风沙大、干燥地区定期冲洗真空管。

５、热水器安装后，非专业人员不要轻易挪动、装卸整机，以免损坏关键元件。

如何判别太阳能热水器是否水满？

一般太阳能热水器安有溢流管，可根据溢流管是否排水判断水满状态，另外可以配备水位控制仪，水满自动报警，根据报警判别。

太阳能热水器的最佳上水时间在什么时间？

真空管内无水时，即空晒状态下，管内温度能达到250℃左右，此时上水造成真空管爆裂，故在水箱内无水或第一次上水时必须在日出前或太阳落山半小时后进行。

太阳能热水器会不会对人体造成伤害？使用太阳能热水器应注意哪方面的安全？

使用太阳能热水器要注意使用安全：一是防止使用者烫伤，全国近两年来已有数例被烫伤的病例，被烫伤者往往认为太阳能产生的热水温度不会太高，实际上在夏天太阳能热水器中的水温往往达到80℃以上，使用者不注意往往被烫伤，在刚放水洗澡时要注意到起先放出的是水管中储存的部分凉水，一旦太阳能热水器中的水流到，温度会忽然上升到80℃以上，造成烫伤；二是要把热水器紧固以防台风将其从房项吹落，造成伤害。

太阳能热水器长时间不用水，会热坏吗？

真空管太阳能热水器效率高，在夏季晴天的情况下，不到两天水温可达沸点，若长时间不用水，如出差、旅游时，使水箱内长时间处于高温、高压的状态下，会促进密封圈的老化，加速聚氨酯的老化、萎缩，有时排气不畅通，压力太大还会使水箱胀坏，还会结水垢，缩短水箱的寿命。因此，若你长期不在家，应安排别人经常放热水上冷水，或者在真空管集热器上放置遮盖物挡住阳光，待回家后，再除去。

太阳能热水器好几天未用的热水还能洗澡吗？

太阳能热水器好几天未用的水一般都是较热的水了，达到70℃以上，尤其在夏天晴朗天气超过2天，水就会沸腾，到夜间会适当降温，使水温保持在60℃－70℃区域时间很长，而这个温度区域是水中细菌繁殖的极佳温度，因此，如好几天或长期不用的热水，水质较差，细菌多，要排放掉，不要洗澡或用来烧开水等饮用，这样的水洗澡对皮肤不利，长期使用这种水洗澡会引发皮肤病。

为什么太阳能热水器频繁使用好？

太阳能热水器投入使用后，要经常使用，建议每天最好使用4至5次，间隔时间在4小时以内，这是因为：

① 长时间地用水，对楼层较低的用户来说，所用到的水实际上是管道中的低温水（太阳能热水器里面的水停留在管道中降温后形成）；尤其在北方冬季，外界气温低，有时达到－25℃以下，上下水管路内的水凉地很快，若是六层楼，一楼用户每次需放掉一脸盆冷水，特别浪费，如果频繁使用就好一些；

②能有效防冻，让上下水管路始终有热源，加上保温层，可有效防冻。在北方冬季，不少人还采用室内稍微打开热水器阀门，往下滴水的办法来防冻。

冬季要把太阳能水放掉吗？

不需要要，水箱中的水是由热容的，也就是说太阳能水箱中的水是有一定热量的，水量越大，热容越大，越能延缓结冰的速度。如果把水放了，真空管中的水是放不出来的，热容变小了，容易结冰。

冬天如何使用太阳能热水器？

日照强度低，日照时间短，且环境温度低，有可能当天上水当天达不到预计温度，此时可适当控制水箱内水量，或在必要时启动电辅助系统，或燃气辅助系统。

●日常常见问题

怎么放不出热水？

出热水的原因有

1、真空管破坏，需要更换真空管；

2、下水管道、阀门或接头漏水，需要检修下水管路；

3、自来水水压高，热水流不出来，需要调小自来水流量；

4、热水器为多路出水，有串水现象，需要安装独立阀门，并关好阀门；

5、如果安装了全自动副水箱，也可能是副水箱中的浮球阀关闭不严或失效，导致不断补充冷水，降低了水温，那就需要更换浮球阀及相关部件了。

怎么太阳能漏水了？

太阳能漏水的原因有：

1、真空管损坏，需要更换真空管；

2、硅胶圈密封不严或损坏，更换硅胶圈即可；

3、溢流管堵塞，造成水箱抽瘪，需要更换主水箱；

4、室内混水阀串水，需要将混水阀调至热水或冷水一边。

5、上水管压力过大，自动阀门关不严，需要装减压阀。

普通太阳能热水器为什么会出现胀破或抽瘪现象？

普通太阳能热水器承压能力很低，且一般只留有一个排气孔，因异物堵塞排气口或安装时使排气口口径过小，在上水或排水时不能有效地卸压（正压或负压），或当地水压过大，水流量超过排气口的流通能力，使水桶承压，都会使热水器涨破或抽瘪，如冬天保温不好使排气口被冰封堵，溢流/排气口使用的材料长期受热蒸汽的蒸烤软化堵塞排气口；安装时使用的排气、溢流口管件口径大小等。

电加热功率太小，升温太慢怎么办？

现在一般城镇居民家庭用电总容量都有所限制，且家用电器也较多，太阳能热水器所配电热器是与大多数家庭的用电容量允许范围相适合，一般可通过提前加热来解决升温慢的问题，因电热器已集成了温控器，不必担心无人时造成水温过高或出现危险，如果安装了水温控制装置，则可设置成定温或定时自动加热模式。

为什么管道容易坏？

管道属于塑料产品，在太阳光照射下容易风化，特别脆，况且管道里经常冷热水交替，更容易导致管道的使用寿命降低。经销商在销售太阳能时，零售价中基本上包含了安装和材料费的，客户也希望价格便宜，安装到位，一些经销商为了给客户安装太阳能时考虑到安装材料成本费用，往往采用质量一般的产品，而且在防晒上面不采取措施，造成管道损坏，建议客户在购买太阳能时不要考虑一时的便宜，而造成以后售后麻烦。自己可以考虑采用正常的PVC自来水管一步到位接通到太阳能上，再做好必要的保温及防晒材料，这样管道寿命会大大提高，售后问题也会减少，当然成本费用上也会提高，这就要看消费者的意愿了。

清洗与保养 太阳能热水器是利用太阳能将水从低温度加热到高温度的装置，是一种热能产品。太阳能热水器以它省时，省电，省能源的特点，成为人们生活不可缺少的一部分。但人们在充分享受太阳能热水器带来便利的同时，许多消费者对怎样清洗太阳能热水器却知之甚少。下面就让我们了解一下怎样清洗太阳能热水器？

在了解怎样清洗太阳能热水器之前，先来了解一下清洗太阳能热水器的必要性。

清洗太阳能热水器不仅是一种卫生习惯，还可以延长太阳能热水器的使用寿命。如果不经常清洗太阳能热水器，不但会降低其使用价值，还会给您带来不必要的麻烦——如爆裂，漏水等。

定期清洗太阳能热水器的好处：

1.缩短加热时间；

2.热水器储存热水量“越来越多”；

3.省电费；

4.水杂质没了更加呵护您的肌肤；

5.避免水垢积多真空管热量散发不了引发爆炸事件。那么怎样清洗太阳能热水器呢？

1.打开太阳能热水器进水口；

2.太阳能热水器除垢剂加入到存水箱；

3.自动热循环20-30分钟，使除垢剂溶液充分接触各部位；

4.打开排水口，排干清洗液；

5.将水箱加满水后再循环两分钟；

6.排干循环水，清洗除垢工作完成。

太阳能热水器保养在使用过程，刚刚开始使用的用户可能不太清楚，时间长了，慢慢就会摸索出经验和规律。、洗澡时，如果太阳能热水器保养里的水已经用光，而人还没有冲洗干净，这时可以上几分钟冷水，利用冷水下沉、热水上浮的原理，将真空管内的热水顶出，就能接着洗澡了。、利用 1 的原理，如果洗完澡后，太阳能热水器保养里还有一点热水，这时上几分钟冷水，所得的热水可以多洗一个人。、根据天气预报决定上水量，可以获得比较满意的水温。如果明天晴天，可把水上满；如果阴天或多云，则上半箱水；有雨，保留原有的水不上冷水。、晚上洗完澡后，如果热水器保养水箱里还有一半近70 度的热水，为了防止热散失过大（水量越少，热散失越快），也要根据水温天气预报决定上水量。明天晴天，上满水；阴雨天，上 2/3 的水。

常见故障 非常晴朗的天气水的温度却不高，这是什么原因呢？

1、热水器的上方有树木、高楼等遮挡物。解决的办法是去掉遮挡物或者重新选择安装位置。

2、上水阀关不严，自来水（冷水）将水箱中热水顶出来。解决办法是更换上水阀。

3、水里泥沙过多（如井水）沉积在真空管内影响集热和循环。解决办法是拆开热水器，用清洁剂、净水冲洗，这种情况 属于个例。

4、当地空气污染严重，真空管表面有灰尘。解决办法是擦洗一下真空管就可以。

5、集热器内积垢，清除污垢。

太阳能漏水是什么原因造成的呢？

1、集热管密封圈损坏。更换集热管密封圈。

2、水箱内胆焊缝开裂。更换水箱。

3、热交换器支撑焊接点开裂。更换水箱。

4、电加热孔余料未净或密封圈损坏，将电加热孔余料清净或更换密封圈。

5、室内或室外某管件坏，检查具体位置并修理。

水温不高

天气不好阳光辐射能量不足阀门没拧紧或坏损真空管前方有遮挡物不能高效集热，拧紧或更换阀门清除遮挡物或另选址安装。

有时候用户冲凉忽冷忽热

这是由于水箱压力大且不稳定。这时用户可以在房顶加一个副水箱，既能蓄冷水又能稳压、兑冷水，或者用自动调温阀。

水箱涨破、抽瘪可能是什么原因造成的？

可能是因为排气孔堵塞，当水进入或排出时，内部空气不能即时排出或得到补充，形成内外压力差，从而造成涨破或抽瘪水箱。

长时间上水溢流管不出水

管路、接口脱落或堵塞真空管破损，维修管路、接正或清除堵塞物，检查更换真空管。

挡风圈处漏水

内胆硅胶圈损坏，更换硅胶圈。

碰见冬天下不来热水

1、上下水管路冻结，解冻上下水管。

2、上下水管道漏水，检修管道。

3、室外管路没有保温或保温材料连接处不严，没有启用电热带，对管路进行保温或启用电热带。

4、气阀不严，更换阀门。

5、防冻装置不严，更换防冻装置。

6、虹吸管漏气，检查虹吸管接头处。

这时可由经销商对其管道进行保温，也可用电热防冻带（板）加热管道。另外使用要有技巧：一是 晚间用完热水放空水箱，次日清晨上水。二是在最冷几天晚间打开热水阀缓缓滴出热水防冻。现在许多 厂家在设计理念上，强调以冬季好用为标准，太阳能热水器冬天也越来越好用了。

太阳能无论主机出现故障，还是其他电热带、辅助电加热出现问题，都要请专业人士来维修，也建议广大用户购买太阳能时要选择有实力的厂家，他们的售后服务也是有保证的。

竖管太阳能的缺点是集热管中的水长期不能排空，陈水长期滞留在集热管中，造成水质差，有毒有异味不能饮用,洗浴也不如新鲜水好.随使用时间的延长，集热管中的水垢增多，大大影响集热管的吸热，横管太阳能集热管中的水可以放空,克服了竖管太阳能的主要缺点.今后人们可用上新鲜水太阳能.选购常识

周围没有自来水，能不能安装太阳能热水器？

在没有自来水的地区要使用太阳能热水器，一般可借助水泵上水，另外再增设一辅助水箱与太阳能同一高度，用以储存凉水，以便洗浴时况凉水。

水质不好能不能安装太阳能？

可以安装太阳能，但会缩短真空管和电加热的寿命。

水压不够时能不能用太阳能？

当地水压不够时，可以使用增压泵来解决这个问题。

买多大容量的比较合适？

一般家庭洗浴用水最低（水温为45-50度）；男30L女40L，若家庭用水包括厨房在内，则可按人均用水量40L估算用水总量；家庭太阳能热水器冬季水温一般按50-60度计算，折算热水器容水量（江苏华扬热水器标定容积为热水器实际可用水量，有些热水器标定容积则包括真空管等不可用水量在内），实际购买时还要根据热水器情况来决定。

阴雨天怎么办？

可以购买带电辅助的太阳能热水器，阴雨天手动或自动(需要配置控制器)启动电加热来辅助加热。

电加热在何种情况下使用？

在无阳光照射或太阳光照时间太少、用水量过大以及急需用热水时可以使用电加热。

电加热能不能长时间使用？

华扬采用了英格莱电加热器，表面经氮化处理有极强的抗腐蚀性；采用可更换阳极镁棒有效保护电加热器及水箱，产品寿命较长，其寿命是普通电加热管的3-4倍。一般100-250升容量的太阳能配置的是1500瓦的电加热功率，1-5小时可以将整箱水加热。在联系阴雨天情况下，是可以长时间使用的。

电加热的“防干烧”是指什么？

“防干烧”一是指电加热器选用的是英格莱阳极镁棒电加热管，本身具有承受一定时间干烧的能力；二是电加热集成了自动限温控制元件，达到限定温度时自己断电，使在无水状态下不致长时间运行而烧毁电热器。

选用顶水式热水器还是落水式热水器好？

顶水是指一边上水，一边用进来的冷水将热水顶出水箱进入管道。顶水式热水器亦称承压热水器，这种热水器出水压力较大。落水式热水器是指将热水器的水利用大气压力自然落入用水管道，等桶中的热水用完才再进水，这种热水器出水压力较小。由于太阳能对水的加热是有时间限制的，白天加热，晚上就停止加热了。所以当前情况下，还是选用落水式的热水器较好，当白天产生的热水器在晚上用光或停止用水后再加水，可以防止水温下降，达到始终有热水用的效果，笔者认为还是落水式热水器较适用。当然，随着科技的进步、工艺的改进，承压式热水器亦可能逐步取代落水式的热水器。

电热水器、燃气热水器、太阳能热水器是市场三大主流热水器产品。目前消费者选购热水器、燃气热水器时较多关注的是产品的安全性能，而太阳能热水器在安全性能方面当属最佳，那么在选购太阳能热水器时应该关注哪些产品性能呢？

选购指导

太阳能专家提醒消费者，选购太阳能要“四看”。

一看聚光集热效果。聚光集热能力的, 强弱是衡量热水器性能优劣的重要标志，也是影响热水器得热量的重要因素。真空管是太阳能的集热“心脏”，它将光能转化为热能，让水箱里的水热起来，所以相同外界条件下真空管得热量的多少，直接影响到水温的高低。目前，市场上有两种真空管，一种是采用传统渐变膜工艺制造的真空管，另一种是采用国际领先的干涉膜专利技术制造的，具有“耐高温、抗高寒、更高效”特点的三高真空管，后者是前者的替代产品，它将热水器得热量提高了30%，彻底解决了传统真空管在阴雨天光照不足时水温不高、冬天温度过低时太阳能不好用的难题。

二看保温性能。储水箱是热水器的“热水仓库”，它的性能优劣主要体现在保温效果上。好的保温水箱不仅要看保温层厚度，还要看保温材料及工艺。

水箱保温层的厚度与材质是影响水箱保温能力的重要参数。特别是在长城以北的地区，建议选购保温层厚度在60mm以上的品牌太阳能热水器。

三看支座强度。太阳能的支架就像人的“骨架”，弱不禁风当然不行。目前应用较多的是流线形塔式支座，它采用加强、超高底座，克服了传统细杆式支架单薄不抗风的不足，抗风、抗雨雪、抗冰雹、耐腐蚀能力更强。

四看品牌和服务。太阳能热水器主机在户外，常年经受风吹雨打，需要经专业人员维修、维护。目前国内有太阳能热水器厂家数千家，由于国家迄今还没有统一的太阳能热水器检测标准，部分产品质量不过关，安装服务不到位，给用户使用带来麻烦。有关专家认为，买太阳能买的不仅是产品，更重要的是服务。因此，应选择有实力的名牌专业厂家的产品，这样的厂家安装服务人员一般都经过专业技术培训，服务周到，让消费者无后顾之忧，获得最佳保障。

太阳能热水器工程选购指南

与电热水器和燃气热水器相比，太阳能热水器有很多优点：

1、太阳能取之不尽、用之不竭。只要有阳光，太阳能热水器就可进行光热转换，一年四季均可运行

2、绿色环保。太阳能作为一种洁净的可再生能源，无环境污染，无安全隐患；

3、使用寿命长，主要部件使用寿命可达十五年以上；

4、与其它能源配套使用，可实现全天候运行；

5、经济效益显著。一次投资而长期受益是太阳能热水器的显著特点。太阳能热水器的回收期同与之比较的常规能源的价格有关，一般情况下，可在1～4年内全部收回投资。

但是，目前市场上有大大小小上百种品牌的太阳能热水器，让人眼花缭乱，好坏无从分辨，消费者无从选择。为了让消费者能挑选到质量优、售后服务好的太阳能热水器，中国太阳能协会和国家质检总局的有关专家建议消费者按照下面的步骤挑选：

第一步：确定用水量

首先应明确用户常住人数、人均用热水量，然后算出一天的热水总量，再根据热水总量以及1m2太阳能集热器产热水能力F（75—90kg/天•m2），设计太阳能集热器面积S(m2)以及保温水箱容量V(m3)。根据我们多年的经验，用户人均用55°C的热水量可以参考以下参数：

1、家庭用户：花洒喷淋用水80—100kg/人•天，或每人配置1m2的太阳能集热器面积；

2、工厂员工、学校花洒喷淋式用水：40—60kg/人•天；

3、宾馆花洒喷淋用水：80—120kg/人•天；

4、泡浴缸用水：300—500kg/人•天。

确定一天的用热水总量P（kg），把P（kg）÷F（kg）/m2，即可得太阳能集热器面积S（m2），按每平方米太阳能集热器配0.1m3的保温水箱容量的配比关系，可算出保温水箱容量：V=S（m2）*0.1m3/m2。

太阳能热水器的造价与太阳能集热器的面积和保温水箱容积有直接关系，接近于正比关系，从用户长远的、综合的利益角度考虑，适当选择大一点的太阳能集热器面积，对用户有利，因为初次多投资一点太阳能热水就充足一些，以后15年就更省运行费用。

第二步：选择太阳能集热器及其他配件

太阳能热水器的面积大小确定后，就应选定太阳能集热器的类型。目前国内市场上用的太阳能集热器的类型主要有：平板式、真空管式、热管式、U型管式等四种，四种类型各有优缺点，没有一种是完美的、占有绝对优势的。用户选择太阳能集热器类型应根据安装所在地的气候特征以及所需热水温度、用途来选定。

对于广东、福建、海南、广西、云南等冬天不结冰的南方地区的用户，选取用平板式太阳能集热器是非常合适的，因为不需要考虑冬天抗冻的问题，而平板型太阳能集热器的缺点是不抗冻，所以在南方地区使用，该缺点不会表现出来，而平板型的优点却是非常突出的：热效率高，金属管板式结构、免维护、15年寿命、性价比高。长江、黄河流域地区的用户，因为冬天会结冰，而且冬天气温高于—20℃，所以选用真空管太阳能集热器是比较合适的，既可以抗冻，性价比也比热管、U型管高，但是真空管的主要缺点是：不承压、易结水垢、易爆裂。此外，对于工业用途的热水，最好也选择平板型太阳能集热器。工业热水用量大，需要很大面积的太阳能集热器，要求集热器不易损坏、易维护、可承压，平板集热器在此方面具有显著的优越性。真空管、热管、U型管集热器都不能用于大工程，例如，真空管集热器平均每年有8‰的破损率，而一根管的破裂将导致整个系统瘫痪。

在东北三省、内蒙古、新疆、西藏地区的用户就必须选用热管型太阳能集热器，因为热管抗—40℃低温，平板式、真空管都是无法抵抗如此低温，但是热管的造价很高，而且热效率最低。

综上所述，不同类型的太阳能集热器没有绝对好、坏之分，重要的是要根据使用地区的气候特征和用途来选择最优性价比的类型，不要被某些厂家误导，多花冤枉钱。

太阳能热水系统中还会用到水管、保温水箱、控制系统等配件，配件的性能也直接影响到整个系统的优越性。可以选择铜管、不锈钢管和PPR管而不要选择镀锌管作为水管，其中，PPR管性价比最高；不要选择采用保温棉来保温的水箱，因为保温棉会吸水；集热板底可以用保温棉而不要用聚苯乙烯来保温；控制系统最好选用进口品牌。

第三步：评价设计方案

评价太阳能热水器的系统设计方案时，应重点评价以下五点，就可以基本上反映出设计方案的优劣了：

1、设计供热水量是否够用？集热器面积、水箱容量是否够大？

2、辅助加热器的功率是否够大？原则上在阴雨天启动电辅助加热应在3—5小时内就完全满足用水要求，启动热泵辅助加热应在8—16小时内就完全满足用水要求；

3、如果用户的用水量、用水时间发生变化，该系统还能否满足用户的要求？（因为在实际使用中，用户的用水量、用水时间是经常会发生变化的）；

4、在各种天气状况下，在各种用水时间、用水量变化的情况下，该系统是否达到了最大限度地利用了太阳能、最少地消耗常规能源，即是否最大程度地节能？

5、性价比是否最高？

如果通过各种方案的比较，发现以上问题的答案都是肯定的，则就是很优秀的设计方案了，否则只要有一个问题的答案是否定的，则该设计方案是不完美的，甚至是不及格的，采购者只要用自己聪明才智、知识，对照以上五个方面进行评价，就可以自己拿主意了。

第四步：尽量选择品牌

在品牌的选择上要舍“小”取“大”。品牌，是厂家对消费者的一种信誉担保，大品牌意味着更多、更可靠的保障。有些中小企业却抱着捞一把就走的心态，产品质量、售后服务都难以保证。太阳能热水器的售后服务非常重要，因为太阳能热水器是耐用消费品，而且通常是安装在楼顶，一旦出了故障，用户很难自己解决，所以售后服务一定要有保障。

一般来说，没有自己品牌的代理商或小店铺只有短期的服务能力，很难有长期的服务能力，因为他们自身的存在就是短期性质的；具有自我品牌意识的公司或其分支机构售后服务较有长期保障。

真正好的品牌很少需要上门售后服务，其上门售后服务费用支出也较低，厂家也较有信心把免费保修期定得较长，有1年的，有2年的，从这一点看，在一定程度上也可推测产品的优劣。

评价品牌的另一个重要标准就是公司历史的长短，最好选择历史超过8年的企业，历史长意味着该公司发展稳定，生存能力强，实力雄厚，技术领先，产品质量过硬，售后服务有保证。据统计，新成立的公司在2年内倒闭的可能性为80%，因此，成立时间较短的企业刚刚起步，产品和服务较不成熟，其自身的生存能力未经时间考验，很有可能在2～3年内的市场竞争中消失。当然并不是说新公司就一点不可信，如果自己不懂这方面的技术，可以找相关懂行的人帮忙，有些情况下，一个新公司要能在众多竞争中立足，往往都有自己独到的、先进的技术！

根据以上四个步骤，您就可以选择最合适的太阳能热水器产品和服务。

十大品牌

“太阳能十大排名”网上有各种各样的排法，大多是各厂家自已在炒作，都不是很客观公正，缺乏一定的评定依据。

１、首先目前阶段没有人或者是单位有权利随便评定别人是排在第几位。如果哪个行业真要排名的话，它第一个要做的就是创建一个评选单位。这个是单位必须是公开和公正的。整个太阳能行业到目前为止还没有一个这样的单位。各位想查行业排名的人士有没有发现，那些所谓的行业排名是出自谁手？为什么都是神秘人士？他们为什么不说出自己的身份或是单位呢？如果行业内真有这样一个组织，它还会躲藏吗？不！它会公开身份，让大家都知道自己。会给广大公众和消费者一个比较圆满的答案。

２、做行业排名第二个要做的事就是定规则，这个规则肯定要公开制定，要有大多数行业内人士参与意见。制定后的规则是需要行业内都认同的。规则由谁制定也很重要，谁制定谁就有更多发言权，谁就有了一定的优势。不可能所有厂家都参与，也不可能少数几个厂家关门制定。要得到行来认同是很困难的一件事。

３、评选肯定会定期举行和公布，而不是像现在网上所看到的不知道是什么时候开始的，也不知道是什么时候结束的。

４、有没有必要排名？答案是肯定的！没有必要！如果真要做行业排名，是很难做到公平和公证的。这个不光是国内做不到，就是在国外发达国家也是做不到的。像全球五百强之类的。其实比的是公司总市值，不是实力，赢利，效率等。为什么要做一个行业排名呢？我实在想不出它的必要性，它不会促进行业公平竞争，对行业的发展也没有实质帮助。一个没有意义的东西总被炒做是因为总有人相信这些不真实的东西。

5.太阳能电池材料的原理 篇五

摘要：根据智能手机电量消耗快，急需一种便捷充电器的要求，利用太阳能转化电能的原理，设计一种节能环保的充电器。关键词：便捷充电器；太阳能转化电能的原理；节能环保

Market and design of solar charger : According to the demands of convenient charger Abstractbecause of rapidly consume of the intelligent phone , producing an energy saving and environment friendly charger by the principle of changing solar energy into electrical energy.Key word convenient charger;principle of changing solar energy into electrical energy;energy saving and environment friendly:

0 引言

随着智能手机的快速发展，智能手机拥有了广大的用户。由于智能手机正常运行时，电量消耗的非常快，用户不得不随身携带充电器或是多带几块电池，然而携带普通充电器充电不方便，不能即使找到电源；多带几块电池又造成手机的多次开关机，和后盖的磨损。那么采用太阳能充电器则可以避免这两个问题。1太阳能手机电池充电器的市场

随着社会的发展，人们无论是工作还是出行越来越离不开手机。尤其是企业白领阶层和酷爱户外运动的年轻人这些消费人群在太阳能手机电池充电器的市场上占有很大份额，而且这些人酷爱时尚，无论是对太阳能手机电池充电器的外观还是性能要求都很高。因此，太阳能手机充电电池具有广阔的发展前景。

1.1已有产品

现在市场上已经有了很多的相应产品，比如NTBG（南天博光）生产的GO系列太阳能手机充电器的，（1）使用高转换效率单晶硅片，太阳能转换效率高达16%以上；（2）、太阳能电池板规格：6V/200 MA；（3）、充电器内置高容量可充电电池：1000MAH（4）、输出电压：5.5V（5）、输出电流：300－550mA；（6）、充电器给手机充电时间：约90分钟（不同品牌和型号的手机有少许差别）；（7）、太阳能给充电器充电时间：5～8小时；（8）、带有电量显示。

此外，芬兰的Suntrica（瞬充佳）公司也推出了W201黑白系列和W202彩色系列太阳能充电器，无论从外观还是质量都是值得信赖的。特别是有一款专门给iphone设计的，非常时尚。同时Sunzu、Mandun、nengtai等公司都推出了太阳能手机充电器，深圳市川淮科技有限公司也推出了自己的好几款太阳能充电器，采用了最先进的军用太阳能pv薄膜，轻便、防水、可弯曲。而且外观设计非常时尚，特别适合爱听音乐、爱旅游的年轻人。

1.2目标市场

1．学校：这个市场是手机等电子产品的拥有者密集地，特别是大学校园，大学生的消费行为相对自由，而且这一消费群体对新型电子产品的购买欲强。

2.写字楼：写字楼云集了很多商务人士，由于又经常进行商务往来，所以这一人群出差频繁，他们又是数码产品的拥有人群。出差在外而手机突然没电从而影响生意的烦恼就发生在这一消费群体身上。而太阳能手机电池充电器能帮他们解决这一问题，因而太阳能手机充电器在这一消费群中是有市场的。

3.数码产品卖场：到这里购买数码产品的人群，也是太阳能手机充电器的潜在消费者。数码产品的热销也会带动这一产品的销售。

1.3消费群定位

中高端消费群体，比如商务和旅游爱好者，方便、安全、节能的功能对该市场的消费者有很大的吸引力，加之该产品价格适中，收入高的该群体更是它的忠实消费者。收入低但无负担的人群及在校学生，也是该产品的潜在消费者，且市场空间很大。

2太阳能手机电池充电器的研究

现在市场上基本有两种类型的太阳能手机电池充电器，一种为外挂式，一种是吊坠式。但这些只能是应急时使用，不能完全依靠它给手机等数码产品充电，要实现完全给手机充电的话，一般的手机都需要的太阳能手机充电器的太阳能电池板大于0.7W.因为太阳能手机充电器的关键参数是它的太阳能电池板的功率，其二是它里面的蓄电池。

已有的太阳能充电器可以说由两部分构成，一部分是太阳能产电；另一部分是蓄电池蓄电，然后再输给手机电池。那么设计出一种能够持续直接供电的太阳能充电电池一旦被人们认可，便可以迅速占领市场。

现在的智能手机都有与其配套的外壳，那么将太阳能充电器设计成外壳样式，省略蓄电池蓄电环节，直接将电能输送手机电池，这样可以既方便又美观，使消费群体更容易接受。当然要达到这一目标，还需要对电池做出相应的改进，使电池能够适应不断的充电。

参考文献：

6.太阳能电池材料的原理 篇六

本基础强化训练报告书通过运用所学的《电子技术基础模拟部分》和《电子技术基础数字部分》以及protrel软件和相关知识设计了一个以太阳能为能源的充电器。太阳能电池是将太阳能转化为电能的一般装置，利用太阳电池给普通后备电池充电的充电器电路。实现了太阳能在日常生活中的利用。

基础强化训练中用到了许多以前学的元器件。比如说运算放大器，MOS管，或非门，三极管，二级管，和相关电阻等等。电路原理图是用protel画的，还用了protel软件制了PCB板。

基础强化训练报告书中还对太阳充电器的原理进行了说明以及原理图用protel的画法。以及电气检查，生成网络表，PCB板的制作等。1

武汉理工大学基础强化训练报告

2设计内容及要求

2.1设计的目的及主要任务

2.1.1设计的目的

（1）主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。

（2）学习protel软件的应用。能熟练地用protel找元件，编新的元器件绘制原理图；会熟练地利用protel软件对元器件进行封装；更改其属性；对整个电路图进行ERC电气规则检查；对整个电路生成网络表格如果有错误进行检查和改正；PCB印刷电路板的制作。

（3）对word进一步的熟练和精通，更快，刚好的利用word进行文字处理和编辑。比如文字的大小段落的间隔，图片的位置，页眉页脚的添加，目录的自动生成等。

（4）基础课程和基本技能强化训练，对所学的《电子技术基础模拟部分》，《电子技术基础数字部分》以及相关的电路和物理知识进行加强和巩固。把所学的理论知识加以利用。使得理论和实践相联系，把抽象的理论和具体的实际相结合，使学以致用。

a 设计一个太阳电池充电器电路；用太阳电池给一般的生活备用电池充电。其中太阳电池是把太阳能转换为电能的一种装置。

b 对所设计电路的基本原理进行分析。说明电路的充电原理。以及相关部件的工作原理。2

武汉理工大学基础强化训练报告

2.1.2 设计任务及主要技术指标和要求

1、基础课程和基本技能强化训练

(1)设计一个具有一定功能的电路；但电路不能太简单。(2)对所设计电路的基本原理进行分析；

2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练

要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。

3、基本动手能力和知识应用能力强化训练(1)学习PROTEL软件；

(2)绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范；

4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。3

武汉理工大学基础强化训练报告 方案的选择论证及设计原理

方案一：

用单片机相关芯片和电阻器件做太阳能电池充电器，到网上找单片机的程序输入单片机实现多位LED数码显示器的动态扫描驱动电路。方案二：

用所学的模电数电知识做，选用芯片相关的芯片，或者逻辑门，电阻，电容等元器件做。

选择方案二： 理由：

a.以前自己对单片机不是很熟悉

b.用方案二可以巩固模电和数电知识，让自己学以致用。对相关的知识有进一步的了解和扩张。

c.选用方案一我觉得相关的程序不是很了解 4

武汉理工大学基础强化训练报告

4总电路原理分析以及电路图

强化训练的题目是要用太阳电池堆备用电池充电。

如下图1是其电路的总电路图。是利用太阳电池的充电器电路。有后备电池经电子录波器（VT5）与闻言二级管（VD3）构成稳压电路，其稳定电压作为A2反相输入端的基准电压。电阻R14.R15.R16和滑动变阻器RP检测的电池电压加到A2的同向输入端。

当低于基准电压时，A2输出低电平，VT3导通，则VT1和VT2导通。若A1检测的太阳能电池的电压高于备用电池的电压，则开始对后备电池充电。

若A1检测的太阳能电池的电压低于后备电池的电压时，则A1输出低电平，经门G1和G2加到VT4的基极使其截止。G3和G4为多谐振荡器，没14S产生宽为15ms的脉冲。

脉冲为高电平时，VT4导通，VT3截止，VT1和VT2也截止，A1将后备电池的电压与太阳电池的电压进行比较，如太阳电池的电压比后备电池的低，VT1和VT2继续截止状态。由于是用越位1/1000的占空比对电压进行采样，因此，充电过程损耗可以忽略不 5

武汉理工大学基础强化训练报告

图1 利用太阳电池的充电器电路（左边为太阳能电池右边为备用电池）

武汉理工大学基础强化训练报告 用protel绘图的过程以及PCB板的制作

5.1用protel绘图

5.1.1准备工作

（1）找有关protel的书；

（2）设计一个太阳能充电器的原理图；（3）安装protel软件.5.1.2绘图

（1）打开protel，建立项目，选择Schematic.Document来创建一个电路原理图设计文件sheet.ddb。双击sheet.ddb进入原理图设计主界面。（2）a 熟悉工具条 b 熟悉快捷键的利用

c 选择元器件，元件库里没有的元件自己编辑后放入原理图界面，编辑元件是从书上学的，下面是一些自己编辑的一些新元件。

图2由或非门编辑的元件

武汉理工大学基础强化训练报告

图3由一般的运放编辑的新元件

图4由一般的运放编辑的新元件

武汉理工大学基础强化训练报告

（d）摆放元件

Space键：让元件作90°的旋转； X键：元件左右对调。Y键：元件上下对换。（e）元件连线

当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电器特性线时，指针的中心将会出现一个黑点，她提示我们在当前状态下单击鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。

（f）加入输入/输出端口（g）更改元件属性

更改元件属性要注意元器件的封装号及footprint；设置元件的序号；设置元件的有效数值。

（h）ERC电气规则检查

如果有错误要检查原理图并改正其错误。9

武汉理工大学基础强化训练报告

5.2 PCB板的制作

5．2.1 生成网络表

网络表是PCB板中自动布线的灵魂，也是远离图设计软件SCH与印刷电路板软件PCB之间的接口。

选取设计菜单下的creat netlist进行网络表格的生成。

5.2.2 PCB板的制作

（1）创建PCB文件

在PCB document里创建PCB文件

（2）熟悉PCB里的一些常用的元件和相关的名词如板层，板框，飞线。铜模走线，焊点，导孔等。（3）熟悉工具条（4）制作PCB板

a，定义边框； b，加载网络表； c，摆放元件； d,自动布线； e，修改边框； f，手动写该导线； g，放置汉字标志等。下图是所做的PCB板

武汉理工大学基础强化训练报告

图5太阳电池的充电器电路的PCB板

武汉理工大学基础强化训练报告 注意事项

一：画电器连接线时有三种常见的错误，都市必须改正的。分别是

1.连接线贯穿元件，会造成PCB制作中元件也是短路的，仿真环节无法正确通过。

2.连接线段重合，会造成PCB制作环节中加载网络表后出现断线。

3.元件搭接，如果搭接点在元件端口之内，程序无法识别也会造成PCB制作环节中加载网络表后出现断线。

二：在元件的属性更改时注意：每个元件的foootprint必须要添加相应的封装好。三：在制作PCB板时注意：一定要选用keeppout layer这一层。

武汉理工大学基础强化训练报告 心得体会

我对本次基础强化训练的设计的结果还比较满意，经过努力，我完整做出了所需要的东西，经过画图我对protel更加的了解了。在选择方案时需要注意的事项考虑得不是很周到，因而有的地方弄复杂了，今后还要在这些方面多加练习和了解。

至此已经接近尾声，一周的时间虽然很短暂，但在这一个星期的基础强化训练设计过程中收获颇丰。设计的核心内容就是运用所学的《电子技术基础模拟部分》和《电子技术基础数字部分》以及protrel软件和相关知识设计了一个以太阳能为能源的充电器。太阳能电池是将太阳能转化为电能的一般装置，利用太阳电池给普通后备电池充电的充电器电路。实现了太阳能在日常生活中的利用。整个设计过程中首先对所学的数电这门课程有了更深的了解，比如集成芯片的接法PCB板电路的制作等。因为基础强化训练设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对模拟电路，数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的数电实验只是针对基础知识的演练，而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这一周下来，我对protel的利用有了提高；再次，通过此次基础强化训练，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。还有一点感悟就是，天下事为之则易，不为则难，仅此而已。

设计电路，要考虑到它的前因后果。什么功能要什么电路来实现。另外还要考虑它的可行性和实用性等等，提高了自我分析能力。同时通过这次课程设计也加深了我对模电知识的理解，增强了自己的动手能力，激发了我对电子技术的兴趣，今后一定要利用更多的课余时间做一些与电子技术有关的东西。

这次基础强化训练，锻炼了我们的动手能力。通过这次基础强化训练让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多

武汉理工大学基础强化训练报告 的知识漏洞，以后应该多钻研一下。

我知道我还有很多不足，我会在以后的时间里把它们给补起来。做基础强化训练是充实的，喜欢这种充满激情的日子，基础强化训练我尽力去做了，并且付出了努力，问心无愧。14

武汉理工大学基础强化训练报告

附录二：参考文献

[1] 康华光,陈大钦.张林.电子技术基础—数字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006 [2]施金鸿，陈光明.电子技术基础实验与综合实践教程.北京：北京航空航天大学出版社，2006 [3] 朱定华，黄松，蔡苗.protel 99 se 原理图和印制板的设计

7.太阳能电池材料的原理 篇七

高纯多晶硅的生产方法主要有化学法和冶金法两类。化学法主要采用日本的改良西门子法,该法通过控制SiHCl3纯度,不仅可生产太阳能级多晶硅(6~8N)而且还可生产半导体级多晶硅(9~11N),是目前化学法生产多晶硅最为成熟的工艺,其产品

主要应用于高精密的电子芯片。但是,由于副产物SiCl4对环境产生严重的污染,能耗高,其中电力成本占总成本的70%,光致转化效率低于20%,工艺流程长而且投资巨大约10亿人民币[5]。冶金法也称物理法,从1996年起,在日本新能源和产业技术开发组织的支持下,日本川崎制铁公司(Kawasaki Steel)开发出了由冶金级硅生产太阳能级多晶硅的方法。该方法采用了电子束和等离子冶金技术并结合了定向凝固方法,是世界上最早宣布成功生产出太阳能级多晶硅的冶金法(metallurgicalmethod)[6]。冶金法的主要工艺是选择纯度较好的工业硅进行水平区熔单向凝固成硅锭,除去硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后,进行粗粉碎与清洗,在等离子体融解炉中除去硼杂质,再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭,之后除去第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分,经粗粉碎与清洗后,在电子束融解炉中除去磷和碳杂质,直接生成出太阳能级多晶硅。冶金法具有节能环保、工序短、成本低,特别是投资少,可灵活根据资金状况,控制投资规模,但是冶金法提炼的多晶硅纯度低,通常只有4~6N,该纯度的多晶硅只能作为太阳能电池上应用,而无法应用于高端的电子芯片。通过多次凝固结晶提纯,再辅助等离子体、超声波和激光诱导等方法,虽然纯度有所提高,但能耗大,纯度提高有限,特别是无法根除多晶硅中硼、磷元素。本文系统地介绍冶金法太阳能级多晶硅的生产技术现状及有代表性的工艺、技术的研究动态,分析各种生产工艺的特点,为太阳能硅材料工艺研究提供参考。

1 冶金法提纯太阳能级多晶硅的原理

硅光伏电池衬底的杂质含量对电池性能起决定性作用。合格衬底中,除C、O、H三种杂质外,B、P、Fe、Ca、Ti、Al、C、Na等杂质浓度应低于1.0×10-6,其他杂质浓度应低于1.0×10-9,这种纯度多晶硅称为太阳能级硅(SOG-Si)。

工业金属硅的纯度约为95%~99%,又称为粗硅、冶金硅或工业硅,这种金属硅材料对太阳能光伏电池而言,含有过多的杂质,主要为非金属杂质 C、B、P和金属杂质 Fe、Al 等。冶金法通过以下技术原理,将冶金硅提纯至太阳能级硅。

1.1 定向凝固原理

工业硅中含有多种金属杂质和非金属杂质,除B、P、As、O 等几种杂质外,其他杂质在硅熔体结晶过程中的平衡分凝系数远小于1,利用这个特性,采用定向凝固使杂质原子不断从固-液界面偏析到硅熔体中,待硅熔体全部结晶完毕,采用机械切除杂质浓度高的部分,获得提纯多晶硅[7]。定向凝固工艺是一种去除杂质非常有效的方法,整个过程中没有任何化学反应,在理想的定向凝固条件下,除了P、B、O和C以外,大部分的杂质通过两次的定向凝固精练以后都能够满足太阳能级硅的要求。但是定向凝固工艺能耗高,成本比较高,通过减少定向凝固的次数,可大幅度的降低太阳能级硅的生产成本。根据晶体生长理论和杂质分凝原理,动态调整结晶速度、控制结晶过程中固-液界面的形状,是应用定向凝固原理提纯冶金硅、取得较高成品率的关键因素。

1.2 饱和蒸汽压原理

真空条件下除杂的效果主要取决于杂质的蒸汽压、炉内的真空度和熔炼的温度,是挥发去除杂质的主要途径,比基体饱和蒸气压大的杂质元素容易除掉,但也有不利的一面,即基体由于挥发损失很大。利用硅中P、Al、Na、Mg、S、Cl等杂质具有远大于硅元素的饱和蒸气压,在高温真空环境中更易以气体形态从硅熔体表面挥发出去的特性,应用高真空设备,抽出硅熔体中挥发的杂质气体达到去除杂质的目的。尤其是硅熔体中分凝系数较大,对硅材料性能影响很大的P杂质[8]。对于那些蒸汽压接近于或者高于硅的蒸汽压的杂质元素,利用真空条件下的蒸发技术去除是非常有效的。确定合适的蒸发温度 、高温实现方式和成本是应用真空高温蒸发去杂必须考虑的重要方面。

1.3 酸洗原理

由于硅对所有的酸(除了HF酸以外)都具有较高的抗腐蚀性,所以利用酸洗来去除偏析在晶界处的杂质相是一种非常有效的方法。最近SakataT等[9]对酸洗提纯硅进行了系统的基础研究,从本质上说,酸洗主要是利用了硅具有较小的分凝系数的特性,借助于富含杂质相的溶解,剩余的硅晶体得到了提纯。酸洗提纯结果与硅粉颗粒大小、酸的种类、酸的浓度、酸洗时间、酸洗温度以及搅拌条件等有密切关系。但是,酸洗采用主要是强酸(如Chu等[10]研究盐酸、王水、硫酸和硝酸的混合液的提纯金属硅工艺,甚至采用氢氟酸),这不仅造成环境污染,而且腐蚀硅表面的氧化层,反应生成水和气态的四氟化硅,这使得除杂的同时,损失了硅材料。同样,仅仅依靠酸洗并不能制备出高纯度的硅,还必须借助于其他的辅助提纯工艺才能生产出高纯硅。

1.4 造渣原理

造渣去杂利用硅熔体中某些不易挥发性杂质与加入硅熔体中的造渣剂发生化学反应,形成渣相上浮到硅熔体表面或下沉到硅熔体底部,凝固后与提纯硅结晶体分开,达到去杂效果。Morita K等[11]利用生成易于被酸洗掉的富含杂质的相来去除一些比较难处理的金属元素,得到了比较好的效果。石湘波等[12]采用磷铝共吸杂的造渣原理,兼顾了磷吸杂要比铝吸杂快,而铝吸杂的吸杂稳定性又高于磷吸杂的两者优点,获得较满意结果。但是,选择合适的造渣剂,既可以和硅熔体中的杂质有效反应形成渣相,又不带入新杂质,并容易在硅熔体定向凝固完成后进行切除,还需要进行大量实验和研发。

1.5 吹气原理

以氩气作为载气,一定种类、数量的反应气体和反应物质粉末以一定流速和压力通入提纯炉,反应气体、反应物质,将粉末与坩埚中的硅熔体表面的杂质发生化学作用,生成挥发性气体或渣相,而真空系统不断抽走杂质气体而达到纯化目的。Kichiya Suzukl等[13]对于氩气作为载体,氧气、水蒸气单独为反应气体或者二者混合气作为反应气体的研究表明,反应气体中含有氧气和二氧化碳气体时,硅熔体的表面形成了一层SiO2薄膜,阻止了熔体内部的杂质元素与反应气体之间的相互作用,当反应气体中含有水蒸气的情况下,杂质去除的情况得到了明显的改善。因为水蒸气能够阻止SiO2 薄膜的形成,使反应气体和熔体硅中的杂质元素进行充分的反应。在吹气过程中,通入的气体不断搅动硅熔体,不仅加速杂质扩散,而且可以使硅熔体表面不断更新,提高化学反应速率。整个吹气过程中应严格控制反应气体成分、吹气速度,保持炉内的真空度和热场温度分布等,使去杂效果达到最佳。

1.6 氧化原理

首先,大部分杂质都在硅颗粒的表面,通过氧化作用可以使表面的杂质及其氧化物存在于SiO2中,再通过氢氟酸腐蚀去除SiO2,杂质将被溶解到溶液中而去除。其次,由于杂质在Si和SiO2中的固溶度不同,因此引起了杂质在Si-SiO2界面的重新分布,这种现象称为“分凝效应”(segregation coefficient)[14]。这种分凝效应的程度受SiO2的氧化速率、杂质的分凝系数、杂质在Si和SiO2中的扩散系数以及氧化温度和时间等因素的影响。

2 冶金法工艺进展

2.1 Elkem工艺

Elkem工艺是由挪威Elkem公司研发的,该方法是火、湿法联合工艺的代表。Elkem是全球冶金级硅的主要生产商和供应商,因此其开发的硅精炼工艺特别强调与冶金级硅生产过程的接轨:电炉炼出的冶金级硅 直接进行火法精炼,即造渣精炼加上定向凝固,然后将多晶硅锭破碎后进行湿法酸浸除杂。Elkem已于2005年完成中试工作,该工艺流程简单,生产成本较低,能耗仅为西门子法的20%~25%,但是产品必须与电子级Si掺配才能用于制备太阳能电池[15]。

2.2 ARTIST工艺

欧洲在ARTIST项目中研究开发了该工艺[16]。利用电磁感应等离子技术提纯的工艺中,金属硅的提纯分为两步,第一步是通过化学清洗、定向凝固、甚至吹气反应,来实现金属硅被提纯成较纯的金属硅;第二步利用等离子体电磁感应加热,以含氧的气体作为反应气体,通过和杂质的作用达到去除杂质的目的。这个工艺[17,18]包含几个主要的步骤:升级的金属硅原料首先被等离子体加热成熔体状态,并被放入坩锅;然后利用电磁感应,使坩锅中的硅熔体保持熔体状态;此时利用含有氧气和氢气的混合气体,和熔体硅中的杂质进行化学反应,生成挥发性气体或炉渣,达到去除杂质、提纯金属硅的目的。经过这样的工艺,B的浓度可以低于2×10-6,P的浓度低于20×10-6,其他金属杂质的浓度低于10×10-6。

2.3 Carbothermic meth工艺

西门子公司先进的碳热还原工艺:将高纯石英砂制团后用压块的炭黑在电弧炉中进行还原。炭黑是用热HCl浸出过,使其纯度和氧化硅相当,因而其杂质含量得到了大幅度的降低。目前存在的主要问题还是碳的纯度得不到保障,炭黑的来源比较困难。碳热还原方法如果能采用较高纯度的木炭、焦煤和SiO2作为原材料,非常有发展前景。碳热还原方法的重点研究方向包括:优化碳热过程、多晶硅提纯技术和中间复合物SiO2的研究。荷兰能源研究中心(ERCN)正在开发硅石碳热还原工艺[19],使用高纯炭黑和高纯天然石英粉末作原材料,使原材料的B、P杂质含量降到1×10-6级以下,只是目前还处于实验室阶段。

2.4 HEMTM工艺

美国国家可再生能源实验室研究开发了改进热交换炉法(Heat Exchanger Method-HEMTM)法。其基本工艺流程:在真空环境下,在改进多晶硅铸锭炉中将冶金硅加热熔融态后,先后向硅熔体吹入造渣剂、湿Ar气体,利用造渣、气体反应等步骤,对硅熔体进行精炼后进行定向凝固。试验结果表明,除B和P两种杂质略高于太阳能级硅要求外,其他杂质浓度都<0.1×10-6。HEMTM 法可以有效降低B杂质浓度,通过增加精炼时间,可以B杂质浓度降低到0.3×10-6,但P杂质浓度只降低到约10×10-6。HEMTM法具有生产成本低、设备简单等特点,是目前最有工业化前景的提纯冶金硅至太阳能级硅的工艺技术之一。降低P杂质浓度,一方面可以选择合适的造渣剂;另一方面可以选用具有低B、P杂质浓度的冶金硅作为提纯的初始原料。与改良西门子法比较,精炼法提纯冶金硅至太阳能级硅工艺是一种低成本提纯方法。在低成本提纯冶金硅至太阳能级硅工艺中,还有直接采用高纯石英生产太阳能级硅的碳热还原高纯石英石法,降低提纯精度、简化西门子工艺步骤法以及用高纯 Zn、Al 等活泼金属还原四氯化硅法等工艺技术。美国道康宁公司(Dow Corning)2006年投产了1000t利用冶金级硅制备太阳能级多晶硅的生产线,其投资成本低于传统工艺(改良西门子法)的2/3[20]。2006年制备出了具有商业价值的PV1101太阳能级多晶硅材料。PV1101太阳能级多晶硅材料是世界上第一个采用大规模制备技术生产出的多晶硅材料,是太阳能技术发展的一项重要里程碑。

2.5 Kawasaki Steel工艺

日本Kawasaki Steel公司在NEDO的资助下开发了由以下两个阶段组成的提纯冶金硅至太阳能级硅工艺技术。

第一阶段,在真空环境下,首先将冶金硅料连续注入带有电子束发生装置的熔化炉内的坩埚中,同时,电子束发射装置发射的高密度电子束使硅熔化,在电子束和硅熔体液流过程的共同作用下,P等杂质快速从硅熔体表面蒸发,被真空系统排出炉外,持续进行一段时间处理后,将硅熔体倒入结晶器中,进行第一次定向凝固,去除金属杂质。对凝固后的硅锭进行机械破碎,使之达到一定粒度,进行酸洗。第二阶段,酸洗后的硅料在高频感应加热器和等离子枪的共同加热下熔化并维持熔融温度,离子枪发射Ar和等离子体,利用吹气除杂原理将硅熔体表面B等杂质不断被氧化成BO气体挥发出去,将处理后的硅熔体倒入结晶器中,进行第二次定向凝固,进一步去除金属杂质并形成结晶。

试验结果表明,电子束蒸发和等离子氧化能够降低B、P杂质浓度到0.1×10- 6水平,解决了提纯冶金硅至太阳能级硅的技术难点。两次定向凝固使金属杂质浓度大大降低,基本达到太阳能级硅的要求[21]。但电子束、等离子枪装置大大增加了生产成本和设备复杂性,而两次定向凝固工艺使生产效率受到不利影响。

3 存在问题和发展趋势

3.1 存在问题

当前硅太阳电池的大规模生产和广泛应用,使得硅材料供需缺口日益明显,以往的电子级多晶硅的生产技术如西门子法和硅烷热分解法改进工艺在一定程度上不能满足降低能耗和成本的要求,研发新的工艺和方法迫在眉睫。冶金法提纯工业硅制备太阳能级硅等低成本新工艺近年有新的突破,其光电转换效率达18%,而且结合湿法精炼等常温预处理技术,将优化繁琐的生产流程,有利于降低生产成本,有可能成为今后发展的方向。虽然冶金法工艺已经得到了广泛的研究,但是大部分工艺仍然不成熟。目前冶金法多晶硅还面临以下难题:(1)产品质量不稳定;(2)成本高;(3)化学法的威胁。冶金法生产的太阳能级硅材料应用在太阳能电池中存在如下缺陷;第一,材料的稳定性较差,在一批材料中甚至在一个硅锭中,材料的分布品质都不是很稳定,特别是磷和硼的分布不均匀,在硅晶体的制作过程中,难以控制产品的一致性,各种电性能的差异比较大,影响批量生产。第二,冶金法生产的太阳能级高纯硅制成的电池片在经过阳光的暴晒之后,衰减较为严重,最高可达30%,这就严重影响了太阳能电池的使用寿命。

3.2 发展趋势

面对越来越紧张的能源短缺和枯竭问题以及太阳能电池材料研究领域的国际竞争,而目前多晶硅材料的生产技术长期以来被美,日,德等3个国家7个公司技术封锁,市场处于垄断的状况。要解决我国太阳能电池及其材料主要依赖进口的局面,必须研发出稳定、优良以及规模化的冶金级硅精炼制备太阳能级硅的工艺,形成精炼过程的基础理论,从而加快我国太阳能级硅产业化进程。未来冶金法发展趋势主要在如下几个方面。

(1)借鉴转炉炼钢的原理,形成冶金级硅吹气氧化精炼和等离子体精炼技术,考察精炼温度、氧化性气体成分及组成对硅中Al、Ca、B、P等杂质元素去除效率的影响;

(2)研究熔渣与吹气或等离子体氧化精炼结合使用的效果,考察熔渣与气相组成对杂质去除的影响,并开发出相应的精炼装置;

(3)冶金级硅氧化精炼与定向凝固串联使用,形成从冶金级硅到太阳能级硅规模化和连续化生产作业,产品质量完全达到太阳能级硅国际标准;

(4)当前必须要解决的问题是设备的制备、工艺的稳定的问题并且加强对物理法生产的太阳能级高纯硅制成的电池片的衰减性能的基础研究。