住宅應用太陽能技術的最新進展?随着越來越多的住宅社區決定使用來自太陽的能量來為他們的日常家庭活動提供動力，正在發生的進步水平的有效性和效率提供了全新的含義正如美國能源部（DOE）進行的研究表明，普通家庭改用太陽能的成本每年都在穩步下降由于太陽能技術在現代住宅中的廣泛應用，太陽能系統的某些進步随着家庭的不同而具有不同的好處因此，了解這些新發展将有助于居民不僅能夠規劃個人太陽能系統，而且能夠承受和裝備未來的技術，現在小編就來說說關于住宅應用太陽能技術的最新進展?下面内容希望能幫助到你，我們來一起看看吧!

住宅應用太陽能技術的最新進展

随着越來越多的住宅社區決定使用來自太陽的能量來為他們的日常家庭活動提供動力，正在發生的進步水平的有效性和效率提供了全新的含義。正如美國能源部（DOE）進行的研究表明，普通家庭改用太陽能的成本每年都在穩步下降。由于太陽能技術在現代住宅中的廣泛應用，太陽能系統的某些進步随着家庭的不同而具有不同的好處。因此，了解這些新發展将有助于居民不僅能夠規劃個人太陽能系統，而且能夠承受和裝備未來的技術。

自工業革命結束以來，太陽能已成為最便宜的能源之一，能夠産生小型發電廠，例如具有專門設計窗戶的住宅區。在住宅區内，房主開始使用與房屋設計相輔相成的太陽能電池闆。有新的技術進步，使太陽能電池闆安裝變得更加高效，同時能夠提取更多的太陽光線以産生更多的能量。随着時間的流逝，許多社區正在制定太陽能行業的持續增長。他們正在尋求設定可持續發展目标，并讓家庭裝修類似于各國正在轉向的太陽能方向。由于過去三年中太陽能的通量增加，許多太陽能公司都在競相設計和制造更有效和更高效的太陽能電池闆，以節省最多的能源。

在2021年第二季度，美國國會通過延長26%的投資稅收抵免，該抵免将支持太陽能創新，并增加住宅房主和公司在家中增加太陽能電池闆的可能性兩年。投資稅收抵免的擴展在太陽能系統的存儲部分内有了巨大的增長。該系統允許由于現場可再生能源系統而獲得合格的稅收抵免。美國國會不僅參與了使太陽能電池闆價格合理的工作，美國能源部[1]也是如此。美國能源部已承諾提供數百萬美元，使研究人員能夠發現全新的太陽能技術和技術，同時降低太陽能電池闆能源的成本。

目前，矽是太陽能技術中使用最廣泛的材料，但在住宅設計和施工中，擁有不透明的窗戶通常很困難。在住宅建築中，無論大小，窗戶都可以被認為是面部，考慮到窗戶允許陽光進入，并且房屋的立面可以吸收和反射光線。通過設計和制造半透明的太陽能電池，密歇根大學的研究人員能夠建立創紀錄的8.1效率等級。該團隊沒有使用傳統的矽材料，而是使用了碳基有機材料，最終将透明度提高到43.3%[2]。這在住宅中尤其重要，因為它有可能将傳統電池交換為類似于車窗或太陽鏡的電池，無論是在新的建設階段還是現有的基礎設施。

圖1：透明太陽能電池麻省理工學院能源計劃，2013年

下圖由麻省理工學院的研究人員弗拉基米爾·布洛維奇（Vladimir Bulović）、邁爾斯·巴爾（Miles Barr）和理查德·倫特（Richard Lunt）繪制，顯示了透明光伏系統的内部工作原理，該系統旨在提高效率，同時提供視覺間隙，這與其他太陽能電池不同。這些電池可以為一座與摩天大樓一樣高的居民公寓樓提供足夠的電力，以降低成本近25%，而不會改變建築物本身的表面。

圖2：傳統和透明PV電池的光譜響應。麻省理工學院能源計劃，2013 年

地面安裝太陽能： 當屋頂的位置不足以放置太陽能電池闆時，例如，當屋頂的坡度不等于吸引太陽光線的角度或其他阻礙安裝的障礙物時，可以使用地面安裝的太陽能光伏系統。屋頂提供的局限性與地面結構不同，因此這些面闆的安裝過程允許獲得任何高度，方向和傾斜角度，隻要在地面上提供間距以産生最大的陽光[3]。在處理地面安裝的太陽能電池闆時，通常使用兩種結構設計：标準地面安裝和杆式安裝系統。兩者之間的區别在于，标準系統使用鋼框架直接錨定在系統上不同位置的地面，而杆系統是單個桅杆，錨定在地面上，面闆放置在矩形或方形框架中。房主還發現，該系統在清潔過程和維護自己的太陽能電池闆而無需安裝團隊提供維護的能力方面更容易維護。

圖 3： 地面安裝的太陽能電池闆。生态觀察， 2021

社區太陽能花園：這些太陽能技術系統提供了清潔能源的功能，而不必經曆在屋頂或地面上安裝太陽能電池闆的過程。太陽能設施由多個太陽能電池闆系統組成，這些太陽能電池闆系統連接在一起，能夠一次與多個住宅區共享，無論是單個家庭，多個家庭還是公寓式生活。盡管許多人有興趣為他們的住宅建立太陽能技術和清潔能源，但仍然有許多因素阻礙他們進行轉換。因此，許多社區設計和實施各種太陽能設施，幫助當地電網發電，這有助于為個人電費帶來信用效益。這些區域必須放置在光線充足且暴露在大量陽光下的區域。一旦從當地的太陽能花園産生能量，它就會被轉移到當地的電網，然後與周圍的居民共享。重要的是要注意，這些花園中的許多花園在社區周圍的不同可用地段和開放空間中利用地面安裝太陽能技術。太陽能社區花園分為以下三個計劃。

• 公用事業贊助 - 該計劃始終由公用事業公司運營，該公司希望增加其在可再生能源方面的投資和服務，而該社區傳統上無力自行建立技術進步。
• 私人公司 - 該計劃屬于那些對小型項目現場的太陽能發電投資感興趣的人。例如，購買或投資這家公司将允許您利用他們的太陽能發電系統作為清潔能源，而當地公司不提供太陽能技術公用事業。
• 訂閱計劃 - 在此計劃中，一家公司使用其私人資金在住宅鄰居内安裝了太陽能社區花園。然後，居民有責任按月或按年支付費用，以達到為其住宅供電所需的太陽能電池闆比例。

圖4：南布朗克斯社區太陽能花園。美國地鐵， 2020

太陽能瓦片。為匹配普通屋頂的小屋頂瓦片而創建的兩種類型的太陽能瓦片，并集成到瀝青屋頂的概念設計中，是矽瓦或銅铟镓硒化物（CIGS）光伏瓦片。許多人已經開始使用瓦片，主要是為了美學，因為許多房主想要一些與他們的家居設計相匹配的東西，而不是擁有大型傳統屋頂。這些可以采取單個面闆或一組瓦片的形式，這些瓦片可以形成瓷磚，混凝土或任何其他形式的屋頂，同時允許将太陽能轉換為家庭電能的過程。太陽能瓦片産生能量的一個衆所周知的過程是通過光伏系統進行的，據說光伏系統可以持續三十多年。這些光伏系統瓦片用于傾斜的屋頂。

• 矽太陽能單體 - 太陽能瓦可與常見的非太陽能屋頂互換，因為它們由堅固的金屬制成，帶有非晶矽膜，可以在任何天氣條件下使用。
• 銅铟镓-硒化物（CIGS） - 太陽能瓦的最新進展，其更耐用，更靈活，重量更輕，可以承受各種形式的天氣，并且仍然能夠容納足夠的太陽能。

太陽皮膚。随着太陽能技術的進步，由于太陽能皮革能夠改變為适合家庭需求的任何顔色或圖案，因此房主越來越容易接受太陽能皮膚的使用。例如，太陽能表皮可以放置在房主财産的任何地方，并且可以改變為類似于屋頂，側闆，草地等。這些皮膚可以用來包裹個人家中的所有東西。太陽能表皮為房主提供了低屋頂選擇的靈活性，這與傳統的太陽能電池闆或太陽能瓦不同。太陽能表皮由金屬支架和固定裝置制成，這些支架和固定裝置是使用薄透明材料的無軌貨架系統。

非接觸式點膠工藝。 在非接觸式點膠過程中，使用鈣钛礦 - 矽串聯太陽能電池将金屬組件施加到太陽能電池上。這是許多公司試圖商業化的過程。

鈍化發射極後電池（PERC）。 鈍化發射極後電池最初創建于1980年，至今仍在使用，以幫助增加第一代太陽能電池的能量吸收和轉化為電能。PERC由傳統的矽電池組成，這些矽電池覆蓋着層層，可以吸引陽光層通過每個電池，因此可以存儲能量用于消耗家庭能量。這些電池由晶體矽制成，可用于極端高溫[5]。

設計規格： 在PERC太陽能電池的設計中，鈍化表面是介電表面。該單元旨在限制導體金屬區域的接觸量，同時增加表面的反射。這是通過允許光子在進出細胞本身時被吸收來實現的。該技術還有助于降低面闆上的吸熱水平。

圖 5.寶可太陽能電池設計。太陽能雜志， 2022

異質結技術：同樣在20世紀80年代，為了提高功率輸出和電力效率，創建了HJT。這是一個由非結晶物質制成的無定形層，應用于稱為單晶矽的細胞狀晶片結構的兩側，或多晶矽 - 允許更多的陽光被轉化。異質結技術不僅單獨使用，而且以普通太陽能電池闆作為蓋子，以提高耐用性和效率[6]。

設計規格： HJT太陽能組件是能夠實現21.4%平均組件效率的較常用型号之一。用于設計這些面闆的材料是晶體矽（c-Si），非晶矽（a-Si）和氧化铟錫（ITO）。該技術使用基于晶圓的光伏技術和薄膜技術的組合來制造其太陽能電池。該技術可以實現高達26.7%的效率，價格範圍約為0.34美元/瓦。

圖 6.異質結太陽能電池的結構設計。太陽能雜志， 2022

雙面太陽能電池闆： 與單面異質酮工藝類似，雙面暴露在陽光下，可以吸收所有側面的陽光，與單面面闆相比，效率提高了40%。有了這些面闆，它們可以根據陽光的角度移動。

設計： 與傳統的面闆（也稱為單面面闆）相比，雙面面闆設計用于從面闆的背面和正面産生能量。通過吸引來自面闆正面的陽光并從背面收集反射光，該面闆可以産生更大的功率輸出。反射源來自放置在附近一排的一系列光伏組件。這些面闆具有對稱的電池結構，也可以獲得并保持額外的陽光，并且是n型晶圓，而傳統的面闆是P型晶圓[7]。前輻照度投射到第一層，即前鈍化和AR，然後投影到第二層，即發射器（p Si）。後部輻照度投射到稱為後部鈍化的第一層，然後投射到BSF（n Si）。就像傳統的光伏組件使用白色背闆一樣，雙面使用透明的背闆或玻璃。因此，該面闆産生或産生的能量可以使用公式1計算，這有助于設計百分比增益。

總産生能量 = 來自前方的能量 來自後方的能量

等式 1.雙面光伏能量方程

使用雙面面闆的成本優勢取決于所謂的雙面增益，即在特定标準測試條件下附加後能量（kWh）與前能量（kWh）的比率，如公式2所示。

雙面增益 （BG） = 能源回收能源前線

等式 2.雙面增益 （BG） 比

在設計這些面闆時，它們必須設計為最佳的反照率範圍，參見公式3，盡可能描述能夠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。簡單來說，為了不與反射率混淆，反照率是全光譜光的完整太陽輻射反射率。該比率是确定後面闆産生的能量的主要因素。例如，與水和瀝青相比，雪的反照率範圍要高得多。

反照率 = 反射光入射光

等式 3.反照率

設計雙面闆的下一個主要因素是高程，這會産生更有效的BG。當模塊放置在高于地面的一定高度時，可以反射更多的陽光。最佳模塊立面是那些設計為地面以上最大高度為1米（39.37英寸）的模塊立面。模塊高程和BG之間的關系可以顯示為襯紙表示，直到達到1m。随着模塊提升值的增加，BG 也會增加。

圖 7.模塊高度的雙面增益。LG電子， 2017

根據美國能源部太陽能技術辦公室的說法，增加太陽能電池闆的使用可能會減少家庭使用的碳氣體量。他們的主要模型指出，到2050年，随着企業和家庭提高其電力能力，使用清潔能源燃料，使用更多電動公交車的運輸以及使用工業能源，能源消耗将達到高達32千兆瓦交流電（GWac）。

如果太陽能電池闆的技術進步繼續以太陽能電池闆安裝的預期速度增長，他們預計家庭賬單的電費不會增加。預期的增長與太陽能行業以及那些希望研究各個社區太陽能電池闆使用趨勢的人的就業增加有很大關系。這些員工中的許多人正在探索低收入社區最适合太陽能電池闆花園的地方，這有助于降低在家中安裝的成本。這些花園可能需要放置在位于該地區中心部分的公寓樓的頂部。在這些家庭中，這不僅會影響電力，還可能允許房主轉換為爐竈或/和烘幹機等電器。[8]

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