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太陽能電池減反射膜技術:原理、製造與應用(簡體書)
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太陽能電池減反射膜技術:原理、製造與應用(簡體書)

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商品簡介
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目次

商品簡介

本書從實際應用出發,結合光學基礎理論和材料學設計理論,系統論述了減反射膜的設計、結構測試和生產製造技術,並通過自清潔減反射膜在太陽能電站的應用實例,提出了減反射膜技術的解決方案。
本書適合太陽能技術研究開發者、太陽能電池生產技術人員、太陽能電站企業管理者、高等院校相關專業師生閱讀。

名人/編輯推薦

1.本書理論聯繫實際,首先從太陽能電池應用角度出發,對太陽能減反射膜的結構和應用原理、減反射膜的結構和測試方法、減反射膜的設計和製備技術以及減反射膜的性能指標和測試技術進行了系統的論述,並對太陽能產業的發展和減反射膜的應用開拓進行了前瞻性的介紹。
2。本書作者從事太陽能玻璃減反射膜開發十餘年,經驗豐富,成果顯著。

能源與環保是新世紀科學技術發展的重要因素,太陽能作為清潔和可再生能源成為當前人們最關注的資源,隨著太陽能電池技術的發展,太陽能電池替代火電已成為一種不可阻擋的趨勢。特別是納米技術的發展及新材料的不斷湧現,為太陽能的充分利用提供了支援。近年來太陽能產業飛速發展,太陽能電站如雨後春筍遍佈全國,但太陽能電池的光電轉換效率和太陽能電站的維護一直是太陽能電池使用的瓶頸,提高太陽能電池光電轉換效率最直接有效的方法就是提高太陽能電池封裝玻璃或薄膜的透過率,減反射膜技術因此應運而生,成為太陽能電池產業升級的關鍵。開發使用具有自清潔功能的減反射膜,不僅可以提高太陽能電池的發電效率,而且還能增加太陽能電池輸出電量的穩定性,因此,使用自清潔減反射膜技術成為太陽能電池行業迫切的市場需求。同時,減反射技術還可以應用到平板顯示器、飛機汽車前擋風玻璃、光學儀器、塑料大棚等軍工、航太、農業等領域。
從2007年5月筆者應國內某太陽能玻璃龍頭企業之邀開始做太陽能玻璃減反射膜開發工作起,至今已過去12年。十多年來,從最初研究出的減反射膜實驗室小樣,到太陽能玻璃生產線的試車生產的產品,再到如今應用於太陽能電站的太陽能電池組件(可提高太陽能電池的發電效率),減反射膜的研究和開發走過了漫長而曲折的道路,其產品也由最初的減反射膜、超親水型自清潔減反射膜,到如今的可防灰超疏水型減反射膜,其技術在不停地進步,整個新產品開發經過了十多年的艱難歷程。
同步地,太陽能電池元件也由最初的只能用於太空、航空這些高端行業,發展到替代火電走入日常使用的道路,並開始走上千家萬戶的屋頂。至今,太陽能電池已被人類廣泛用於工業、農業、海洋、高山,甚至隨時可將太陽能電池穿在身上,舉在頭頂,放在身邊……太陽能電池類型也從沉重的不可折疊的硬型太陽能電池,漸漸變為輕盈可攜帶、可折疊的柔性薄膜太陽能電池。時代在變遷,太陽能技術在不斷發展,減反射膜技術也在與時俱進。
隨著太陽能電池技術的發展、太陽能電池應用的拓寬,對太陽能電池元件提高光電轉換效率、降低成本的要求日益迫切,特別是對已經在運行的太陽能電站,太陽能電池減反射膜的應用要求日益迫切,漸漸顯示出其重要性。
本書的寫作過程亦如此,從2012年開始寫出初稿,經歷了中國光伏行業的興起、低谷和東山再起,因種種原因,直至今日才得以全部完成,其中變數一言難盡。無論多少風雨,筆者一直沉浸在太陽能這個行業,致力於對減反射膜技術進行完善和改進,其結果是美好的。
本書共分九章,第一章對太陽能、太陽能電池、太陽能電池工作原理分別進行介紹,並根據筆者對太陽能電池產業的瞭解和國內外太陽能電池應用的進展,對太陽能電池的發展趨勢進行了系統闡述。第二章主要介紹了太陽能玻璃的發展過程,並敘述了減反射膜在太陽能玻璃上的應用,從這部分,可以瞭解太陽能玻璃的由來和發展。第三章闡述了減反射膜應用於太陽能電池上的基本原理,並對不同類型的減反射膜進行了分類,其中介紹了天然的蛾眼結構和最先進的仿生結構減反射膜。第四章闡述了減反射膜的設計和製造,這部分的內容主要是論述減反射膜的設計原理和製造過程,包括太陽能玻璃減反射膜鍍膜工藝和設備以及生產過程,對希望瞭解和製造減反射膜的讀者有一定的參考借鑒作用。第五章系統介紹了減反射膜的性能和測試方法,其內容包括,減反射膜的物理化學性質及其測試方法和儀器,減反射膜的光學性能、力學性能等各項技術指標的成因、原理和測試方法與標準,這部分是製造和生產減反射膜必須瞭解的技術要求。第六章對所有的減反射膜耐候性(耐老化)檢測技術指標進行了相關介紹。其中,一部分是根據國際電子電機委員會(IEC)有關太陽能電池元件的檢測方法和標準,另一部分來源於歐盟(EN)對太陽能電池元件檢測的方法和技術標準,還有一部分參考國內鍍膜玻璃國家標準和建材行業太陽能玻璃減反射膜標準,以及筆者在實際研究、開發和應用過程中瞭解到的有關減反射膜耐老化試驗的快速檢測方法。第七章針對日益發展壯大的柔性太陽能電池及其減反射膜進行了詳細介紹,這部分內容涉及了目前最前沿的太陽能電池研究,例如:石墨烯太陽能電池、納米天線太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池等。同時,也介紹了納米技術對太陽能電池的促進和發展。第八章主要介紹筆者十幾年來所研究和應用的太陽能電池減反射膜的設計、製造和應用,其內容主要包括超親水減反射膜和超疏水防灰減反射膜這兩類技術,這部分內容是筆者在太陽能玻璃減反射膜方面研究工作的總結,作為參考提供給讀者。第九章是筆者將減反射膜技術應用於太陽能電站的實際案例。首先介紹了國內外的太陽能電站情況,太陽能電站的發展;其次介紹了太陽能電站的運作和維護過程與要求,以及目前面臨的問題和解決方案;最後,介紹了筆者在太陽能電站使用減反射膜的實際情況和試驗結果、未來減反射膜使用過程中可能面臨的問題,並提出了解決建議。
本書是針對太陽能電池光伏組件、太陽能電站和有關太陽能電池提高效率、降低成本,所進行的減反射膜原理和研究論述,其專業性不僅限於太陽能電池,也可能對其他領域的減反射膜應用和太陽能利用方面有一定的借鑒作用。
筆者整個研究、開發和應用過程長達12年之久,寫這本書的過程既是經驗總結也是學習應用的過程。完成書稿的過程也是培養人才的過程,本書第二作者,從2007年開始到太陽能玻璃企業觀摩整個技術的研究和在中試在線的試生產過程,並在寫這本書的資料準備中,做出了大量檢索翻譯工作,從2016年開始參與本書的編寫工作,特別是2017年暑假,在麻省理工大學進行了大量的文獻檢索、翻譯,並從此開始介入本書的寫作,目前第二作者已進入康納爾大學學習,並繼續參加太陽能電池有關的研究工作。
書中所有圖片、照片和資料,除特別注明外,均為筆者拍攝和繪製。
在本書相關內容的研究和開發應用工作中,筆者得到了許多太陽能行業和相關企業的支持。在此,特別感謝珠海興業太陽能股份公司劉紅維主席、孫金禮總裁、張超執行總裁、湯立文總經理、肖慧明總工和工作在一線的陽江鑫業太陽能電站的工作人員,他們對筆者在太陽能電站應用防灰減反射膜的試驗給予了大力支持!這一工作的完成,使筆者所研究開發的新型自清潔減反射膜技術得到了實際應用和實踐檢驗。還要感謝多年來在研究開發減反射膜技術的過程中所遇到的其他企業界領導給予的支持和幫助,他們是信義玻璃研發中心主任楊建軍高級工程師,中航三鑫玻璃技術公司副總經理呂皓高級工程師,原華美新材料玻璃公司呂林軍先生,河南思可達光伏材料有限公司吳麗霞女士,青島金晶玻璃已故董事長劉同佑先生和印冰博士,深圳紀興源科技股份有限公司總經理馮紀先生和彭漢新先生,易事特創始人何思模先生、易事特項目部經理邱文龍先生也對我們在太陽能電站的工作給予了大力支持。在此,深深感謝在太陽能玻璃減反射膜生產應用過程中很多光伏玻璃企業和太陽能企業的企業家們的支持和幫助!國家農業標準化監測與研究中心(黑龍江)總工程師彭麗萍研究員為筆者檢索和提供了太陽能電池光伏元件檢測的國家標準資料,暨南大學光電系鐘金剛教授為本書光學部分內容進行了審閱,暨南大學物理系研究生馮堅參與了部分圖片的繪製,在此一併致謝!
此外,感謝本書責任編輯對本書如此漫長的寫作過程給予的理解和支持!
由於太陽能電池和減反射膜技術的快速發展及筆者專業水準所限,書中存在的不足和失誤在所難免,希望讀者在閱讀本書的過程中,發現問題不吝賜教。

李玲 向嘉欣
2019年11月28日
於美國紐約州,Ithaca

目次

第一章太陽能光譜和太陽能電池/ 001
第一節太陽的結構和太陽能光譜/ 001
一、太陽的結構/ 001
二、太陽能光譜/ 003
第二節太陽能電池的結構和類型/ 004
一、太陽能電池的結構和基本製造工藝/ 004
二、太陽能電池的類型/ 006
第三節太陽能電池的工作原理與核心技術/ 017
一、太陽能電池的工作原理/ 017
二、太陽能電池的核心技術/ 019
第四節半導體與太陽能電池效率/ 021
一、半導體的性質和結構/ 021
二、半導體材料的吸收曲線/ 022
三、光電轉換效率/ 024
第五節太陽能電池的應用和發展趨勢/ 025
一、空間飛行器/ 025
二、建築/ 025
三、交通/ 026
四、通信/ 027
五、石油、海洋、氣象/ 027
六、發電系統/ 027
參考文獻/ 028

第二章太陽能玻璃及減反射膜應用/ 030
第一節太陽能電池產業發展的瓶頸和改善途徑/ 030
一、開發新的半導體光電材料/ 030
二、改進電池結構組裝方法/ 030
三、提高太陽能玻璃和太陽能電池表面封裝膜的透過率/ 031
第二節太陽能玻璃的發展/ 032
一、高透過率太陽能玻璃的開發和生產/ 033
二、減反射膜技術的引入/ 034
第三節減反射膜在太陽能電池中的應用/ 036
一、太陽能電池減反射膜的研究進展和應用/ 036
二、納米技術在減反射膜製備中的應用/ 038
三、太陽能電池減反射膜應用和存在的問題/ 040
參考文獻/ 041

第三章太陽能電池減反射原理/ 042
第一節光學基礎和薄膜光學/ 042
一、光學基礎知識/ 042
二、薄膜光學/ 045
三、真實薄膜的物理性質及其影響因素/ 046
第二節光學膜的減反射原理/ 048
一、光學膜減反射概要/ 048
二、光的性質對減反射效果的影響因素/ 049
三、光學膜性質對光學膜減反射效果的影響因素/ 050
四、減反射產生的視覺效果和優點/ 053
第三節減反射膜的類型和結構/ 054
一、按材質分類/ 054
二、按結構分類/ 055
參考文獻/ 059

第四章減反射膜的設計與製造/ 060
第一節無機化合物單層減反射膜的設計/ 061
一、材料的選擇/ 062
二、結構設計/ 062
第二節有機聚合物減反射膜的設計/ 063
一、材料的選擇/ 064
二、結構設計/ 065
第三節無機/有機複合多功能減反射膜的設計/ 065
一、材料的選擇/ 066
二、結構設計/ 067
第四節減反射膜的製備方法/ 068
一、化學法/ 069
二、物理法/ 071
三、綜合法/ 071
第五節減反射膜的製備工藝和設備/ 071
一、減反射膜的製備工藝路線和鍍膜技術要求/ 072
二、減反射膜鍍膜工藝/ 073
三、減反射膜輥塗製造工藝的優化/ 076
參考文獻/ 078

第五章減反射膜的性能及其測試方法/ 079
第一節減反射膜的物理化學性質及其測試方法/ 079
一、減反射膜的化學性質及其測試方法/ 079
二、減反射膜的物理性質及其測試方法/ 080
第二節減反射膜的光學性能及其測試方法/ 083
一、減反射膜的透過率和反射率及其測試方法/ 084
二、減反射膜的色差(均勻性)及其測試方法/ 087
第三節減反射膜的力學性能及其測試方法/ 089
一、減反射膜的硬度及其測試方法/ 089
二、減反射膜的附著力及其測試方法/ 093
三、減反射膜的耐磨性(抗剪切力)及其測試方法/ 096
參考文獻/ 097

第六章減反射膜的耐老化性能指標及其測試方法/ 098
第一節耐酸鹼性能及其測試方法/ 099
一、減反射膜的耐酸性測試方法和標準/ 099
二、減反射膜的耐鹼性測試方法和標準/ 100
第二節耐鹽霧性能及其測試方法/ 100
一、鹽霧的危害/ 100
二、耐鹽霧性能的測試方法和標準/ 101
第三節耐高溫和耐低溫性能及其測試方法/ 102
一、耐高溫性能測試方法和標準/ 102
二、耐低溫性能測試方法和標準/ 104
第四節耐風沙冰雹衝擊性能測試方法和標準/ 105
一、冰雹撞衝測試方法和標準/ 105
二、耐風沙衝擊測試方法和標準/ 106
第五節耐紫外照射性能及其測試方法/ 108
參考文獻/ 109

第七章柔性薄膜太陽能電池及其減反射膜/ 110
第一節柔性薄膜太陽能電池的特點和優勢/ 110
一、柔性薄膜太陽能電池的特點/ 110
二、柔性薄膜太陽能電池的優越性/ 112
三、柔性薄膜太陽能電池的起源和發展趨勢/ 113
第二節柔性薄膜太陽能電池的分類/ 114
一、無機柔性薄膜太陽能電池/ 115
二、有機柔性薄膜太陽能電池/ 118
三、無機-有機柔性薄膜太陽能電池/ 119
四、新型柔性薄膜太陽能電池/ 120
第三節柔性薄膜太陽能電池的結構和封裝材料/ 122
一、柔性薄膜太陽能電池的結構/ 122
二、柔性薄膜太陽能電池封裝的特點/ 124
第四節柔性薄膜太陽能電池的減反射膜/ 124
一、柔性薄膜太陽能電池減反射膜分類/ 124
二、柔性薄膜太陽能電池減反射膜的製備/ 125
參考文獻/ 126

第八章自清潔減反射膜的製造與應用/ 127
第一節超親水自清潔減反射膜的製造與應用/ 127
一、超親水減反射膜的工作原理/ 127
二、表面組成和結構對超親水效果的影響/ 128
三、光催化對表面自清潔的影響/ 128
四、超親水自清潔減反射膜的製備/ 129
五、多孔自清潔玻璃的宏觀效果/ 131
六、多孔膜的優勢和不足/ 132
第二節疏水防灰自清潔減反射膜的製備與應用/ 132
一、灰塵的類型和性質/ 132
二、灰塵分佈及其對太陽能電池組件的危害/ 133
三、防灰的原理與應用/ 135
四、太陽能電池板的清潔方法、水用量和積灰發電損失/ 136
五、防灰減反射膜的設計與製備/ 137
六、防灰減反射膜的表面結構與性能測試結果/ 138
第三節減反射膜的應用和產業前景/ 140
一、減反射膜在平板顯示器上的應用/ 140
二、減反射膜在光學儀器上的應用/ 141
三、減反射膜在汽車和飛機擋風玻璃上的應用/ 141
四、減反射膜在農業塑料膜上的應用/ 142
五、減反射膜在太陽能電站上的應用/ 142
參考文獻/ 143

第九章防灰減反射膜在太陽能電站的應用實例/ 144
第一節國內外太陽能電站的現狀/ 144
一、全球太陽能電站總量和分佈/ 144
二、中國太陽能電站總量和分佈/ 149
第二節太陽能電站的運行和維護/ 151
一、太陽能電站運行的準備/ 151
二、太陽能電站的運行/ 152
三、太陽能電站運行中的故障和處理/ 152
四、太陽能電站運行系統的智能化/ 152
第三節太陽能電池板表面的維護/ 153
一、太陽能電池板表面的污染物類型和對發電量的影響/ 153
二、太陽能電池板的維護/ 154
三、太陽能電站的清洗成本/ 155
四、太陽能電站清洗對環境的影響/ 156
第四節太陽能電站減反射膜的實施和效果案例/ 156
一、灰塵的危害/ 156
二、太陽能電站減反射膜實施案例/ 157
三、防灰效果和提高發電量資料分析/ 158
第五節太陽能電站減反射膜實施問題和解決方案/ 166
一、通過現場試驗發現的問題/ 166
二、海量太陽能電池板塗膜的解決方案/ 167
參考文獻/ 168

附錄1中華人民共和國建材行業標準:太陽能光伏組件用減反射膜玻璃(JC/T 2170—2013)/ 169

附錄2國際標準:光伏(PV)元件安全鑒定試驗要求(IEC 61730-2:2004)/ 188

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