除有效收集太陽熱量外,太陽能屋的節能和環保設計也十分突出。設計者在屋頂上安裝光電轉換裝置,把太陽能轉化成電能,解決了照明問題。房屋裝有巨大的隔熱窗,配置良好的通風係統,把渾濁的空氣排出室外的同時,熱量交換裝置能把廢氣中的熱量傳遞給流通至室內的新鮮空氣,以保持室內溫度。在一係列開源節流措施的帶動下,太陽能屋產電量遠遠高於用電量。幾個月內,太陽能屋發電量超過4000度,用電量僅為460度。
以色列把節能作為國家義務
以色列1980年頒布了強製安裝太陽能熱水器的法令,是實施強製法令最早的國家。該法令要求,任何低於27米的新建房屋必須安裝太陽能熱水係統。經過20多年的發展,目前住宅樓超過80%的屋頂被太陽能集熱器覆蓋,有巨大、穩定的太陽能熱水器市場。主流產品是平板自然循環熱水器。目前,80%的新增太陽能熱水器用於更換舊的太陽能熱水器。
澳大利亞:建築——五星分級管理
2001年4月1日,澳大利亞聯邦政府實施強製性可再生能源目標,要求可再生能源在電力消費量中占一定的比例,利用可再生能源者可獲得可再生能源證書,通過證書獲得補貼。根據該目標的要求,到2010年,可再生能源在電力消費量中的比例已增加2%,可再生能源已占電力總消費量的10%。政府推薦實施的建築等級評定標準,將建築分為5個等級,1星級建築能源管理差,5星級建築能源管理優秀。
政府要求新建建築必須達到一定的建築能耗水平,才能批準開工建設。雖然在多數標準和項目中,對采用何種節能技術沒有強製性規定,但太陽能熱水器在太陽能光照時間長、光照強度高的澳大利亞的多數地區已成為減少常規能源消耗、實現建築節能的重要手段。
六、性能優越的太陽能電池
太陽能電池是一種利用光生伏打效應把光能轉變為電能的器件,又叫光伏器件。物質吸收光能產生電動勢的現象,稱為光生伏打效應。這種現象在液體和固體物質中都會發生。但是,隻有在固體中,尤其是在半導體中,才有較高的能量轉換效率。所以,人們又常常把太陽能電池稱為半導體太陽能電池。
半導體材料的種類很多,按其化學成分,可分為元素半導體和化合物半導體;按其是否有雜質,可分為本征半導體和雜質半導體;按其導電類型,可分為N型半導體和P型半導體。此外,根據其物理特性,還有磁性半導體、壓電半導體、鐵電半導體、有機半導體、玻璃半導體、氣敏半導體等。目前獲得廣泛應用的半導體材料有鍺、矽、硒、磷化镓、銻化銦等,其中以鍺、矽材料的半導體生產技術最為成熟,應用得最多。
太陽能電池發電利用了特定半導體材料的光伏效應。光與半導體的相互左右可以產生光載流子。當產生的電子空穴在半導體內形成的勢壘分開到兩極時,產生電勢,稱為光生伏打效應。當連上外接電路時,隻要有足夠的陽光照射,就能產生源源不斷的電流。半導體光電器件應該滿足以下兩個條件。
①半導體材料對入射光有足夠大的吸收係數,即入射光的能量應大於半導體的禁帶寬度。吸收係數大,則光的透入深度就淺,所需材料就少,比如晶體矽需要200~300微米才能吸收太陽光譜中波長較長的光,而GaAs和非晶矽因為光吸收係數大,隻需1微米,可以大大節約材料。
②半導體有光伏結構,必須要能形成內生電池對應的勢壘。晶體矽太陽能電池摻雜磷和硼,形成P-N結,從而得到P-N結勢壘。金屬,半導體化合物能形成肖特基勢壘。此外,還有異質結勢壘等。基本的光伏原理和晶體矽太陽能電池類似。
太陽能電池的轉換效率是衡量太陽能電池的關鍵指標。轉換效率高低取決於電池材料的特性和整個係統的構架。