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太阳能电池有望成为人类清洁且取之不尽用之不竭的能源，然而，要想做到这一点，需要满足三个条件：便宜的制造元件;廉价且能耗低的制造方法;高转化效率。现在，美国科学家研制出了一种廉价制造高质量的纳米线太阳能电池的新技术。

能源部下属的劳伦斯伯克利实验室材料科学分部的杨培东(音译)领导的科研团队首次利用以溶液为基础的阳离子交换化学技术，制造出了高质量的以半导体硫化镉为核、硫化铜为壳的核/壳纳米线太阳能电池。这种廉价且易制造的电池的开路电压和填充值(这两者共同决定太阳能电池能产生的Z大能量)都高于传统的平板太阳能电池，而且其能源转化效率为5.4%，可与传统太阳能电池相媲美。

传统太阳能电池制造太复杂

现有的太阳能电池一般由超纯净的单晶硅圆制成，同时要求这种非常昂贵材料的厚度约为100微米，以尽可能多地吸收太阳光，这就使制造硅基平板太阳能电池变成复杂、能耗大且昂贵的过程。

因此，科学家希望使用半导体纳米线(其宽度仅为人头发丝的千分之一，但长度可延伸至毫米级)替代硅晶圆来制造太阳能电池。与传统太阳能电池相比，纳米线太阳能电池拥有几大优势：分离、聚集电荷的能力更强;其可由储量丰富的材料而非需要经过严格处理的硅制成。然而，迄今为止，纳米线太阳能电池的转化效率较低，让其优势相形见绌，限制了其发展。

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所有太阳能电池的核心是两层独立的材料：有丰富电子的一层充当负极;有丰富电子空穴的一层充当正极。当它们吸收太阳中的光子后，用光子的能量来制造电子-空穴对，随后，这些电子-空穴对会在P-N结(正负极之间的接口)分开，能量作为电力被收集起来。

一年前，杨培东团队研发出了一种非常廉价的方法，使用硅，用一个球形P-N结取代了传统太阳能电池的平面P-N结。在球形P-N结内，以P型硅纳米线为核，N型硅层在其周围形成了一个外壳。这种几何形状有效地将单个纳米线变为一个光伏电池，也大幅提升了硅基光伏薄膜的捕光能力。

新纳米线电池价廉质高

现在，通过以溶液为基础的阳离子交换反应(由该实验室主任保罗·阿利维撒托斯研发，主要用于制造量子点和纳米棒)，利用硫化镉和硫化铜制造出了核/壳纳米线。

杨培东解释道：“科学家们以前使用物理气相传输法来合成硫化镉纳米线，然而，我们这次使用的湿法化学方法能让我们获得品质更高、长度更长的纳米线，新生成的单晶硫化镉纳米线的直径介于100纳米～400纳米之间，长达50毫米。”

科学家们接着将生成的硫化镉纳米线浸入氯化铜溶液中，在50摄氏度的温度下保留5秒～10秒，随后，阳离子交换反应将Z外层的硫化镉转化为一个硫化铜的外壳。

杨培东表示：“以前纳米线太阳能电池的开路电压和填充值远低于平板太阳能电池，造成其性能有欠缺的原因包括，进行高温掺杂处理时P-N结的表面复合问题以及很难对P-N结的质量进行控制。新方法为我们提供了一种简单廉价制造高质量纳米材料的方法。它也规避了气相制造过程所需的高温掺杂和沉积过程，使制造成本更低且再生性更好。”

科学家们认为，他们可通过增加硫化铜外壳材料的数量来改进这种太阳能电池纳米线的能源转化效率，如果想对这项技术进行商业化生产，至少需要将转化效率提高到10%。

在小型风力发电设备中，蓄电池是重要的辅助设备之一。蓄电池在直流发供电系统中起着贮存电能和稳定电压的重要作用。

一、蓄电池容量的确定

蓄电池容量配置的是否合理，直接影响风力发电的各项技术经济指标。容量选的小了，多风时发出的富余电量得不到充分储存。容量选的太大，一则增加投资;二则蓄电池可能会长期处于充电不满状态，将会影响蓄电池的效率和使用寿命。表一为蓄电池在风力发电设备中所占投资情况。

一般常规充电是“两阶段恒电流充电”，此法既不浪费电力，充电时间短，对延长蓄电池使用寿命有利，同时计算蓄电池容量也容易得多。风力发电的情况，则不同于常规充电。

由于风速经常变化，电机输出的电流时大时小，时有时无，这样蓄电池充电电流和所需充电时间就很难确定。针对这种实际情况，我们采用如下两种计算方法来确定配置蓄电池容量。

1.电量平衡计算法。

计算步骤如下：

a.根据当地气象部门提供的风速资料，以十天为一时度，逐旬分别统计风机起始工作风速至停机风由范围内的不同风速发生小时数。

b.根据选用的风力发电机的P=f(V)特性曲线和风速资料，计算—台机逐旬所能发出的电量，并绘出其全年发电量过程曲线。图—是根据内蒙察右后旗的风速资料计算绘制的商都牧机厂ED1.5~100型风机的年发电量过程线。计算得出该机在当地的风况下，年发电量为276度。从过程线看出各旬的发电量变化很大，Z多的四月下旬为19度，Z少的二月下旬仅0.95度、相差近20倍，说明配置蓄电池进行储能调节是必要的。

C根据用电信况，计算出逐旬的用电量，并给出全年用电量过程线。附图中虚线所示。

d.比较发电量和用电量过程线，以发电少于用电差值Z大的时段(图中斜线部分)的电量来确定所需蓄电池容量。图中差值Z大的电量为2。3度。需配置2300伏安时电池，实际选用12伏48安时蓄电池4块。总容量2304伏安时。

2.经验计算法

根据我们试点的经验，在察右后旗、商都地区的风况下，也可采用以下公式简便估算所需电池容量。即式中：Q——所需配置蓄电池容量(安时);

p——负载功率(瓦);

t——日用电小时数;

U——标准蓄电池电压(一般为12伏);

n——电池储备周期系数; (根据风况而确定，一般取3~8天)

K——放电控制系数、(取0.75~ 0.8)

上式考虑了：①用电设备的额定功率，②当地气象情况，即无风期平均时间，⑧为了防止蓄电池过放电，放电应控制在一定程度。

仍以察右后旗为例，安装一台100瓦机，供3户用电，每户装设12伏15瓦的灯泡2只平均每天照明5小时，计算所需配置的蓄电池容量。 (储备系数取6，放电控制系数取0.8) 代入公式得：

选用6块l 2伏48安时蓄电池，总容量288安时。

确定标准电池时，必须注意：蓄电油组的容量应能安全接受风力发电机输出的Z大电流强度Imax。

二、蓄电池的运行方式

1.全充全放制。即风机集中安装，集中充电，电瓶分散到户，每户两块电瓶轮换使用。

风力发电是受风制约的，尤其是对小型风机更为明显。在村内风小，风机必须集中安装在村外，架线又有困难的农村、浩特，适合采取这种方式。风机可以架设在风能较佳的场地上，得以充分利用风能。电瓶轮换使用能保证满充满放。缺点是：

①所需电瓶较多，增大投资和电度成本。

②电瓶使用效率较低(约40%左右)。

③电池的充放电轮换频繁，使用寿命较短。

④经常来回搬运电瓶给用户造成麻烦，且容易碰坏电瓶;搬运不慎，电解液容易外漏，

会造成电瓶缺液或烧坏衣服。

2.半浮充电运行方式。就是风机(直流发电)和电瓶并联供电的工作方式。不用电时(白天)，由风机发电向蓄电瓶充电;无风时，由蓄电池向负载供电;有风时，由风机发电浮充蓄电瓶并供电。这种方式多用于单机1~3户使用，配置的莓电瓶容量较少，投资也相应减少。采用半浮充制蓄电池的寿命一般此全充全放制长些，蓄电池的使用效率约50%左右。

3.全浮充制。把电瓶集中安装在充电间，将电池组和风力发电机并接在负载回路上，使电池常期处于小电流充电中。风机在向负载供电时，风速波动引起的电压波动，通过蓄电池组起到了稳定作用，保证了正常供电。这种运行方式电池使用寿命比以上两种方式都长，而且所需的蓄电池容量大为减少，电能效率提高，简化了电池维护，整个供电设备效率可达到60—70%。察右后旗韩勿拉风力发电站就是采用这种方式进行工作的。

三、蓄电池的类型选择

蓄电池有多种类型，目前，风力发电普通采用于荷铅酸蓄电池。这种电池灌液后，经过30分钟，待液温为l 5℃时即可使用，不需要进行初充电。对刚刚安装风力机，又不具备初充电条件的偏远地方，立即可以用电，是很优越的。这种电池的缺点是体积和重量较大，搬运不方便。市场销售的铝酸蓄电池多是机动车启动用电池，其极板结构和制造特点，使用在风力发电的充放运行条件下，是不适合的，使用命短，一般只有2~3年左右。在容量较大的风力发电站中，Z好采用固定型防酸隔爆式铅蓄电池，这种电池具有容量大，电液比重较低(15℃时约在1.21左右)，减少对极板和隔板的腐蚀，可延长蒸发时间，还有防渗漏措施，减少了对地的放电                             。