太陽電池發(fā)展現(xiàn)狀及性能提升研究圖書目錄

二維（2D）Ruddlesden-Popper（RP）型雜化鈣鈦礦半導體，因其優(yōu)異的穩(wěn)定性和光電性能，得到了該領域科研人員的廣泛關(guān)注。中國科學院大連化學物理研究所博士研究生張旭等在薄膜硅太陽電池研究組（DNL1606）研究員劉生忠和陜西師范大學教授趙奎指導下，在二維鈣鈦礦結(jié)晶動力學研究中取得新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《Advanced Materials》上。

該研究利用高能同步輻射技術(shù)，通過實時追蹤二維鈣鈦礦前驅(qū)體溶液反應形成固態(tài)薄膜這一過程中的相轉(zhuǎn)變行為，研究了基底溫度和溶劑性質(zhì)對二維鈣鈦礦結(jié)晶動力學、薄膜相純度、量子阱排列取向和光伏性能的影響。科研人員發(fā)現(xiàn)，二維鈣鈦礦相純度和晶體取向的有序性降低，主要是由于前“驅(qū)體-溶劑”這一中間態(tài)形成時，鈣鈦礦的成核能壘的增加導致的。因此，基底誘導二維鈣鈦礦的成核生長，是形成高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的關(guān)鍵。科研人員通過基底誘導結(jié)晶，抑制前“驅(qū)體-溶劑”中間態(tài)的形成，促使二維量子阱采取了垂直取向，使其在熱力學上更加穩(wěn)定，并且進一步提高了晶體相純度。由于高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜可大幅提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率，因此該研究為制備高質(zhì)量低維鈣鈦礦薄膜以及高性能光電器件提供了理論根據(jù)，將有助于推動鈣鈦礦太陽電池進一步走向商業(yè)應用。

上述研究工作分別得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中央高?；?、教育部“111引智計劃”、“千人計劃”項目的資助以及康奈爾大學高能同步輻射光源的幫助。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201707166

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西華大學電氣與電子信息學院、國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司的研究人員邱雪梅、黃譯丹、李雍、李舜、周悅，在2017年第9期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，桿塔在輸電線路中占有非常重要的位置。復合材料作為一種質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、易安裝、絕緣性好的優(yōu)質(zhì)材料已廣泛運用于輸電線路中。

目前所使用的復合材料輸電塔有幾種形式，半絕緣結(jié)構(gòu)式復合桿塔、非格構(gòu)式全復合桿塔、復合橫擔輸電桿塔。未來我們可以根據(jù)工程實際要求研制更多類型的復合塔。

目前現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)對供電可靠性、安全性、高效性的要求逐漸增高，電力負荷需求日漸增大，使得電力輸電網(wǎng)絡、電力行業(yè)面臨越發(fā)嚴峻的考驗；而我們還面臨著一系列的環(huán)境問題，如土地資源使用率高，有色金屬使用量增大，能源分布不均勻，綠色能源使用率低。電能質(zhì)量好，供電可靠、經(jīng)濟安全、高效節(jié)能和環(huán)境友好性需求也已提高，所以電力建設同樣面臨著嚴峻的考驗及各種問題。

桿塔在輸電線路中占據(jù)十分重要的位置，在整個線路工程中,其施工、運輸、安裝、維護都需消耗很大的人力物力 [1]。目前輸電技術(shù)的不斷進步，電壓等級不斷升高，輸電線路對桿塔材料性能的要求也越來越高[2]。

1傳統(tǒng)輸電塔存在的問題

傳統(tǒng)輸電線路桿塔存在質(zhì)量大、易銹蝕、易開裂、壽命短等缺點[3]。再加上長期裸露在外長期受到風雨、大氣污穢、雷擊、鳥害等等的影響，容易出現(xiàn)各種安全隱患，歸納起來如下。

（1）腐蝕: 木桿極易被腐蝕，使用壽命大概為30年左右就開始腐爛，且一旦受腐蝕就會持續(xù)受腐蝕，直至失去強度。金屬電桿一旦發(fā)生生銹腐蝕減少了使用壽命，增加了維修成本[4]。

（2）安裝成本: 輸電線路大多經(jīng)過偏遠山區(qū)，這將使電力桿塔在安裝前需經(jīng)過復雜的運輸過程來搬運沉重的鋼質(zhì)、木質(zhì)水泥質(zhì)桿塔，使得安裝費用增高。

（3）事故與其他問題: 不同電壓等級的輸電線路，不管是交流還是直流只要長期裸露在室外，則有可能遭受風霜、雪雨、污穢、雷擊等的影響發(fā)生雷擊、污閃[5]。

目前隨著輸電線路增多電壓等級增高，輸電網(wǎng)絡變密，輸電線路走廊資源利用率變得越來越高，急需縮減走廊寬度、提高線路輸送力[6-7]。研制電力輸電塔桿，需考慮其是否能抵御覆冰、地震、大風、暴雪等自然災害因此研發(fā)復合材料輸電桿塔勢在必行。

2復合塔優(yōu)勢

復合塔是與之前所使用的桿塔對比其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如以下點[4]：

（1）運輸、安裝、運行、維護成本低

復合材料電桿的質(zhì)量輕[8]，約為木材桿的1/3、砼桿的1/10、鋼鐵材質(zhì)桿的1/2，方便運輸和安裝、免維護或維護成本低、節(jié)省勞動力資源。

（2）環(huán)境適應性好

復合材料能適應各種有機溶劑和腐蝕劑。所以復合材料桿塔特別適合用在沿海、強紫外線、潮濕、強紫外線地區(qū)、以及工業(yè)發(fā)達，酸雨多發(fā)地。

（3）絕緣性能好

良好的絕緣性，除了能避免風偏及污閃事故，減小塔身與導線間的距離并且縮短線路走廊寬度，保障線路在安全運行下水平，減少雷擊事故發(fā)生，降低桿塔底座的電磁場對周圍環(huán)境的影響。

（4）防盜防損

使用鋼鐵材質(zhì)的桿塔，會易被盜和被破壞，所以在這樣的情況下可以使用復合材料替代鋼質(zhì)桿塔，可有效防止塔材被盜，以保證線路安全運行，減少經(jīng)濟損失。

綜上所述，復合材料具有的特性非常適合用在輸電行業(yè)中。復合材料桿塔有更優(yōu)的特性，我們可以將這樣的優(yōu)點與合理的結(jié)構(gòu)設計相結(jié)合，使復合材料桿塔取代其他材質(zhì)的輸電線桿塔運用在輸電線路中。

我國經(jīng)濟的目前正在飛速發(fā)展，用電需求的地域越來越廣，用電量也日趨增大，電力供應非常緊張，再加上能源分配不均勻，所以我們急需要有利的措施解決我國幅員遼闊能源配置問題。

目前，我國已經(jīng)開展了特高壓交直流輸電工程、智能電網(wǎng)和城鄉(xiāng)電網(wǎng)大改造等工程，這些工程急需像把復合材料這樣的材質(zhì)作為輸電桿塔，以降低成本、提高性能。因此，將綜合性能最優(yōu)的復合材料運用在桿塔在實際輸電線路建設中一定會有廣闊的應用前景[9]。

3國內(nèi)外工程研究現(xiàn)狀

復合材料桿塔已經(jīng)在某些電壓等級的輸電線路中進行試點掛網(wǎng)運行了，主要有的電壓等級有110、220、330、500、750 kV 等[10]。電壓等級稍微高一些，荷載較大的線路，并不是全塔都使用復合材料，因為需要考慮接地方式，增加設計難度。對于電壓等級較高的輸電線路，一般采用復合材料橫擔桿塔作為輸電塔[11]。

3.1 國外工程現(xiàn)狀

復合材料運用在輸電桿塔上的的研究、開發(fā)及應用屬美國最為早，技術(shù)也最成熟[12]。美國于1954年就已經(jīng)將復合材料制成輸電桿塔安裝在高濃度鹽霧的夏威夷島上[13]，到目前為止依舊運行。

又有一公司于1993—1995年制成了復合材料配電桿塔及輸電桿塔，并且制定了相關(guān)的機械和電氣標準[8]。1996 年3月，在高鹽度及高污染地區(qū)一條220 kV 的輸電線路上安裝了三基格構(gòu)式復合材料試驗塔，未發(fā)現(xiàn)機械或電氣損傷[13]。

日本也早就開展了復合橫擔的研究，19世紀將復合材料運用在輸電桿塔上解決了風偏引起的閃絡事故。加拿大RS公司采用聚氨酯樹脂體系研究出了模段式復合材料組合輸電桿，與常規(guī)的不飽和聚酯樹脂復合材料相比強度更大、耐沖擊力強度更大[14]。荷蘭提出利用復合桿的絕緣性能來優(yōu)化電磁場對環(huán)境的影響[15]。目前各國已經(jīng)定制了復合自己公司的復合材料相關(guān)的應用標準。

3.2 國內(nèi)工程現(xiàn)狀

我國早已對復合材料輸電桿進行研究，由于當時條件有限，材料性能不夠成熟，工藝水平達不到要求，并未得到普及運用。最近幾年，隨著纖維材料制作工藝的流程改善， 2009年將全面實施“兩型三新”線路建設，使復合材料廣泛運用在輸電桿塔上[13]。

目前由復合材料制成的220 kV電壓等級及以下等級的搶修塔，已經(jīng)在工程中得到大量的應用。同時，利用復合材料制成的輸電桿塔進行220 k V的茅薔線輸電線路改造，該工程是將復合塔第一次應用于我國高電壓等級的輸電線路中。

2010年3月，我國第一基格構(gòu)式復合材料桿塔在加載200%電壓的情況下成功的進行了真型試驗，4月該復合塔成功在銀川東換流站—紅柳溝接地級項目中投入使用。國家電網(wǎng)公司復合材料科技項目試點工程，是國內(nèi)首條采用格構(gòu)式的110kV輸電工程。

2012年，上海500kV練塘變電站220kV出線工程是目前為止國內(nèi)復合絕緣橫擔首次在220 kV架空輸電線路中的應用實例[16]。該項目使用了復合材料橫擔大大縮小了靜態(tài)線路走廊寬度，同時使線路綜合走廊寬度縮小4m多。

2013年1月15日，長鳳線220kV輸電線路帶電投運，這條輸電線路使用了多種結(jié)構(gòu)的復合材料塔，這種情況是第一次試點應用。首次將取消懸垂與耐張絕緣子的全復合材料桿塔及全復合節(jié)點連接的復合材料桿塔應用于220kV線路，在復合材料桿塔輸電防雷設計方面，220kV復合材料桿塔采用引下線順線方向懸空接地型式，并得到引下線與桿身不同距離的防雷特性。

同年，在四川眉山重污穢地區(qū)實行110kV復合材料桿塔試點應用，也是首次在110kV輸電線路中間間隔穿插架設多基復合材料桿塔。

3.3 我國研究現(xiàn)狀

國內(nèi)研究現(xiàn)狀可分為三類：半絕緣結(jié)構(gòu)式復合桿塔（塔頭為復合材料、下橫擔以下的部位是鋼鐵材料）、非格構(gòu)式全復合桿塔、復合橫擔輸電桿塔。

對于第一類桿塔，如天思線110kV輸電線中使用復合塔就是這類塔。該類塔的塔頭為復合材料，塔身為金屬角鋼結(jié)構(gòu)組成的“半絕緣結(jié)構(gòu)格構(gòu)式復合材料桿塔”，并且要單獨架設避雷線和接地引下線以確保其耐雷性能。

與常規(guī)塔相比雷電沖擊絕緣強度和耐雷水平有所提高，雷擊閃絡跳閘率有所降低。但需考慮垂直引下線離塔身距離和下相橫擔與金屬塔身距離的最佳值，比較復雜。

對于第二類桿塔，比如對四川眉山天思線路中所選中的110kV單桿雙回復合塔的塔頭進行了整塔絕緣間隙工頻、操作、雷電沖擊放電特性研究[17]。確定了110~220kV全復合材料桿塔接地引下線按順線方向懸空引下為最佳防雷接地結(jié)構(gòu)形式。

采用ATP-EMTP搭建仿真模型，用壓控開關(guān)模型模擬空氣間隙對復合材料桿塔進行對該桿塔進行防雷性能研究。該全復合桿塔存在和第一類桿塔一樣的情況，需單獨架設避雷線和接地引下線。

對于第三類桿塔，在新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程中所使用的電壓等級為750 kV的復合橫擔直線塔就是這類桿塔[18-19]。該線路中這七基塔采用干字型復合橫擔直線塔，并對該類型桿塔與常規(guī)塔進行電位分布進行對比，并且研究了加均壓、屏蔽環(huán)對橫擔電位分布的影響。

對于如此高的電壓等級沒有對該桿塔做雷電性方面的研究，且其他使用復合橫擔的線路中有的是非格構(gòu)式桿塔，且使用的是含有中間法蘭的復合橫擔，該橫擔在中間法蘭的位置具有較高場強，易產(chǎn)生電暈、電腐蝕。

4 發(fā)展趨勢

針對我國特殊的地形地貌、天氣環(huán)境、能源分布，可以考慮用如下方法緩解走廊線路緊張，能源分配不均等問題。

（1）考慮緩解輸電線路走廊緊張問題，可以適當縮減橫擔長度?？s短復合材料絕緣子的長度，甚至取消懸垂絕緣串，以縮減成本。

（2）在滿足輸電線路結(jié)構(gòu)強度、尺寸要求的情況下需要研究其場強和電位分布。需運用有限元分析軟件分析其電磁環(huán)境。

（3）此類型桿塔未來可以運用在同塔多回輸電線路中，及更高電壓等級的同塔多回輸電線路中。

（4）復合材料橫擔輸電桿塔與全復合材料輸電桿塔相比，可以不用考慮接地引下線的問題，方便設計。

（5）復合材料輸電塔可以用來改造老舊桿塔。因為老舊輸電線路運行多年后周圍或許是被植被覆蓋，也肯能存在與其他線路分享狹窄的走廊。對于這樣的情況，使用復合材料塔替換老舊桿塔，可以緩解走廊緊張，并且運輸方便、易維護和安裝可以縮減成本。

（6）研究復合材料桿塔需要運用電磁暫態(tài)仿真軟件考慮其空氣間隙閃絡問題[20],以保證其耐雷性能[21-22]。