光电转换技术(6篇)
光电转换技术篇1
【关键词】晶体硅太阳电池;应用;发展
随着煤、石油等传统能源的日益枯竭和环境污染的加剧，新型清洁能源受到了人们的重视，其中最受瞩目的当属太阳能电池。太阳能电池是可以直接将光转换为电能的装置，且转换过程中不产生任何污染。晶体硅（多晶和单晶）占据主流市场地位，未来10-15年将仍然以晶体硅为主。
一、太阳能电池结构简介
太阳能电池是一种把光能直接转变为电能的半导体器件，是光伏发电系统的核心器件，其发展水平直接决定了光伏发电的发展水平。对太阳能电池材料一般的要求有：
（1）半导体材料的禁带不能太宽。
（2）要有较高的光电转换效率。
（3）材料本身对环境不造成污染。
（4）材料便于工业化生产，且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。
晶体硅太阳电池占太阳电池的87.4%，其优异特性已被广泛认同。目前，晶体硅太阳能电池制造工艺多基于P型硅晶片，经由硅片清洗、绒面织构、热扩散制p-n结、等离子增强型化学气相沉积（PECVD）制氮化硅减反射膜、正、背面厚膜浆料丝网印刷及烧结制金属化电极等一系列过程来实现。为了使硅太阳电池产生的电能可以输出，必须在电池上制作正、负两个电极。
近年来，尽管薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池均已取得许多重大技术突破，但也必须看到，大多数这类太阳能电池仍处于实验室研制阶段，其技术水平、效率水平和市场接受程度仍无法与晶硅电池相比。在已实用化的太阳能电池中，晶硅电池一直占据着太阳能电池市场的垄断地位。据EPIA预测：至少到2022年，晶硅光伏组件仍将占据光伏技术的主导地位（到那时其仍将占约50%的市场份额）。因此晶硅电池仍将是未来光伏市场的主流产品。
二、晶体硅太阳电池的种类
晶体硅电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和带状硅电池，成本较高，但工艺和材料技术成熟，且硅材料对环境和人体无害、光电转换效率较高、稳定性高、寿命长，硅基（多晶硅、单晶硅）太阳电池仍是光伏市场的重要产品，占市场的80%以上。单晶硅是集成电路硅片的重要材料，同时也是重要的光伏材料。
单晶硅太阳电池使用的硅原料主要为：半导体硅碎片、半导体单晶硅的头、尾料，半导体用不合格的单晶硅以及专门为生产太阳电池制备的单晶硅。多晶硅太阳电池采用低等级的半导体多晶硅或专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料。而带状硅电池制备不需要切片，可使材料利用率得到大幅提高，从而降低电池材料成本。带状硅生长的主要方法有条带法、蹼状法、定边喂膜生长法等。带状硅太阳电池转化效率约为15%，略低于单晶硅电池。
三、晶体硅太阳电池的应用及发展
1.在高效率低成本晶体硅电池研发方面中国走在了世界前列。从2009年开始，在全球排名前十的中国光伏制造企业都投入巨资开发高效率低成本的晶体硅太阳电池，取得了丰硕成果，有的已经开始大规模商业化生产。例如英利集团研发的“PANDA（熊猫）”太阳电池技术、尚德电力的“PLUTO（冥王星）”电池技术、天合光能的“HONEYULTRA”电池技术、晶澳太阳能的“PERCIUM（博赛）”电池技术、阿特斯电力的“ELPS”电池技术、海润光伏的ANDES技术、中电光伏公司的WARATAH和QSAR技术等高效率低成本的电池效率都已超过或接近20%，这些技术代表了高效率低成本晶体硅太阳电池的发展方向。
2.晶体硅太阳电池正朝更薄更高效率的方向发展，正向很多常规技术发起挑战。在未来的工业化生产中将需要高度的自动化来降低碎片率，以及良好的钝化和陷光技术来克服晶体硅光吸收系数小、硅片变薄的情况。而随着产业生产设备及产业技术的改进，将有越来越多的实验室技术走出实验室，走向产业化、低成本地实现晶体硅电池效率的改进，这是晶体硅电池的发展方向之一。
3.晶硅原材料的成本约占晶硅电池组件总成本的13%，其高昂的市场价格成为阻碍光伏产业发展的首要因素，因此，在不影响电池效率的前提下，降低晶硅原材料的成本是降低晶硅电池组件成本的关键。多晶硅原材料价格的降低主要依靠多晶硅原材料生产技术的进步来实现。目前生长多晶硅材料的主要方法为冶金法和西门子法。这两种方法中，冶金法比传统的西门子法及改良的西门子法的能耗低很多（约低25%的能耗），且西门子法产生的Cl2、Sicl4等会对环境造成严重污染，所以未来一段时间内冶金法会被更广泛地采用。另一方面，开发低成本、低污染的新型晶硅材料生长技术，将成为这一领域的主要挑战和首要任务。
4.太阳电池的效率与硅材料的电阻率及少子寿命有着极其密切的联系。理想的太阳电池基底应该是低电阻率和高少子寿命。然而在广泛使用的直拉（CZ）单晶硅中，由于存在掺杂元素与杂质元素的相互作用，以及一些杂质元素如铁的空穴捕获截面积远大于电子捕获截面积的情况下，少子寿命直接与掺杂浓度及电阻率相关。此外，在常规工业太阳能电池中起重要作用的铝背场，其效果也与基底电阻率有关。为了降低光致衰减，目前单晶有向高电阻率发展的趋势。
5.提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素，对于硅系太阳能电池，要想再进一步提高转换效率是比较困难的。因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来，现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。因此，在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要。也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。
总之，近年来，太阳光伏产业发展迅速，很多国家开始逐渐实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。在众多材料的太阳能电池中，晶体硅电池工艺和材料发展日渐成熟，而且考虑到自然环境和对人体健康的影响，晶体硅太阳电池正向着更加环保的方向迈进，可以预料晶体硅太阳电池今后仍是太阳能电池研究的主流方向。开发太阳能电池的两大关键问题是提高转换效率和降低成本。随着对太阳能发电的深入研究和应用，必将使太阳能发电技术得到进一步发展。
参考文献
[1]王文静.晶体硅太阳电池制造技术[M].社机械工业出版社，2014，5.
[2]中国标准出版社.地面用晶体硅太阳电池总规范作[M].中国标准出版社，2013，5.
[3]席珍强，陈君，杨德仁.太阳能电池发展现状及展望[J].新能源，2000（12）.
光电转换技术篇2
关键词:计算机技术网络数据通信
1前言
目前使用于计算机网络技术中的数据通信交换技术，其原理是是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信交换技术。在该技术应用下的计算机网络通信环境中,用户可以对通信网络中的数据、软硬件和信息资源实现共享。随着计算机技术的广泛应用和普及以及计算机远程信息处理应用的发展,数据通信交换技术就应运而生,它实现了计算机之间,计算机与终端之间的通信。本文主要分析和探讨计算机网络中的数据通信及交换技术,根据这几种交换在实际应用中存在的优势和劣势,加以分析和介绍,同时对目前新型的数据通信交换技术进行简要分析。
2常见的数据通信交换技术
不同的站点之间需要进行通信数据交换实现信息的传递,是在对应节点之间在计算机网络数据信息传输过程中进行数据信息交换。传统数据交换基本技术有三种,即电路交换、报文交换及分组交换,在此基础上另外还有两种较为常见数据交换模式:帧中继技术和ATM异步传输模式。
2.1电路交换
电路交换过程一般包括连接建立、线路占用和连接拆除三个阶段。在通信之前需要先将线路连接起来:从起源站点向其中某个目标站点发送响应请求,目的是将通信双方之间建立一条独占的通道,以实现数据的传输。在请求发出之后,会通过其间多个中间节点一直传递到目标站点,在传递的过程中,优先分配相较于空闲的物理线路,某一主叫节点呼叫另一被叫节点发出连接请求,接着再传递到下一个节点,整个过程就是这样以此类推持续进行。其次线路占用:即数据传输交换阶段,基于已经建立好的物理线路的基础上,进行站点与站点之间数据传输交换任务。再次连接拆除:在起源站点和目标站点实现成功连接,并完成两点之间的数据传输任务之后,需要将建立的这条线路进行拆除,即将线路进行释放,让线路资源回归到新的响应中。电路交换具有很多优点,比如线路专用、数据直达,在两个站点之间线路建立之后和线路释放的这段时间内,整条线路不会再进行任何数据的传输交换,也不会与其它站点进行资源的共享,专线专用。实时性也很强,线路一旦建立之后,通信双方所有资源,包括线路资源在内,均用于本次数据传输通信,此时除了偶尔会出现传输时延情况之外,不会出现其他形式的时延故障,完成线路交换的交换设备及控制十分简单,既适用于传输模拟信号,也适用于传输数字信号。但电路交换也存在一些缺点,比如电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说费时长。电路交换连接建立后,物理通路被通信双方独占,即使通信线路空闲,也不能供其他用户使用,因而信道利用低。电路交换时,数据直达,不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信,也难以在通信过程中进行差错控制。
2.2报文交换
报文交换是将数据信息封装成报文,每个报文中包含有控制信息和目的地址,网络中的各交换节点以存储和转发的方式进行数据交换。报文交换交换方式的数据传输单位是报文,报文就是站点一次性发送的数据块,其长度没有限制并且可变。当一个站点想要发送报文时,应附加一个目的地址到该报文上,网络节点会按照报文上目的地址,利用路由信息找出下一个节点地址,把报文发送给下一个节点。因此,端与端之间无需先通过呼叫建立连接。报文交换优点是信道的利用率较高、承载量大;报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地;报文交换网络可以进行速度和代码的转换。其缺点主要是不能满足实时或交互式的通信要求;报文传输延迟较长;节点收到过多的数据而无法存储时,造成报文丢失;设备费用高。
2.3分组交换
分组交换原理:分组的封装是分组终端把要发送的数据信息分割成若干个用户数据段,每个数据段在送往下一个交换节点时,附加上源地址、目的地址、用户数据段编号、差错控制信息。分组的传输是交换节点选择一个最佳的路由,把分组经一个或几个交换节点,送到收端。收端从分组中提取用户数据段,再把它们按照顺序恢复成原有的数据信息。
分组交换主要优点是速度快、传输质量和效率高、可靠性高、转发时延短、经济性好、能够实现不同类型终端的之间的相互通信、分组交换网能和其他通信网互联。主要不足是实现技术难度大。
2.4帧中继技术
帧中继协议是一种简化的X.25广域网协议,帧中继协议是一种统计复用的协议,它在单一物理传输线路上能够提供多条虚电路。每条虚电路用数据链路连接标识来标识,DLCI只在本地接口和与之直接相连的对端接口有效,不具有全局有效性,即在帧中继网络中,不同的物理接口上相同的DLCI并不表示是同一个虚电路。帧中继技术主要优点是以光纤作为传输媒体,传输质量高,误码率低,网络吞吐量大,网络资源利用率高。主要缺点是帧中继不适合传输实时信息,对传输线路质量和终端智能化程度要求都高。
2.5ATM异步传输模式
ATM异步传输模式是用作宽带综合业务数字网的复用、传输和交换模式。ATM综合了分组交换的高效率和电路交换的高速度的优点,采用面向连接的快速分组交换技术。ATM信元的长度是固定的,即53个字节。其中5个字节是信头,48个字节是信息段。信头包含各种控制信息,主要是信元的目的地址,维护信息,优先级,信头的纠错码。信息段包含用户数据。ATM交换特点:基于统计时分复用;采用面向连接的工作方式;信元长度固定;信头简化,以减少处理开销。
3新数据通信交换技术的发展
随着光通信技术的发展,光纤信道传输容量得到了大幅度提高,基于此交换技术迎来了新的发展契机。可以将通信网络发展分为三个阶段:即电传输和交换阶段、光传输和电交换阶段、光传输和交换阶段。
3.1电传输和交换阶段
传统通信网络都是处在电传输和交换阶段,其交换技术涵盖了以上介绍的任何一种技术。
3.2光传输和电交换阶段
以光纤为传输介质,数据是以光信号在物理信道上进行传输,而中继节点只能针对电信号进行处理,这样就要求在传输线路和中继节点接口位置安装光电和电光转换装置。
3.3光传输和交换阶段
数据传输和交换都以光信号在信道上进行,只有在终端处表现为电信号,以便信息处理。由于技术限制导致出现了光信道空闲而交换节点饱和现象。原来传输信道网络瓶颈转移到了交换节点处,为了克服分组交换节点网络瓶颈,开始陆续提出了一些新交换技术,并逐步走向了商业上使用中,如光路交换和光包交换等。
光电转换技术篇3
【关键词】发光二极管；白光；波长转换
随着人类资源的进一步短缺，LED作为新一代照明光源，逐渐取代传统光源。获得白光LED的方法有多种，其中包括利用蓝光LED与黄色荧光粉配合形成白光，以及利用紫外线LED芯片激发红色、绿色、蓝色荧光粉来产生白光。然而，不论是蓝光LED激发黄色荧光粉，还是紫外光LED加RGB三波长荧光粉，关键技术都在于如何把荧光粉有效的附着在晶粒上以进行波长转换。
为了研究与白光LED中波长转换元件相关的专利技术的发展情况，本文利用S系统中多数据库，结合相关的IPC分类号、关键词、并使用转库检索等检索策略进行专利文件筛选。通过S系统中的统计命令以及excel表格对筛选结果进行了统计分析。
根据分析结果可知，关于白光LED中波长转换元件的专利申请始于1997年，奥斯兰姆奥普托半导体公司提出了将荧光粉混入透明封装材料，用于对发光芯片进行封装以实现波长转换获得白光。2000年，该公司提出在上述结构的上方加载透镜，以实现更好的出光。从2004年起，专利申请出现了迅猛增长，到2013达到高峰，年申请量为18件。期间，2005年，美国安捷伦科技有限公司提出在发光芯片上施加混有荧光粉的透明硅胶，并用透明封装材料将上述结构整体包覆以实现LED全方位的出光。同年，日本斯坦雷电气株式会社提出采用带腔的基体来收纳LED芯片以及芯片上方的透明树脂间隔物，并于透明树脂间隔物的上方设置混合有荧光体的波长转换间隔板，此结构在获得白光的同时，可降低波长转换间隔板内的荧光体所产生的热，实现更高的发光效率。2006年，首尔OPTO仪器股份有限公司提出一种高色温、高显色指数的发光装置，其包含红绿蓝三个发光二极管以及上方的波长转换构件。2007年，台湾光硕光电股份有限公司提出利用蓝光发光二极管芯片与绿光发光二极管芯片做为光源，而以红色荧光层作为光转换层，调整芯片数量、电流以及红色荧光剂的剂量，获得色温可调整的白光LED。2009年，台湾晶元光电股份有限公司提出采用可发出波长相异的色光的三个光源，通过光学元件及载体的设计使光源所发的光进行高效率的混光以获得均匀的白光。2010年，台湾亿光电子工业股份有限公司提出具有包含不同的浓度分布的波长转换物质的第一和第二封装层以及透镜结构，由发光二极管芯片的各方向所发出的光线经过不同浓度的波长转换物质，而使各方向的光线受到近似程度的转换，以得到均匀的白光，同时，通过该透镜结构，发光二极管装置所发出的光线可以更集中于一方向射出。2011年，三菱化学株式会社提出在凹槽内的发光芯片上方设置板状的波长转换部，在获得高显色指数白光的同时实现了散热。2012年，南通脉锐光电科技有限公司提出采用光学波长转换的荧光玻璃涂层，有效解决了芯片的散热问题。
中国申请量从2007年开始崛起，在2009年至2011年期间飞速发展，并于2011年申请量几乎达到全球申请量的三分之一，期间仅在2009年伴随着世界金融危机时有少量回调。可见，随着照明技术的蓬勃发展，有关高色度白光LED的研究在国内已经越发受到重视。需要注明的是，至2014年中期之后的专利申请由于系统原因尚未统计进来。
白光LED中波长转换元件相关专利技术的专利申请国主要集中在中国、台湾、日本、美国、韩国、荷兰、德国、新加坡等国家和地区，其中，中国拥有的专利申请数量最多，达到全球总量的27%，台湾申请量达到全球总量的24%，日本申请量达到全球总量的14%，韩国申请量达到全球总量的10%，荷兰申请量达到全球总量的10%，美国申请量达到全球总量的9%。
分析各国专利申请的主要申请人的分布情况得知，皇家飞利浦电子股份有限公司为行业的龙头老大，申请量遥遥领先，拥有11件专利申请。韩国的三星LED株式会社排行第二，拥有6件专利申请。台湾的旭明光电股份有限公司、亿光电子工业股份有限公司、晶元光电股份有限公司均拥有多项专利申请，可见台湾在该领域整体实力最强。日本的松下电器产业株式会社、株式会社东芝也有较大的申请量，体现出较强的实力。美国的安捷伦科技有限公司，德国的奥斯兰姆奥普托半导体公司也在业界具有较大的影响力。中国申请人在该统计中占据了2席，可见我国相关企业在该领域也投入了较大的研发力量。中国的专利申请人主要集中在南通脉锐光电科技有限公司、苏州晶品光电科技有限公司、四川柏狮光电技术有限公司以及山东华光光电子有限公司等，以中小公司为主，且专利申请量都不超过4件，高校中以华南师范大学为首，专利申请量为3件。
为了进一步了解国外申请人在该领域对中国市场的关注程度，我们分析了其他国家/地区在华专利申请的分布情况。结果表明，白光LED波长转换元件技术的专利申请除了本国以外，主要来自台湾和日本，该两国占有较多的申请量，分别接近25%和15%，台湾和日本是我国LED企业在发展中应当重点关注的对象。
光电转换技术篇4
【关键词】泄水闸；监控系统；防雷改造；简明分析
水利枢纽建筑，以及水利发电站的泄水闸装置附属的监控系统，其防雷改造问题已经引起了相关领域技术人员的密切关注，本文将以我国南方某水利枢纽装置附属的水电站，作为研究对象，简要阐述其泄水闸防雷改造工程的相关技术问题，意图为我国水电站，以及水利枢纽工程相关领域技术工作者的工作实践行为提供借鉴范本。
本文中所选定的水利枢纽工程，位于我国广西省境内古顶水电站，其工程建设的主体部分以防洪功用为主，兼具航运、发电、水资源调配以及生态环境改良等多重功用，整体工程共计包含22孔拥有泄洪功能的弧形闸门，且整体性的泄洪建筑设备完全实现了计算及系统背景之下的技术控制组件建设目标。
一、泄水闸监控系统防雷组件的原有结构分析
本工程配备的泄水闸监控系统的防雷组件依照分层分布式结构完成具体建造过程，其系统主要由集中控制技术单元与现地控制技术单元两个基本部分构成。
集中控制技术单元，主要功能是实施水电枢纽作业任务现场的相关技术设备的检测显示、控制、报警、运行控制以及数据报表的处理以及打印操作。
现地控制技术单元（LCU），其中主要包含22立安装的PLC控制系统设备，其中有22台PLC设备，分别对工程中涉及的22孔弧形闸门的设计功能进行运行状态监控，剩余的一台公用PLC设备，则被应用于对深井泵、供配电设备系统等公用性设备技术系统实施控。现地22孔泄洪闸门与公用PLC设备系统基于总线控制器（GBC）设备组件共同构成Genius网络，并利用专门性的信息通信技术模块，完成与上位机之间的信息通讯行为。
二、Genius网络技术系统的基本使用功能
22台用于弧形闸门监控功用的PLC设备与公用PLC设备，利用电缆结构实现串型连接，构成现地式Genius网络技术系统，上位机形成和实时的各式技术作业指令以及各个弧形闸门的实时性运行监测数据通过这一网络技术结构实现实时性的交换与传输，实现对整套水利枢纽系统的运行状态监控目标。
三、系统原有的防雷措施分析
在这套水利枢纽技术系统的初始建设阶段，仅仅对系统中实际装配的各台PLC技术设备的电源结构组件的电源连接结构实施了防雷措施的技术性实践考量，并在每一台PLC设备的电源组件结构部分，分别连接安装了专门性的防雷击模块，同时，在安装技术环节，切实实现了防雷技术模块的良好接地状态控制目标。
四、实施泄水闸监控系统防雷改造工作的必要性简析
本文中所选取的水利枢纽工程，其建设区位隶属于我国南方的某个强雷区，根据历史资料记载，这一地域，每年平均出现的雷暴天气的总天数可以达到90天以上。尤其在春夏季节，由于雷暴天气的频繁出现，经常会引致各类电气设备出现一定程度的损坏现象。源于泄水闸结构本身安装于水利工程项目的水面区位，进而潜在性地提高了泄水闸监控系统遭遇雷击破坏的几率。事实上，这套水利枢纽系统安装的泄水闸监控系统，在投入运营之后的很短时间之内，就出现了在雷暴天气环境下的运行故障问题，其主要的表现形式为：现地控制技术单元中PLC设备系统的Genius网络通讯组件因雷击而出现损坏，导致通信技术系统中出现数据通信信息的中断现象，导致上位机因出现黑屏状态而无法实现对相关技术设备的有效监控工作目标，这里将本水利枢纽工程泄水闸监控技术系统实施改造之前的最近五年的因雷击而发生损坏的技术模块数量列表揭示如下：
上述情况的发生，不仅给水利枢纽工程系统安全行洪目标的顺利实现，带来了较为严重的安全隐患，而且对这个水利枢纽工程系统的各项设计功用的顺利发挥带来的比较明显的阻碍作用，而且，因雷击而导致的技术模块的大量损坏，在一定程度上也提高了整套水利枢纽工程系统的运营成本水平，造成了一定程度的经济性损失。
在这样的技术发展背景之下，为了较为充分地规避雷击天气现象对闸门监控系统隶属的Genius网络正常工作状态造成的影响，确保水利枢纽工程系统预期的设计功用的正常发挥，必须实施有针对性的防雷技术改造实践行为。
五、泄水闸监控系统的防雷击改造方案简析
（一）技术系统极易遭受雷击破坏现象的原因简析
源于本水利工程在原始的设计安装过程中，仅仅单纯性地考虑了电源连接组件结构的防雷设计环节，导致整体化的.Genius网络总线结构基本上未能实现对防雷技术措施以及相关组件的安装和使用。由于系统中所有的PLC系统结构均是由电缆结构以串联的形式实现彼此连接，导致系统中实际使用的电缆长度已经超过了215m，一旦出现雷电天气现象，极易出现较强状态的感应雷过电压，而电缆本身会引起具备的良好导电性成为电流传导组件，进而对相关的技术设备造成较为严重的损坏。
（二）光电转换器技术故障的应急措施
由于水利枢纽系统中的闸门通信设备采用单点串联的形式，实现彼此之间的连接结构，一旦某台光电转换器发生技术性或者是运行故障现象，极易导致后续闸门运行过程中感知到的技术信号无法通过故障设备直接送达上位机，导致技术人员在监测系统的运行状态的过程中出现明显的偏差。
在这样的技术背景下，应当在光电转换器光纤连接口旁配备适当数量的ST接口转接器。在光电转换器出现故障时，使用转换装置实现连接结构的跳转操作，保证系统中通信技术功能的顺利运行。
（三）光电转换器的电源保障手段
光电转换器是改造工程完成后，对系统的通信功用目标实现保障的重要性设备功能组件，因而，其电源结构具备较为充分的可靠性特征，不会因为常见的闸门检修等缘由而导致光电转换器出现失电现象。为了扎实保障单台闸门断电之后，其他的PLC系统设备之内的光纤转换器仍能在良好的带电状态下保持良好而稳定的工作状态，应当对所有的光电转换器增加一路直流电源，并将其直接连接在光电转换器的备用电源输入端口。
结束语
泄水闸监控系统的防雷改造问题，是我国水利工程施工与运行技术领域的相关工作人员密切关注的一个基本问题，本文以我国南方某水利枢纽工程为阐述对象，对这一问题展开了简要分析，以供参考。
参考文献：
[1]黄群弟.飞来峡泄水闸监控系统防雷改造[J].广西水利水电，2015-04-30.
[2]田荔丽.枢纽拦河坝泄水闸供电和监控系统的设计[D].华南理工大学，2012-10-08.
[3]胡洪波.飞来峡水利枢纽管理信息系统设计及运行分析[J].华北水利水电学院学报，2006-02-28.
[4]谢红兰，储华平，房勇.欧阳海大坝安全监测系统的更新改造及实施[J].水利水文自动化，2004-09-25.
光电转换技术篇5
关键词：光交换技术；动态宽带；时分光交换
中图分类号：TN915.142文献标识码：A
随着通信技术和计算机技术的不断发展，人们对于网络业务的要求越来越多，这些网络业务要求需要有相应的传输交换技术与之相适应，因此电路交换技术不能满足各种新业务的要求，基于这种状况，各种交换技术应运而生，这些交换技术可以满足不同的业务要求，光交换技术是各种交换技术中较为突出的一项新型交换技术。本文从光交换的分类、技术特点以及光交换方式等三方面浅谈下其技术特点和应用。
光交换技术是全光通信网中的核心技术,对于现代通信技术发挥着重要的作用。我们在现代科学技术不断发展的背景下,技术发展需要在通信网中建立一个高质量的宽带通信网，用以实现高度透明、高活性的全光通信网是我们的最高建设目标。
1光交换的分类
我们把不经过光/电转换器的转换,就能直接将光信号输入端交换到光输出端的交换方式叫做光交换。从波长和组数方面可以分类，分为光路光交换和分组光交换。
1.1光路光交换
光路光交换实质是一种光的电路交换方式。基于光分插复用器OADM(OpticalAddDropMultiplexer)和光复交叉连接OXC(0PticalCrossConnect)的作用,波长路由方式比较灵活，是通过控制平面的双向信令建立传输链路，建立传输信道后分配相应波长信号。
在DWDM网络中,以波长交换的形式实现。在相邻节点的每条链路,一个交换的光通道对应一个波长。其优点是速度快、数据传输效率高，而且透明性高,非常适合SDH网络的建立使用。OCS网络资源的处理粒度采用波长作为区分,如果波长数有限制时，必须把一部分进行光/电/光转换，这样能避免出现数据拥塞，在普通的处理方式是采用动态分配方式，这种方式的缺点非常明显，响应建立时间非常长。OCS与多协议标签交换结合，形成的多协议波长交换技术可以实现智能化动态波长链路路由和保护的功能。下面我们谈谈此交换方式的缺点，它本质是电路交换,电路交换的固有缺点就是在数据传输链接中，所有节点必须维持信道资源，而且这种状况必须维持到传输结束，这时候信道方能拆除，问题在于即使信道资源没有被占用,这时其他数据也无法使用该信道，这样的低使用效率，就导致信道的利用率大大降低，对应的宽带使用率也大大的降低。
1.2分组光交换
分组光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时分复用：把时间划分成帧，每帧化成N个时隙，并分配给N路信号，再把N路信号复接到一条光纤上。在接收端用分接器恢复各路原始信号。时隙互换：把时分复用帧中各个时隙的信号互换位置。首先使复用信号经过分接器，在同一时间内，分接器每条出线上依次传输每一个时隙的信号；然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，获得不同的延迟时间；最后用复接器把这些信号重新组合起来。
OPS的核心节点的结构包括复用/解复用器、输入和输出接口以及内部的缓冲器和控制器。输入接口的功能是：（1）输入数据信号形成形成一个完善的质量信号；（2）检测信号漂移和抖动；（3）使每个分组的开始和结束都安排适当有效载荷；（4）对齐数据包采集同步和切换时间插槽；（5）传送信头给控制器；（6）外部传输波长转换为内部开关。输出接口必须完成的功能：输出信号形成克服了开关板造成的串扰和破坏，恢复的信号质量；对信息的有效载荷，根据需要内部波长转换为外部使用波长；由于信号的开关板的距离不同，插入损失是不同的，因此信号功率不同，需要有一个平衡的输出功率。
2光交换技术的特点
随着通信网络逐渐向全光平台发展,网络的优化、路由、保护和自愈功能在光通信领域中越来越重要。光交换技术能够保证网络的可靠性，提供灵活的信号路由平台。采用波长变换器，在发生竞争时可以将突发包在与指定输出线不同的波长上发送出去。这种解决方案在竞争分组的延迟方面是最佳的，适合电路交换，也适合光分组/突发交换网络，但需要快速可调谐变换器。最近研究结果表明，在分组交换光网络中波长交换是一种最有潜力的可选方案之一，它能最有效地降低光分组/突发的丢包率，特别是应用于多波长DWDM系统，因此快速可调波长变换器是目前研究的热点。
3光交换的方式及应用
光信号的分割复用方式有3种:空分、时分和波分。相应也有空分、时分和波分3种光交换。分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。这3种变换方式的特点和其实现方案各不相同。若光信号同时采用2种及以上交换方式则称复合光交换。
3.1空分光交换器
空分交换基本原理是光学开关元件阵列开关，并适当控制阵列开关。本质上它是光信号交换空间域上完成的过程。可以以任何方式在输入和输出光纤之间形成通路。对于空分交换开关元件一般可分为机械式，光电转换型，复合波导型，全反射式激光二极管门开关。平行波导的长度和两波导之间的相位差存在着变化,因此要求选取适当参数,波导上的光束完全交错,如果在电极上施加一定的电压,可改变折射率及相位差。
3.2时分光交换器
时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式。光时分复用和电时分复用类似,也是把一条复用信道划分成若干个时隙,每个基带数据光脉冲流分配占用一个时隙,N个基带信道复用成高速光数据流信号进行传输。
完成时间分光交换，必须有一个时隙交换实现输入信号的时隙切换插槽输出功能。完成时隙交换必须将时分多路复用信号按顺序写入到存储器，然后按顺序读出，从而完成时隙交换。利用光纤延迟线在分时开关工作原理：第一时间分复用光信号通过光分路器，使其每一个出口在同一时间只有某个时隙光信号；然后让这些信号分别通过不同的光学延迟器，得到不同的延迟时间；最后，提出这些信号通过一个光学合成器复接，完成了一个时分开关。
3.3波分光交换器
一般来说,在光波复用系统中源端和目的端，都可以采用相同的波长来传递信号,如多路复用中不采用相同波长,这就势必导致每个终端都将越来越复杂。波分光交换所需波长交换器是先用分解复用器将光波分信道空间分割开,对每个波长信道分别进行波长交换(w/c),交换后复用,经由一条光纤输出。未来光交换技术的必将推动通信网络的大发展，大容量、高速率时代必将到来。相信在不久的将来，我国光交换网络技术一定成为带动通信技术大发展的有效动力，通信技术必将进入高效、高质的发展阶段。
参考文献
[1]吴剑锐.软交换技术的发展与在网络智能化的应用[A].2007中国科协年会——通信与信息.
[2]发展高层论坛论文集[C].2007.
[3]杨波.流媒体系统的关键技术研究[D].北京邮电大学，2006.
[4]李臣.NGN网络智能化关键技术及应用研究[D].上海交通大学，2007.
光电转换技术篇6
关键词：太阳能；PV；多晶硅；太阳能电池
随着关键技术的不断突破，光电将成为一种可行的能源，同时在价格上相比传统能源也极具竞争力。可再生能源的重要性日益凸显，这源于人们希望减少二氧化碳排放以及对化石类能源强烈的依赖性的迫切需求。光电技术蕴含着巨大的环境效益和政治利益。光电是唯一一种能够满足全球长期能源需求又不会排放温室效应气体的能源技术。到达地球表面的这一部分太阳光提供的能量相当于目前全球能源需求的1万倍。而且，我们几乎随处都可以使用太阳能。平均而言，地球上暴露在太阳光下的每一平方米面积每年都能够接收到1700kWh的能量。据欧洲能源研究中心预测，到2050年，太阳能电池将为人类提供总电能需求的20％～30％。
但是，PV(Photovdtaics，光伏)技术的-成本仍然高于传统电网能源的成本，而且需要占用很大的空间来发电。虽然来自于太阳的能量非常丰富，但是却非常分散，利用太阳能发电需要很大面积的硅光板。太阳的能量是免费的，但是将其能量转换成电能却不是免费的。高成本依然是太阳能开发利用的最大问题。相比住宅用电的价格，太阳能电力的费用平均要高2～5倍。但是，随着关键技术不断突破，太阳能发电的成本也不断降低。太阳能电池模块的价格已经从1982年的峰值功率每瓦27美元降低到今天的每瓦4美元。此外，由于很多国家推出了强制上网电价(一种政府承诺以预定价格购买PV电能的补贴)，全球太阳能发电量在过去5年内以每年50％以上的速度快速增长，并有望继续高速增长。
根据地球政策研究会(Earth：PolicyInstitute)―一个旨在推动可持续发展技术的国际化组织的研究结果，在过去15年内，光电模块的价格降低了一半：从1990年的每瓦7.47美元，降低到2006年的每瓦3.84美元。根据这一趋势，太阳能发电的成本应该在2012年达到与传统发电成本相同的水平，这要归功于多种因素的综合作用，包括硅光板成本的降低、太阳能电池模块转换效率的提高、大规模节能措施的推广以及化石类燃料(如天然气和汽油)成本的增加。由于需求量的增加，太阳能发电的成本将在2010年降低到每瓦2美元。
在高经济回报的吸引之下，越来越多的公司正在涉足光伏(PV)市场。全球的光电行业在新的发电设备与技术改造方面正加大投资。光电领域飞速发展的一个明显迹象出现在2006年，这一年，全球生产的多晶硅第一次有一半以上被应用于光电领域而不是半导体IC生产。其中还包括众多半导体厂商。例如，半导体设备供应商应用材料组建了一个新的太阳能集团SunFab，专门开发生产太阳能电池和薄膜光电模块所需的制造工具。此外，赛普拉斯半导体创办了一个从事太阳能开发的子公司SunPower；美国国家半导体也开始涉足太阳能市场，最近了几款能够增强太阳能电池板效率的芯片。
遍及全球的太阳能市场
太阳能电力市场正逐步走向繁荣。到2006年底，全球太阳能光电(PV)系统累计装机容量已经达到了6500MW以上，2000年底这一数字仅为1200MW。根据美国分析家Solarbuzz观点，尽管面临着多晶硅短缺的问题，但是仅在2007年，全球太阳能光电市场的装机容量就达到了2826MW，比2006年增长了62％。这一数字在2050年将可能增长到6～8GW。在经营收入方面，2007年全球PV行业产值为172亿美元，德国咨询公司PhotonConsulting预测，到2011年这个数字将超过310亿美元。到2030年，每年太阳能电力系统装机容量将达到179GW，电池和模块的生产实现每年翻一番的发展速度。
欧洲，尤其是德国在太阳能市场中具有较强的实力，这得益于以强制入网电价为基础的良好政策，这一政策已经成为全球效仿的范例。德国已经达到了1328MW的光电装机总量，占全世界装机总量的47％。德国国内生产的太阳能电池只能满足50％的国内需求，因此德国不得不大量进口太阳能电池，主要进口来源是亚洲尤其是中国。西班牙是2007年最具活力的太阳能市场，其装机容量增长了480％，达到了640MW。意大利也是一个极具吸引力的市场，当地政府效仿德国的模式，为太阳能的应用提供了补贴。由于意大利的光照水平比德国高1.5倍，而且传统发电的成本更高，因此即使没有政府补贴，太阳能在意大利相比在其他国家有可能更快地凸显出竞争力。美国市场实现了57％的增长率，达到了220MW的装机容量。这些系统中有大约75％安装在加州。曾经处于世界领先地位的日本厂商发展缓慢，总共只有26％的市场份额。相反，2007年中国厂商的市场份额却从20％增长到35％，今年的太阳能发电量将超过欧洲和日本。中国市场的增长速度是非常惊人的：2003年，中国的太阳能发电量只占全球的1％。
太阳能的商业化应用是否取得成功取决于三个判断标准：效率、使用寿命和成本。与半导体和显示器行业一样，光电电池的制造与它们有很多共同之处，工艺技术是提高太阳能电池效率确保长期稳定的关键。当前的光电市场主要由价格昂贵的晶体硅占主导地位，这一局面很快将被成本更低的新工艺技术所打破。
中国的巨大机遇
2006年和2007年，欧洲是全球最大的区域性太阳能光电市场，中国同样面临着巨大的机遇，因为中国存在着庞大的半导体基础架构。今年，中国光电电池的生产规模超过了德国，在产量方面处于世界领先地位，德国的Q-Ceils和中国无锡尚德分别是处于第二位和第四位的电池生产厂商。江西赛维(LDK)与德国奇梦达公司签订了一份为期5年的合同，将从2009年到2013年向其供应装机容量约540MW的多晶太阳能晶圆。德国公司Aleo太阳能与孚日集团签订了合作协议，打算在中国山东新建一个太阳能模块生产工厂，以满足亚洲市场对太阳能模块不断增长的应用需求。该公司估计，到2012年韩国、日本和中国的市场产值至少将达到120亿美元。意大利PV电池与模块制造商Silfab公司将向常州的天合光能提供足以在6年内生产约225MW太阳能模块的纯多晶硅。
太阳能市场对于中国而言也十分具有战略意义，到2015年中国将超过美国成为全球主要的CO2排放国。这是中国经济年均两位数惊人增长率的必然结果。此外，将在2008年8月举办的北京奥运会和之后的残奥会也是推动光电技术发展的一次难得机遇，包括在体育场馆和奥运村内安装光电模块在内，中国政府在环保措施上的投入已经超过了
120亿美元。例如，丰台棒球馆拥有装机容量为27kW的光电系统。即将举办田径项目和足球赛的国家体育场也采用了130kW的光电系统。此外，为奥运村中的路灯供电的电力也来自于太阳能。2008年欧洲足球锦标赛也采取了类似的太阳能应用措施。安装在瑞士伯尔尼范可多夫体育场内的1.35兆瓦光电系统是迄今为止安装在大型体育场内最强大的光电系统。
现有的与新兴的光电技术
一直以来，晶体硅(c-Si)都被用作太阳能电池中吸收光的半导体材料，但是这种材料吸收光的能力相对较弱，是一种间接禁带半导体材料。用晶体硅制作太阳能电池板需要相当厚的材料：太阳能级晶圆的直径高达150mm，厚度需要350微米。但实际情况表明，晶体硅是最便捷的PV技术，因为借鉴微电子领域的工艺技术，能够利用晶体硅制造出稳定而高效的太阳能电池。该技术拥有约90％的市场份额；光电转换效率可达22％以上。多晶硅(简称mcSi或多晶硅)PV单元的转换效率通常更低，这是由于大块材料中存在的晶界增加了电子一空穴对的复合，降低了电荷移动性和能量转换效率。
但是，硅电池制造的主流趋势仍然是采用多晶技术，因为结晶硅晶圆的成本非常高，占成品模块成本的40％～50％。去年，多晶硅的总产量增加了30％，但是它毕竟是一种产量有限的技术。2007年，有20多家新公司开始生产多晶硅。在中国，多晶硅工厂像雨后春笋一样涌现，成为一个新的经济热点。有20多家公司开始建立多晶硅制造厂。他们生产的多晶硅总产量将达到商之一英利太阳能公司正力争在中国保定实现每年3000吨的多晶硅产量。
由Ⅲ-V族元素构成的半导体材料是直接禁带化合物，因此具有最高的转换效率。但是，它们的价格非常昂贵，主要用于卫星和军事应用，通常采用光学聚光和复杂的跟踪系统，能够实现40％的转换效率。长期来看，薄膜技术对于降低太阳能光电系统的成本具有最大的潜力。薄膜太阳能电池中使用的材料，例如碲化镉(CdTe)和铟化铜(镓)的二硒化物(CIs或CIGS)都是较强的吸光材料，只需要1μm的厚度。这样一来，材料成本就可以大大降低了。薄膜太阳能电池也能够采用非晶硅(a―Si)来制造，非晶硅是第一种实现商用太阳能产品的薄膜材料。这种太阳能电池如果采用非晶体硅基材料或者CdTe和CIGS时，能量转换效率在10％到18％之间。薄膜太阳能电池的产量从2006年的181MW增长到2007年的400MW，增长了一倍多，占据了约10％的市场份额。这些产品在低功耗(低于50W)和消费电子产品领域具有很好的应用前景。