單晶硅太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件

　　一、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——簡(jiǎn)介

　　單晶硅太陽(yáng)能電池，是以高純的單晶硅棒為原料的太陽(yáng)能電池，是當前開(kāi)發(fā)得最快的一種太陽(yáng)能電池。它的構造和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。

　　二、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——詳細介紹

　　為了降低生產(chǎn)成本，地面應用的太陽(yáng)能電池等采用太陽(yáng)能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過(guò)復拉制成太陽(yáng)能電池專(zhuān)用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過(guò)拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。

　　加工太陽(yáng)能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形成P>N結。然后采用絲網(wǎng)印刷法，精配好的銀漿印在硅片上做成柵線(xiàn)，經(jīng)過(guò)燒結，同時(shí)制成背電極，并在有柵線(xiàn)的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。

　　因此，單晶硅太陽(yáng)能電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過(guò)抽查檢驗，即可按所需要的規格組裝成太陽(yáng)能電池組件(太陽(yáng)能電池板)，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和材料進(jìn)行封裝。用戶(hù)根據系統設計，可將太陽(yáng)能電池組件組成各種大小不同的太陽(yáng)能電池方陣，亦稱(chēng)太陽(yáng)能電池陣列。單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率為15%左右，實(shí)驗室成果也有20%以上的。

　　三、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——構成作用

　　1. 鋼化玻璃 其作用為保護發(fā)電主體(如電池片)，透光其選用是有要求的，第一，透光率必須高(一般91%以上);第二，超白鋼化處理。

　　2. EVA 用來(lái)粘結固定鋼化玻璃和發(fā)電主體(如電池片)，透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠(chǎng)家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達標，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠，都會(huì )引起EVA提早老化，影響組件壽命。

　　3.電池片 主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場(chǎng)上主流的是晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片，兩者各有優(yōu)劣晶體硅太陽(yáng)能電池片，設備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉換效率也高，在室外陽(yáng)光下發(fā)電比較適宜薄膜太陽(yáng)能電池，相對設備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉化效率相對晶體硅電池片一半多點(diǎn)，但弱光效應非常好，在普通燈光下也能發(fā)電。如計算器上的太陽(yáng)能電池。

　　4.EVA 作用如上，主要粘結封裝發(fā)電主體和背板。

　　5. 背板 作用，密封、絕緣、防水(一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，組件廠(chǎng)家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求。

　　附：發(fā)電主體(晶體硅電池片)

　　我們知道，單片電池片的發(fā)電效率是非常低的，如一片156電池片的功率只有3W多，遠遠不能滿(mǎn)足我們的需求，所以我們就多多片電池片串聯(lián)起來(lái)，已達到我們所要求的功率，電流、電壓，而被串聯(lián)起來(lái)的電池片我們稱(chēng)之為電池串。

　　6.鋁合金 保護層壓件，起一定的密封、支撐作用。

　　7. 接線(xiàn)盒 保護整個(gè)發(fā)電系統，起到電流中轉站的作用，如果組件短路接線(xiàn)盒自動(dòng)斷開(kāi)短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統接線(xiàn)盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據組件內電池片的類(lèi)型不同，對應的二極管也不相同。

　　8. 硅膠 密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線(xiàn)盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來(lái)替代硅膠，國內普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。

　　四、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——功率計算

　　太陽(yáng)能交流發(fā)電系統是由太陽(yáng)電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成;太陽(yáng)能直流發(fā)電系統則不包括逆變器。為了使太陽(yáng)能發(fā)電系統能為負載提供足夠的電源，就要根據用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個(gè)小時(shí)為例，介紹一下計算方法：

　　1. 首先應計算出每天消耗的瓦時(shí)數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應為100W/90%=111W;若按每天使用5小時(shí)，則耗電量為111W*5小時(shí)=555Wh。

　　2. 計算太陽(yáng)能電池板：按每日有效日照時(shí)間為6小時(shí)計算，再考慮到充電效率和充電過(guò)程中的損耗，太陽(yáng)能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過(guò)程中，太陽(yáng)能電池板的實(shí)際使用功率。

　　五、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——測試條件

　　(1)由于太陽(yáng)能組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度和太陽(yáng)能電池溫度等因素，因此太陽(yáng)能電池組件的測量在標準條件下(STC)進(jìn)行，標準條件定義為： 大氣質(zhì)量AM1.5， 光照強度1000W/m2，溫度25℃。

　　(2)在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率稱(chēng)為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)能模擬儀測定。影響太陽(yáng)能電池組件輸出性能的主要因素有負載阻抗、日照強度、溫度、陰影等幾點(diǎn)。

　　六、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——應用領(lǐng)域

　　1. 用戶(hù)太陽(yáng)能電源：(1)小型電源10-100W不等，用于邊遠無(wú)電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等;(2)3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統;(3)光伏水泵：解決無(wú)電地區的深水井飲用、灌溉。

　　2. 交通領(lǐng)域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線(xiàn)電話(huà)亭、無(wú)人值守道班供電等。

　　3. 通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統;農村載波電話(huà)光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。

　　4. 石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門(mén)陰極保護太陽(yáng)能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀(guān)測設備等。

　　5. 家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。

　　6. 光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光(柴)互補電站、各種大型停車(chē)廠(chǎng)充電站等。

　　7. 太陽(yáng)能建筑：將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。

　　8. 其他領(lǐng)域包括：(1)與汽車(chē)配套：太陽(yáng)能汽車(chē)/電動(dòng)車(chē)、電池充電設備、汽車(chē)空調、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統;(3)海水淡化設備供電;(4)衛星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。

　　七、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——中國研發(fā)

　　由中科院半導體所韓培德研究員領(lǐng)導的光伏能源組，在國家縱向和自籌經(jīng)費的支持下，瞄準光伏企業(yè)需求，經(jīng)過(guò)多年苦戰，綜合了入射光減反技術(shù)、鈍化技術(shù)、選擇性發(fā)射極技術(shù)、背面局部重摻技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，在單晶硅襯底上研發(fā)出效率高達20.0%的太陽(yáng)電池(短路電流密度JSC=43.9mA/cm，開(kāi)路電壓VOC=602mV，填充因子FF=0.758)，并經(jīng)中國計量科學(xué)研究院認證。

　　在中國特色的光伏運動(dòng)推動(dòng)下，單晶硅/多晶硅太陽(yáng)電池將以第一代電池身份跨入Martin A.Green說(shuō)描述的第三代電池范疇(即光電轉換效率³20%，電力成本£$0.5/W，制造成本£$100/m)，單晶硅/多晶硅太陽(yáng)電池在光伏能源中的主導地位將長(cháng)期不變。正因如此，提高單晶硅電池效率、形成自主知識產(chǎn)權、引領(lǐng)光伏企業(yè)向前發(fā)展具有重要的戰略意義。

　　針對當前光伏低谷的產(chǎn)業(yè)形勢，課題組提出了“提效率、重檢測、降成本、促應用” 十二字方針，以此作為本組日常工作指南，努力走一條與企業(yè)需要相結合的研發(fā)道路。下一步將繼續提高電池效率，同時(shí)對現有技術(shù)進(jìn)行中試，并在產(chǎn)線(xiàn)上加以推廣和應用。

　　八、單晶硅太陽(yáng)能發(fā)電組件——產(chǎn)業(yè)發(fā)展

　　中國光伏電池產(chǎn)量年增長(cháng)速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07%增長(cháng)到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽(yáng)能電池的效率13%-14%提高到16%-17%�？傮w來(lái)看，中國太陽(yáng)能電池的國際市場(chǎng)份額和技術(shù)競爭力大幅提高。在產(chǎn)業(yè)布局上，中國太陽(yáng)能電也由池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長(cháng)三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區，已經(jīng)形成了各具特色的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)集群。

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電在不遠的將來(lái)會(huì )占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將占到30%以上，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上;到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占到60%以上。這些數字足以顯示出太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰略地位。由此可以看出，太陽(yáng)能電池市場(chǎng)前景廣闊。

　　太陽(yáng)能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種，它們各自的特點(diǎn)決定了它們在不同應用中擁有不可替代的地位。但是，未來(lái)10年晶體硅太陽(yáng)能電池所占份額盡管會(huì )因薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展等原因而下降，但其主導地位仍不會(huì )根本改變;而薄膜電池如果能夠解決轉換效率不高、制備薄膜電池所用設備價(jià)格昂貴等問(wèn)題，會(huì )有巨大的發(fā)展空間。

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