單晶硅太陽能光伏發(fā)電組件

　　一、單晶硅太陽能發(fā)電組件——簡介

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

　　二、單晶硅太陽能發(fā)電組件——詳細(xì)介紹

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

　　加工太陽能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形成P>N結(jié)。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，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。

　　因此，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過抽查檢驗(yàn)，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽能電池組件(太陽能電池板)，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和材料進(jìn)行封裝。用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣，亦稱太陽能電池陣列。單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20%以上的。

　　三、單晶硅太陽能發(fā)電組件——構(gòu)成作用

　　1. 鋼化玻璃 其作用為保護(hù)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 用來粘結(jié)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，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)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電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣晶體硅太陽能電池片，設(shè)備成本相對(duì)較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽光下發(fā)電比較適宜薄膜太陽能電池，相對(duì)設(shè)備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電。如計(jì)算器上的太陽能電池。

　　4.EVA 作用如上，主要粘結(jié)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，組件廠家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的需求，所以我們就多多片電池片串聯(lián)起來，已達(dá)到我們所要求的功率，電流、電壓，而被串聯(lián)起來的電池片我們稱之為電池串。

　　6.鋁合金 保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。

　　7. 接線盒 保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同。

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

　　四、單晶硅太陽能發(fā)電組件——功率計(jì)算

　　太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成;太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)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(jì)算方法：

　　1. 首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時(shí)數(shù)(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)輸出功率為100W時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)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(jì)算太陽能電池板：按每日有效日照時(shí)間為6小時(shí)計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實(shí)際使用功率。

　　五、單晶硅太陽能發(fā)電組件——測(cè)試條件

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

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

　　六、單晶硅太陽能發(fā)電組件——應(yīng)用領(lǐng)域

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

　　2. 交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

　　3. 通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng);農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、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陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。

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

　　6. 光伏電站：10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光(柴)互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。

　　7. 太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。

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

　　七、單晶硅太陽能發(fā)電組件——中國研發(fā)

　　由中科院半導(dǎo)體所韓培德研究員領(lǐng)導(dǎo)的光伏能源組，在國家縱向和自籌經(jīng)費(fèi)的支持下，瞄準(zhǔn)光伏企業(yè)需求，經(jīng)過多年苦戰(zhàn)，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?fù)郊夹g(shù)等優(yōu)點(diǎn)，在單晶硅襯底上研發(fā)出效率高達(dá)20.0%的太陽電池(短路電流密度JSC=43.9mA/cm，開路電壓VOC=602mV，填充因子FF=0.758)，并經(jīng)中國計(jì)量科學(xué)研究院認(rèn)證。

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

　　針對(duì)當(dāng)前光伏低谷的產(chǎn)業(yè)形勢(shì)，課題組提出了“提效率、重檢測(cè)、降成本、促應(yīng)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(jié)合的研發(fā)道路。下一步將繼續(xù)提高電池效率，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行中試，并在產(chǎn)線上加以推廣和應(yīng)用。

　　八、單晶硅太陽能發(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%增長到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率13%-14%提高到16%-17%�？傮w來看，中國太陽能電池的國際市場(chǎng)份額和技術(shù)競爭力大幅提高。在產(chǎn)業(yè)布局上，中國太陽能電也由池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢(shì)。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。

　　太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上;到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出，太陽能電池市場(chǎng)前景廣闊。

　　太陽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?cè)诓煌瑧?yīng)用中擁有不可替代的地位。但是，未來10年晶體硅太陽能電池所占份額盡管會(huì)因薄膜太陽能電池的發(fā)展等原因而下降，但其主導(dǎo)地位仍不會(huì)根本改變;而薄膜電池如果能夠解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池所用設(shè)備價(jià)格昂貴等問題，會(huì)有巨大的發(fā)展空間。

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