【文章內(nèi)容簡介】 池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價格比較昂貴的鎳鍋蓄電池。DC/AC逆變器控制器光伏電池方陣蓄電池組交流負載直流負載太陽能光伏系統(tǒng) 太陽能光伏發(fā)電應用系統(tǒng)分為二大類:獨立運行和并網(wǎng)運行兩種方式。其中獨立運行系統(tǒng)又分為:直流負載獨立系統(tǒng):交流負載獨立系統(tǒng)。獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網(wǎng)的邊遠地區(qū)和人口分散地區(qū)，整個系統(tǒng)造價高。在有公共電網(wǎng)的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接并網(wǎng)運行，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價，而且具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能。 光伏技術(shù)已經(jīng)走進了人們的生活的各個方面，它的應用領(lǐng)域十分廣泛，并且發(fā)揮著越來越大的作用。光伏發(fā)電的各種應用包括: (1)太空領(lǐng)域: 光伏技術(shù)最早的應用領(lǐng)域就是在太空，它是作為人造衛(wèi)星的電源。 (2)交通領(lǐng)域: 如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、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、士兵GPS等。 (4)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。 (5)光伏電站: IOKW～50MW獨立光伏電站、風光(柴)互補電站、各種大型停車廠充電站等。 (6)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現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。 可見，光伏與建筑結(jié)合是未來光伏應用中最重要的領(lǐng)域之一，光伏電池己經(jīng)能配合建筑物的外觀或空間機能而結(jié)合成為一體，隨著科學的不斷進步，光伏組件的成本會很快下降，與光伏系統(tǒng)一體化的建筑會如雨后春筍般出現(xiàn)在我們身邊。 國內(nèi)外光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 在社會發(fā)展的歷史長河中，人類有利用太陽能進行生產(chǎn)和生活已經(jīng)具有很長一段歷史，但是將太陽能作為一種新興的能源和動力并加以利用僅有二百多年歷史。在20世紀70年代，掀開了人類利用太陽能嶄新的一頁。20世紀70年代，人們意識到了化石能源在未來必然消耗殆盡，并且在使用化石能源的過程中出現(xiàn)了許多的環(huán)境問題。為了解決在使用化石能源過程中出現(xiàn)的問題，人們開始尋找其它可以替代化石能源的新型能源。在這一時期，太陽能技術(shù)取得了巨大的進步。美國政府在1973年制定了太陽光發(fā)電計劃，1980年又將光伏發(fā)電列入公共電力計劃，向光伏發(fā)電行業(yè)投入了大量的人力和物力。1992年，美國政府頒布了新的光伏發(fā)電計劃，制定了發(fā)展太陽能技術(shù)的長遠目標。1996年，在美國能源部的大力支持下，美國政府開始了一項“光伏建筑物計劃”，總投資約20億美兀。1997年，美國又率先發(fā)起“太陽能屋頂計劃”。日本政府在1974年提出了“陽光計劃”，開始發(fā)展太陽能技術(shù)。1994年，日本又提出“新陽光計劃’，制定了發(fā)展太陽能技術(shù)的長期計劃。日本政府相繼頒布了一系列發(fā)展包括太陽能在內(nèi)的可再生能源的法規(guī)，這一系列政策極大地推動了該國太陽能技術(shù)的發(fā)展。德國是最先倡導和發(fā)展太陽能的國家之一。在1990年，德國政府便提出了1000太陽能屋頂計劃”，在1998年又提出了“10萬太陽能屋頂計劃”，將光伏發(fā)電與建筑巧妙地結(jié)合起來。德國政府在2000年頒布的“可再生能源法”極大地促進了太陽能技術(shù)的發(fā)展，使德國的光伏發(fā)電市場從1999年的12MW增加到2003年的130MW，同時成本降低了20% 。意大利、法國、瑞士、荷蘭和西班牙都有促進光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的相關(guān)計劃，并投入大量的資金發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)，以促進其工業(yè)化。從世界范圍內(nèi)來講，光伏發(fā)電已經(jīng)完成初期開發(fā)和規(guī)模應用的發(fā)展，其應用范圍幾乎遍及所有用電領(lǐng)域。各國研究開發(fā)工作一直圍繞著降低光伏發(fā)電成本，其中研究高效率的光伏電池和各種薄膜電池是研究的熱點。澳大利亞新南威爾士大學研制的高效單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率己高達22%，美國、日本和德國研制的光伏電池的效率也達到了22%。目前，多晶硅薄膜電池成為了世界關(guān)注的一個重要熱點，其轉(zhuǎn)換效率與過去相比有了很大的提高，其轉(zhuǎn)換效率達20%。將光伏發(fā)電技術(shù)與建筑相結(jié)合是目前大規(guī)模利用光伏發(fā)電技術(shù)的主要研究熱點，美國、日本和歐盟各國均投入大量資金進行這方面研究。除了在屋頂安裝光伏電池外，現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出將光伏電池裝在屋頂瓦片和光伏幕墻等產(chǎn)品。2001年以來，全世界光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量的一半左右為各種類型的與建筑相結(jié)合的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。我國1958年開始研制光伏電池，并在1959年研究出了第一塊有實用價值的光伏電池。1971年，光伏電池首次應用在衛(wèi)星上作為科學實驗衛(wèi)星的電源，開始了光伏電池應用的研究。1973年，首次進行了利用光伏電池向燈浮標供電的試驗，開始了光伏電池的地面應用。經(jīng)過40多年的不懈努力，我國的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。1982年在甘肅榆中縣建成國內(nèi)第一座 1 OKW光伏電站，解決了20余戶農(nóng)民照明電。1989年至2001年在西藏建設(shè)了7座光伏電站，總功率達420KW 。 1992年，新疆鞏留縣城示范區(qū)全部采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電，解決了我國無電地區(qū)的用電問題。1998年，我國利用光伏電池作為光纜通信站的電源，該光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量為1 OOKW。到2004年底，我國已經(jīng)建成十幾個光伏電池的專業(yè)生產(chǎn)廠，晶體硅光伏電池用硅片的年生產(chǎn)能力約為54MW晶體硅光伏電池的年生產(chǎn)能力約為57MW，非晶硅電池組件的年生產(chǎn)能力約為1 OMW，光伏電池組件的年生產(chǎn)能力在180MW以上。到2003年底，中國光伏發(fā)電的累計裝機容量約為S SMW，其中農(nóng)村家用光伏發(fā)電系統(tǒng)約為28MW，占總裝機容量的51%:通信及其他工業(yè)交通應用20MW，占總裝機容量的36%:太陽能應用產(chǎn)品SMW，占總裝機容量的9%,:并網(wǎng)發(fā)電2MW，占總裝機容量的4% ，我們應該石‘到國內(nèi)的光伏發(fā)電技術(shù)與國外還存在一定的差距。根據(jù)國家發(fā)改委和科技部提出的太陽能發(fā)展的總體目標，我國的光伏發(fā)電技術(shù)最主要的方向是不斷地提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模應用奠定堅實的基礎(chǔ)。在國家大型工程項目、推廣計劃和國際合作項目的推動下，我國的光伏發(fā)電技術(shù)將得到飛速的發(fā)展。與此同時，我國還大力推廣光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2050年將達到600GW。預計到2050年，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量將占總裝機容量的5%，將為我國的能源轉(zhuǎn)型作出重大的貢獻。 從總體上來講，我國的光伏發(fā)電技術(shù)與國外發(fā)達國家相比還有較大的差距，主要存在以下問題.（1）用十制造光伏電池的原材料緊缺。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，硅材料已經(jīng)出現(xiàn)較大的缺口。為了解決光伏電池原材料問題，應該擴大硅原材料的生產(chǎn)規(guī)模，提高生產(chǎn)能力。（2）生產(chǎn)光伏電池的技術(shù)水平有待提高。目前我國生產(chǎn)的晶體硅光伏電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率在16%左右。目前的光伏電池組件封裝工藝水平低，導致電池組件在使用過程中出現(xiàn)許多問題，影響電池組件的使用壽命。（3）晶體硅光伏電池組件的生產(chǎn)成本較高。目前我國生產(chǎn)晶體硅光伏電池的成本高于國外同類、同質(zhì)產(chǎn)品，在國際上的競爭力不強。（4）我國制造光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備的相關(guān)技術(shù)還需要進一步提高。目前我國的光伏電池年產(chǎn)量占世界光伏電池年產(chǎn)量的50%，但是用十光伏電池生產(chǎn)的相關(guān)設(shè)備主要是依賴國外產(chǎn)品。（5）我國的光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器和逆變器等關(guān)鍵技術(shù)落后，產(chǎn)品的性能不高，可靠性低，與國外先進產(chǎn)品還有較大的差距，尤其是并網(wǎng)逆變器和智能控制器的性能與國外先進產(chǎn)品的性能差距更大。第3章 太陽能電池太陽能電池的原理基十半導體的光生伏特效應將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能降。在晶體中電子的數(shù)目總是與核電荷數(shù)相一致，所以p型硅和n型硅對外部來說是電中性的。如果將p型硅或n型硅放在陽光下照射，僅是被加熱，外部看不出變化。盡管光的能量通過電子從化學鍵中被釋放，由此產(chǎn)生電子一空穴對，但在很短的時間內(nèi)(在微秒范圍內(nèi))電子又被捕獲，即電子和“空穴”“復合”。當p型材料和n型材料相接，將在晶體中p型和n型材料之間形成界面，即pn結(jié)。此時在界面層n型材料中的自由電子和P型材料中的空穴相對應。由十正負電荷之間的吸引力，在界面層附近n型材料中的電子擴散到P型材料中，并且將在原子作用力允許范圍內(nèi)，與P型材料中的電子缺乏實現(xiàn)平衡。與此相反，空穴擴散到n型材料中與自由電子復合。這樣在界面層周圍形成一個無電荷區(qū)域。在之前P型材料和n型材料是電中性的，這樣通過界面層周圍的電荷交換形成兩個帶電區(qū):通過電子到P型材料的遷移在n型形成一個正的空間電荷區(qū)和在p型區(qū)形成一個負空間電荷區(qū)。對不同材料的太陽能電池來說，盡管光譜響應的范圍是不同的，但光電轉(zhuǎn)換的原理是一致的。，在pn結(jié)的內(nèi)建電場作用下，n區(qū)的空穴向p區(qū)運動，p區(qū)的電子向n區(qū)運動，最后造成在太陽能電池受光面(上表面)有大量負電荷(電子)積累，而在電池背光面(下表面)有大量正電荷(空穴)積累。如在電池上、下表面引出金屬電極，并用導線連接負載，在負載上就有電流通過。只要太陽光照不斷，負載上就一直有電流通過。 太陽能電池生產(chǎn)流程 由同一種半導體材料構(gòu)成一個或多個pn結(jié)的電池。如硅太陽能電池、砷化稼太陽能電池等。 用兩種不同的半導體材料，在相接的界面上構(gòu)成一個異質(zhì)結(jié)的太陽能電池。如氧化鋼錫/硅電池、硫化亞銅/硫化福電池等。如果兩種異質(zhì)材料晶格結(jié)構(gòu)相近，界面處的晶格匹配較好，則稱為異質(zhì)面電池，如砷化鋁稼/砷化稼電池。 用金屬和半導體接觸組成一個“肖特基勢壘”的電池，也稱MS電池。目前已發(fā)展成金屬一氧化物一半導體電池(Most和金屬一絕緣體一半導體電池。這些又總稱為導體一絕緣體一半導體電池。 用浸于電解質(zhì)中的半導體電極構(gòu)成的電池，又稱為液結(jié)電池。以硅材料為基體的太陽能電池，包括單晶、多晶和非晶硅太陽能電池。 硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熟的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是依靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位，但由十受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太l淚能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。硅片清洗正反極印刷背電極印刷減反射膜制備燒結(jié)測試分檔去除背結(jié)周邊刻蝕絨面制備擴散前清洗磷擴散晶體硅太陽能電池制造流程 通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片由提拉或澆鑄的硅錠鋸割成，因此實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，70年代中期人們就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒太小，未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積(}LPCVD)、等離子增強化學氣相沉積((PECVD)和快熱化學氣相沉積(RTCVD)工藝。此外，液相外延法((LPE)和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。多晶硅薄膜電池由十所使用的硅遠較單晶硅少，又無效率衰退問題。并且有可能在廉價襯底材料上制備，其成本遠低于單晶硅電池，效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電池市場上占據(jù)重要的地位。