光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生(編輯修改稿)
2025-01-11 02:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 6 年以后更是突飛猛進(jìn)，每年新建的光伏屋頂達(dá)幾萬(wàn)套。日本光伏屋 頂?shù)陌l(fā)展有一個(gè)特點(diǎn)，他們將太陽(yáng)電他組件制作成建筑材料的形式，如瓦和玻璃等，這樣太陽(yáng)電池就很容易安裝在建筑物上，也很容易被建筑公司接受。 80 年代初，美國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始了井網(wǎng)光伏發(fā)電的努力，制定了 PVUSA 計(jì)劃，即光伏電力規(guī)模的應(yīng)用計(jì)劃，主要是建立 100kW 以上的大型井網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，最大的系統(tǒng)計(jì)劃達(dá) 10MW，但是由于成本高，電力不可調(diào)度，不受電力公司歡迎。 1996 年，在美國(guó)能源部的支持下，又開(kāi)始了一項(xiàng)稱(chēng)為 “ 光伏建筑物計(jì)劃（ PV 一BONUS） ” ，計(jì)劃投資 20 億美元。美國(guó)目前電力的 2／ 3 用于包 括為民用住宅在內(nèi)的各類(lèi)建筑物供電，該計(jì)劃的目標(biāo)是采用光伏發(fā)電緩解建筑物的峰值負(fù)荷，并探求未來(lái)清潔的建筑物供電途徑。此項(xiàng)計(jì)劃將有助于開(kāi)發(fā)新型的光伏建筑材料，包括玻璃、天窗、墻體等，有助于開(kāi)發(fā)光伏屋頂模塊和可由電力部門(mén)很容易安裝的光伏調(diào)峰電力模塊等。計(jì)劃分為三步實(shí)施：概念開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。這項(xiàng)計(jì)劃的內(nèi)容很豐富，其中典型的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目包括： （ 1） DsM 系統(tǒng)（按需求安排發(fā)電的系統(tǒng)），即帶有蓄電他的電力可以調(diào)度的光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種井網(wǎng)系統(tǒng)在今后囚年內(nèi)僅在美國(guó)國(guó)內(nèi)就會(huì)有 300MW 的市場(chǎng)。目前這種系統(tǒng)的發(fā)電成 本為 40 美分／ kWh，而美國(guó)某些地區(qū)的峰值電價(jià)已高達(dá) 20 一 30 美分／kwh（一般冬季電價(jià)為 3 一 4 美分／ kWh，夏季 7 一 8 美分／ kwh）。估計(jì)不久這類(lèi)調(diào)峰系統(tǒng)即可進(jìn)入市場(chǎng)。 （ 2）太陽(yáng)熱水器和非晶硅太陽(yáng)電池聯(lián)合構(gòu)成的光伏、光熱系統(tǒng)，可以為用戶(hù)同時(shí)提供電力和熱水。由于非晶硅太陽(yáng)電池不象晶體硅太陽(yáng)電池那樣，當(dāng)溫度升高后輸出功率會(huì)降低，所以特別適合于這種系統(tǒng)。 （ 3）光伏屋頂建筑材料（柔性的和非柔性的），如透明光伏玻璃，聚光電池供電、供水系統(tǒng)，光伏墻體，光伏智能窗簾等。 1997 年，美國(guó)總統(tǒng) 宣布了百萬(wàn)屋頂計(jì)劃，即到 2021 年美國(guó)將在美國(guó)國(guó)內(nèi)建造 100萬(wàn)座太陽(yáng)能屋頂，包括供熱和供電。這一計(jì)劃有 3 個(gè)目的： （ 1）計(jì)劃完成后每年減排的二氧化碳相當(dāng)于 850000 輛汽車(chē)的排放量； 6 （ 2）可以增加 70000 個(gè)高技術(shù)就業(yè)機(jī)會(huì)； （ 3）通過(guò)這一計(jì)劃，將大大加強(qiáng)美國(guó)光伏工業(yè)在世界上的領(lǐng)先地位和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。 其它一些發(fā)達(dá)國(guó)家也都有類(lèi)似的光伏屋頂井網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目或計(jì)劃，如荷蘭、瑞士、芬蘭、奧地利、英國(guó)、加拿大等。 除了光伏屋頂系統(tǒng)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還在其它光伏應(yīng)用方面也作了大量工作，主要有： （ 1）風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)：為了進(jìn)一步降低可再生能源的發(fā)電成本，國(guó)外在風(fēng)光柴混合發(fā)電系統(tǒng)上作了大量的示范工作和經(jīng)濟(jì)對(duì)比。 NRE1。還開(kāi)發(fā)了混合發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化軟件，它可用于根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源設(shè)計(jì)最合理最經(jīng)濟(jì)的供電方案。 （ 2）未來(lái)與汽車(chē)配套的發(fā)電系統(tǒng)：光伏發(fā)電系統(tǒng)在汽車(chē)行業(yè)有很大的潛在市場(chǎng)，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出較成功的可以為電動(dòng)汽車(chē)蓄電池充電的太陽(yáng)能快速充電系統(tǒng)，太陽(yáng)能汽車(chē)空調(diào)板，太陽(yáng)能汽車(chē)換氣扇，太陽(yáng)能空調(diào)和冷飲箱等。 （ 3）太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)：芬蘭的 NAPs 已經(jīng)完成這一發(fā)電系統(tǒng)的示范。太陽(yáng)電池將 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，通過(guò)電解他電解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣，氧氣排放到空氣中，氫氣儲(chǔ)存到儲(chǔ)氫罐中。使用時(shí)氫氣再與空氣中的氧氣通過(guò)燃料電池發(fā)電，氫氣和氧氣在發(fā)電過(guò)程中又化合成水。該系統(tǒng)屬于最清潔的再生能源發(fā)電系統(tǒng)，在未來(lái)具有巨大的市場(chǎng)，尤其對(duì)于冬夏太陽(yáng)能輻射差異很大，采用蓄電池極不經(jīng)濟(jì)的高緯度地區(qū)，通過(guò)這種辦法利用太陽(yáng)能將會(huì)十分有效，此外，隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，這一發(fā)電系統(tǒng)也會(huì)變得更為重要。 （ 4）再生能源海島供電系統(tǒng)：海島是一個(gè)特殊的環(huán)境，由于其淡水的缺乏，燃料的昂貴，使得可再生能源有了用武之地。國(guó)外已經(jīng)對(duì)海島 上應(yīng)用風(fēng)光柴混合發(fā)電系統(tǒng)作了大量示范，為海島供應(yīng)電力和淡水。此外，由于島上漁民需要用冰來(lái)儲(chǔ)存和運(yùn)送新鮮的魚(yú)蝦，海島的可再生能源制冰系統(tǒng)也得到了推廣。 （ 5）太陽(yáng)能發(fā)電專(zhuān)用直流負(fù)載：為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)效率，減少故障環(huán)節(jié)，國(guó)外開(kāi)發(fā)了許多不需要采用逆變器、可以直接由太陽(yáng)電池和蓄電池供電的直流負(fù)載，包括直流電視機(jī)、直流電冰箱、直流空調(diào)等，這類(lèi)專(zhuān) 用負(fù)載特別適合于車(chē)輛、船只和流動(dòng)性的單位，如旅游團(tuán)、地質(zhì)隊(duì)、部隊(duì)等。 3 中國(guó)太陽(yáng)電池和光伏發(fā)電的進(jìn)展 我國(guó)于 1958 年開(kāi)始太陽(yáng)電池的研究， 1971 年成功 地首次應(yīng)用于我國(guó)發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上， 1973 年開(kāi)始地面應(yīng)用。 1979 年開(kāi)始用半導(dǎo)體工業(yè)的次品硅生產(chǎn)單晶硅太陽(yáng)龜池，使太陽(yáng)電池成本明顯下降，打開(kāi)了地面應(yīng)用的市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)太陽(yáng)電池面積小，采用真空蒸鍍銀鋁的方法制作太陽(yáng)電他的電極。 80 年代中期，引進(jìn)國(guó)外太陽(yáng)電池生產(chǎn)線(xiàn)或關(guān)鍵設(shè)備，使我國(guó)太陽(yáng)電池生產(chǎn)能力達(dá)到 。單晶硅太陽(yáng)電池采用攀網(wǎng)印刷工藝制作電極，明顯地提高了生產(chǎn)效率。 我國(guó)進(jìn)行光伏研究與開(kāi)發(fā)的單位約有 38 個(gè)。目前正在研究的項(xiàng)目包括：實(shí)用單晶硅太陽(yáng)電池，高效單晶硅太陽(yáng)電池，多晶硅太陽(yáng)電池，非晶硅太陽(yáng)電 池，砷化嫁太陽(yáng)電池，空間用的硅太陽(yáng)電池及其系統(tǒng)，銅鋼錫及硫化鎬化合物薄膜太陽(yáng)電池；硅聚光太陽(yáng)電池系統(tǒng)；光伏系統(tǒng)應(yīng)用方面有：水泵、逆變器、控制器、太陽(yáng)能燈等。對(duì)一些太陽(yáng)電池專(zhuān)用材料國(guó)產(chǎn)化也開(kāi)展了研究。 3． 1 太陽(yáng)電池與材料的研究 7 我國(guó)太陽(yáng)電池達(dá)到的最高效率列于表 5。 在多晶 硅太陽(yáng)電池方面，發(fā)展了單向凝固法鑄錠，鑄錠重 15kg，尺寸為220mmX2201nmX140mm，鑄錠用的石墨柑渦或方形石英柑蝸，可重復(fù)使用。 在實(shí)用型電池工藝方面，研究采用在絲網(wǎng)印刷工藝中加入具有鈍化作用的氧化膜方法，來(lái)提高電池性能，建立了一條 30cmX30cm 的非晶硅太陽(yáng)電池中試線(xiàn)及一條 20cmX20cm的科研線(xiàn)，所有設(shè)備均為國(guó)產(chǎn)。 開(kāi)發(fā)的 p． i 一 n 非晶硅單結(jié)太陽(yáng)電池，組件的穩(wěn)定效率達(dá)到 6％。除了使用玻璃作基片的常規(guī)非晶硅太陽(yáng)電池，主耐溫塑料片上制作的柔性非晶硅太陽(yáng)電池也已開(kāi)發(fā)成功。 近期高效太 陽(yáng)電池的研究相當(dāng)活躍。發(fā)射極鈍化的硅太陽(yáng)電池最高效率達(dá)到19． 79％；采用的高效化工藝包括：發(fā)射區(qū)鈍化，分區(qū)輕（ n+）重（ n++）擴(kuò)散，背場(chǎng)，表面織構(gòu)化。實(shí)驗(yàn)室用多晶硅薄膜太陽(yáng)電池研究設(shè)備已經(jīng)建立。穩(wěn)定型 M1S 結(jié)構(gòu)的硅太陽(yáng)電池也在進(jìn)行研究。 空間用硅太陽(yáng)電池大面積化的研究正在進(jìn)行，目標(biāo)是研制出 8cm8cm 及10cm10cm 面積的空間用高質(zhì)量太陽(yáng)電池。 GaAs 太陽(yáng)電池外延生長(zhǎng)法的研究已有相當(dāng)基礎(chǔ)，最近的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向在諸片上用 MOCVD 的方法生長(zhǎng) GaAs 膜，制作空間用 GaAs 電池。 對(duì)旋鑄法直 接制作硅片進(jìn)行了初步研究。在該方法中硅料是使用冷柑蝸電磁感應(yīng)熔煉法來(lái)提供的。 小硅球太陽(yáng)電池組件也在我國(guó)進(jìn)行了探索性的研究，掌握了基本的制作方法。 銅鋼錫太陽(yáng)電池最近采用
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