ch3-太阳能电池的测试_百度文库
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ch3-太阳能电池的测试|
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50170 keV质子照射对GaAsGe太阳能电池光谱响应的影响
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3秒自动关闭窗口多结太阳能电池光谱响应测试系统设计 - 中国学术期刊网络出版总库
中国学术期刊网络出版总库
多结太阳能电池光谱响应测试系统设计
【摘要】 本文主要是针对三结太阳能电池,研究测试方法和理论,并进行其电性能指标的测试平台设计,从而为三结太阳能电池性能测试提供理论依据和可行实验。本课题完成了测试系统整体设计,提出了多结太阳能电池光谱响应测试中的电偏置新算法,完成了光谱响应信号检测以及数据采集硬件工作。最终完成了整体系统测试理论建设和关键技术研究,为开发一套可供实用的单片叠层多结光伏电池光谱响应测试系统奠定了很好的基础。
【关键词】 ；
【分类号】TM914.4
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太阳能电池是通过或者光化学效应直接把光能转化成的装置以工作的薄膜式太阳能电池为主流而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段外文名Solar Cell发明时间1883年原&&&&理光电效应材料种类硅, 化合物半导体, 有机材料等类&&&&型硅基半导体电池、染料敏化电池等
数据显示2012年我国太阳能电池继续保持产量和性价比优势国际竞争力愈益增强产量持续增大预计2012年我国太阳能电池产能将超过40GW产量将超过24GW仍将占据全球半壁江山
随着太阳能电池行业的不断发展内业竞争也在不断加剧大型太阳能电池企业间并购整合与资本运作日趋频繁国内优秀的太阳能电池生产企业愈来愈重视对行业市场的研究特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究正因为如此一大批国内优秀的太阳能电池品牌迅速崛起逐渐成为太阳能电池行业中的翘楚太阳能电池又称为太阳能芯片或光电池是一种利用直接发电的光电薄片它只要被光照到瞬间就可输出及在有回路的情况下产生在物理学上称为Photovoltaicphoto光voltaics伏特缩写为PV简称光伏术语光生伏特Photovoltaics来源于希腊语意思是光伏特和的来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字在亚历山德罗·伏特以后便作为电压的单位使用
以太阳能发展的历史来说光照射到材料上所引起的光起电力行为早在19世纪的时候就已经发现了
1839年光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现1849年术语光－伏才出现在英语中
1883年第一块由Charles Fritts制备成功Charles用硒上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结器件只有1%的效率
到了20世纪30年代的广泛地使用光起电力行为原理[1]
1946年Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利
到了20世纪50年代随着半导体物性的逐渐了解以及加工技术的进步1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后第一个太阳能电池在1954年诞生在太阳电池技术的时代终于到来[1]
自20世纪58年代起美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池作为能量的来源
20世纪70年代能源危机时让世界各国察觉到的重要性
1973年发生了危机人们开始把的应用转移到一般的民生用途上
在美国和等国家已经大量使用太阳能装置更朝的目标前进
在这些国家中美国于1983年在建立世界上最大的太阳能电厂它的可以高达16百万瓦特和南部的其他国家也设立专案鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统
而推行最积极的国家首推日本日本实施补助奖励办法推广每户3,000瓦特的市电并联型太阳光电能系统在第一年49%的经费以后的补助再逐年递减市电并联型太阳光系统是在充足的时候由太阳能电池提供电能给自家的用若有多余的电力则另行储存当发电量不足或者不发电的时候所需要的电力再由提供到了日本有2,600户装置太阳能发电系统装设总已经有8百万瓦特一年后已经有9,400户装置装设的总容量也达到了32百万瓦特随着环保意识的高涨和政府补助金的制度预估日本住家用太阳能电池的需求量也会急速增加
在太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助2009年3月宣布拟对太阳能光电建筑等大型进行补贴太阳光照在半导体上形成新的空穴-电子对在p-n结内建的作用下光生空穴流向p区光生电子流向n区接通电路后就产生这就是太阳能电池的工作原理
太阳能发电有两种方式一种是光热电转换方式另一种是光电直接转换方式1 光热电转换方式通过利用太阳产生的发电一般是由将所吸收的热能转换成工质的蒸气再驱动发电前一个过程是光热转换过程后一个过程是热电转换过程与普通的一样太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元平均1kW的投资为美元因此只能小规模地应用于特殊的场合而大规模利用在经济上很不合算还不能与普通的火电站或核电站相竞争太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波 如红外线紫外线可见光等等当这些射线照射在不同导体或半导体上光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流射线的波长越短频率越高所具有的能量就越高例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时电流才能产生能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应 太阳电池发电是一种可再生的发电方式发电过程中不会产生等不会对造成按照制作材料分为硅基半导体电池CdTe薄膜电池CIGS薄膜电池染料敏化薄膜电池有机材料电池等其中硅电池又分为单晶电池多晶电池和无定形硅薄膜电池等对于太阳电池来说最重要的是在实验室所研发的硅基太阳能电池中电池效率为25.0%电池效率为20.4%CIGS薄膜电池效率达19.6%CdTe薄膜电池效率达16.7%非晶硅无定形硅薄膜电池的效率为10.1%太阳能电池组件构成及各部分功能
1其作用为保护发电主体如电池片透光其选用是有要求的 1.透光率必须高一般91%以上2.超白钢化处理
用来粘结固定钢化玻璃和发电主体如电池片透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命暴露在空气中的EVA易老化发黄从而影响组件的透光率从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外组件厂家的层压工艺影响也是非常大的如EVA胶连度不达标EVA与钢化玻璃背板粘接强度不够都会引起EVA提早老化影响组件寿命主要粘结封装发电主体和背板
3主要作用就是发电发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片薄膜太阳能电池片两者各有优劣晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低光电转换效率也高在室外阳光下发电比较适宜但消耗及电池片成本很高薄膜太阳能电池消耗和电池成本很低弱光效应非常好在普通灯光下也能发电但相对设备成本较高光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点如计算器上的太阳能电池
4作用密封绝缘防水一般都用等材质必须耐老化大部分组件厂家都是质保25年钢化玻璃铝合金一般都没问题关键就在与背板和硅胶是否能达到要求
5保护层压件起一定的密封支撑作用
6保护整个发电系统起到电流中转站的作用如果组件短路接线盒自动断开短路电池串防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是的选用根据组件内电池片的类型不同对应的二极管也不相同
7密封作用用来密封组件与铝合金边框组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条泡棉来替代硅胶国内普遍使用硅胶工艺简单方便易操作而且成本很低太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性太阳电池的性能参数太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性具体解释如下
1太阳能电池的极性
硅太阳能电池的一般制成P+/N型结构或N+/P型结构P+和N+表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型;N和P表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关
2太阳电池的性能参数
太阳电池的性能参数由开路电压短路电流最大输出功率填充因子转换效率等组成这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志
3　太阳能电池的伏安特性
P-N结太阳能电池包含一个形成于表面的浅P-N结一个条状及指状的正面欧姆接触一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正面的抗反射层当电池暴露于太阳光谱时能量小于禁带宽度Eg的光子对电池输出并无贡献能量大于禁带宽度Eg的光子才会对电池输出贡献能量Eg大于Eg的能量则会以热的形式消耗掉因此在太阳能电池的设计和制造过程中必须考虑这部分热量对电池稳定性寿命等的影响1开路电压
开路电压UOC即将太阳能电池置于AM1.5光谱条件100 mW/cm2的光源强度照射下在两端开路时太阳能电池的输出电压值
短路电流ISC就是将太阳能电池置于AM1.5光谱条件100 mW/cm2的光源强度照射下在输出端短路时流过太阳能电池两端的电流值
3最大输出功率
太阳能电池的工作电压和电流是随负载而变化的将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大即可获得最大输出功率用符号Pm表示此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流分别用符号Um和Im表示
太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FFfill factor它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比
FF 是衡量太阳能电池输出特性的重要指标 是代表太阳能电池在带最佳负载时 能输出的最大功率的特性其值越大表示太阳能电池的输出功率越大FF 的值始终小于1串并联电阻对填充因子有较大影响串联电阻越大短路电流下降越多填充因子也随之减少的越多并联电阻越小其分电流就越大导致开路电压就下降的越多填充因子随之也下降的越多
太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数它与电池的结构结特性材料性质工作温度放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关太阳能交流发电系统是由太阳电池板充电控制器逆变器和蓄电池共同组成太阳能直流发电系统则不包括逆变器为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源就要根据用电器的功率合理选择各部件下面以100W输出功率每天使用6个小时为例介绍一下计算方法　　1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)
若逆变器的转换效率为90%则当输出功率为100W时则实际需要输出功率应为100W/90%≈111W若按每天使用5小时则耗电量为111W×5h=555Wh
计算太阳能电池板
按每日有效日照时间为6小时计算再考虑到充电效率和充电过程中的损耗太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W其中70%是充电过程中太阳能电池板的实际使用功率[2]太阳能电池主要是以半导体材料为基础其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应根据所用材料的不同太阳能电池可分为1硅太阳能电池2以无机盐如砷化镓III-V化合物硫化镉铜铟硒等多元化合物为材料的电池3功能高分子材料制备的太阳能电池4纳米晶太阳能电池等据Dataquest的统计资料显示全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发积极生产各种相关的节能新产品1998年全世界生产的太阳能电池其总的发电量达1000兆瓦1999年达 2850兆瓦根据欧洲光伏工业协会EPIA2008年的预测如果按照2007年全球装机容量为2.4GW来计算2010年全球的年装机容量将达到6.9GW,2020年和2030年将分别达到56GW和281GW2010年全球累计装机容量为25.4GW预计2020年达到278GW2030年达到1864GW全球太阳能电池产量以47%的速度迅猛增长2008年产量达到6.9GW[3]
许多国家正在制订中长期太阳能开发计划准备在21世纪大规模开发太阳能推出的是国家光伏计划日本推出的是阳光计划NREL光伏计划是美国国家光伏计划的一项重要的内容该计划在和高级器件薄膜光伏技术PVMaT以及系统性能和工程 光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作
美国还推出了&计划&,旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电根据计划每盏路灯每年可节电800 度日本也正在实施太阳能&7万套工程计划& 日本准备普及的太阳能住宅发电系统主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司一个标准家庭可安装一部发电3000瓦的系统则将研究开发太阳能电池列入著名的&尤里卡&高科技计划推出了10万套工程计划&这些以普及应用光电池为主要内容的&太阳能工程&计划是推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一
日本以及欧洲地区总共8个国家决定携手合作在亚洲及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来为30万用户提供100万千瓦的电能计划将从2001年开始花4年时间完成
美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额美国拥有世界上最大的光伏发电厂其功率为7MW日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂全世界总共有23万座光伏发电设备以色列澳大利亚居于领先地位
20世纪90年代以来全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断地发展据Dataquest发布的最新统计和预测报告显示美国日本和工业发达国家在研究开发太阳能方面的总投资1998年达570亿美元亿美元亿美元2001年将达820亿美元2002年有望突破1000亿美元中国对太阳能电池的研究开发工作高度重视早在七五期间半导体的研究工作已经列入国家重大课题八五和九五期间中国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面2003年10月国家科技部制定出未来5年开发计划发改委&光明工程&将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用计划到2015年全国总装机容量达到300兆瓦中国已成为全球光伏产品最大制造国中国即将出台的新能源振兴规划中国光伏发电的装机容量规划为2020年达到20GW是原来可再生能源中长期规划中1.8GW的10多倍
2002年国家有关部委启动了&西部省区无电乡通电计划&通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业国内建起了几条太阳能电池的封装线使太阳能电池的年生产量迅速增加据专家预测中国光伏市场需求量为每年5MW,年年需求量将达10MW从2011年开始中国光伏市场年需求量将大于20MW
2009年国务院根据工信提供的报告指出产能过剩实际业界人并不认可科技部已经表态多晶硅产能并不过剩[1]太阳能电池的应用已从军事领域领域进入工业商业农业 通信家用电器以及公用设施等部门尤其可以分散地在边远地区高山沙漠海岛和农村使用以节省造价很贵的但是在现阶段它的成本还很高发出1kW电需要投资上万美元因此大规模使用仍然受到经济上的限制
市场上销售的光伏电池主要是单晶硅为原料生产的由于单晶硅电池生产能耗大一些专家认为现有单晶硅电池生产能耗大于其生命周期内捕获的太阳能是没有价值的最乐观的估计是需要10年左右时间使用单晶硅电池所获得的太阳能才能大于其生产所消耗的能量而单晶硅是石英砂经还原融化后拉单晶得到的生产过程能耗大产生的有毒有害物质多环境污染严重国外纷纷将其转移到中国生产我国各地大上单晶硅及单晶硅电池生产线
然而我们不掌握光伏电池生产技术单晶硅光伏电池生产技术虽然很成熟然而还在不断发展其他各种光伏电池技术也在不断涌现光伏电池的成本和光电转换效率离真正市场化还有很大差距光伏电池市场主要靠各国政府财政补贴欧洲市场光伏发电补贴高达每度电1元以上今后要使光伏电池大规模应用必须不断改进光伏电池效率和生产成本在这个过程中生产技术和产品会不断更新换代其更新换代周期短仅3－5年光伏电池生产企业投资大回收周期长由于技术更新快国内企业如果不掌握技术及时更新技术就会很快被淘汰很可能不能收回投资
但是从长远来看随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的发明各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式以下表示为a-两大类而前者又分为单结晶形和多结晶形
按材料可分为硅薄膜形薄膜形和有机膜形而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等ⅢV族GaAs,InP等ⅡⅥ族Cds系和磷化锌 (Zn 3 p 2 等
太阳能电池根据所用材料的不同太阳能电池还可分为多元化合物薄膜太阳能电池纳米晶太阳能电池塑料太阳能电池其中硅太阳能电池是发展最成熟的在应用中居主导地位硅太阳能电池分为多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池三种
单晶硅太阳能电池转换效率最高技术也最为成熟在实验室里最高的转换效率为24.7%规模生产时的效率为15%截止2011为18%在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位但由于单晶硅成本价格高大幅度降低其成本很困难为了节省发展了多晶硅薄膜和作为单晶硅太阳能电池的替代产品
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较成本低廉而效率高于非晶硅其实验室最高转换效率为18%工业规模生产的转换效率为10%截止2011为17%因此多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻转换效率较高便于大规模生产有极大的潜力但受制于其材料引发的光电效率衰退效应稳定性不高直接影响了它的实际应用如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题那么非晶无疑是太阳能电池的主要发展产品之一多晶体薄膜电池硫化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高成本较单晶硅电池低并且也易于大规模生产但由于镉有剧毒会对环境造成严重的污染因此并不是最理想的替代产品
砷化镓GaAsIII-V化合物电池的转换效率可达28%GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率抗辐照能力强对热不敏感适合于制造高效单结电池但是GaAs材料的价格不菲因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及
铜铟硒薄膜电池简称CIS适合光电转换不存在光致衰退问题转换效率和多晶硅一样具有价格低廉性能良好和工艺简单等优点将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向唯一的问题是材料的来源由于铟和硒都是比较稀有的因此这类电池的发展又必然受到限制以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向由于有机材料柔性好制作容易材料来源广泛成本低等优势从而对大规模利用太阳能提供廉价电能具有重要意义但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始不论是使用寿命还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比能否发展成为具有实用意义的产品还有待于进一步研究探索化学能太阳能电池是新近发展的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能其光电效率稳定在10%以上制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10寿命能达到20年以上
此类电池的研究和开发刚刚起步不久的将来会逐步走上市场有机就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池大家对有机太阳能电池不熟悉这是情理中的事如今量产的太阳能电池里95%以上是硅基的而剩下的不到5%也是由其它无机材料制成的染料敏化太阳能电池是将一种色素附着在TiO2粒子上然后浸泡在一种电解液中色素受到光的照射生成自由电子和空穴自由电子被TiO2吸收从电极流出进入外电路再经过用电器流入电解液最后回到色素染料敏化太阳能电池的制造成本很低这使它具有很强的竞争力它的能量转换效率为12%左右塑料太阳能以可循环使用的塑料薄膜为原料能通过卷对卷印刷技术大规模生产其成本低廉环保但塑料太阳能电池尚不成熟预计在未来5年到10年基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟并大规模投入使用
太阳能电池生产组件线又叫封装线封装是太阳能电池生产中的没有良好的封装工艺多好的电池也生产不出好的组件板电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证而且还增强了电池的抗击强度产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键所以组件板的封装质量非常重要1检测2正面焊接检验3背面串接检验4敷设材料切割玻璃预处理敷设5层压6去毛边去边清洗7装边框涂胶装角键冲孔装框擦洗余胶8焊接接线盒9高压测试10组件测试外观检验11包装入库1高转换效率高质量的
2高质量的原材料例如高的交联度的EVA高粘结强度的封装剂中性硅酮树脂胶高透光率高强度的钢化玻璃等
3合理的封装工艺
4员工严谨的工作作风
由于太阳电池属于高科技产品生产过程中一些细节问题一些不起眼问题如应该戴手套而不戴应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌所以除了制定合理的制作工艺外员工的认真和严谨是非常重要的单晶硅太阳能的光电转换效率最高的达到24%,这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的但是单晶硅太阳能电池的制作成本很大以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用多晶硅太阳能电池从制作成本上来讲比单晶硅太阳能电池要便宜一些但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少此外多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短因此从性能价格比来讲单晶硅太阳能电池还略好
研究者发现有一些化合物半导体材料适于作太阳能光电转化薄膜例如CdS,CdTeⅢ-V化合物半导体GaAs,AIPInP等用这些半导体制作的薄膜太阳能电池表现出很好光电转化效率具有梯度能带间隙导带与价带之间的能级差多元的半导体材料可以扩大太阳能吸收光谱范围进而提高光电转化效率使薄膜太阳能电池大量实际的应用呈现广阔的前景在这些多元的半导体材料中Cu(In,Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显地高的薄膜太阳能电池,可以达到的光电转化率为18%.在这里只简单的介绍一下工艺的作用给大家一个感性的认识.由于电池片制作条件的随机性生产出来的电池性能不尽相同所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起所以应根据其性能参数进行分类电池测试即通过测试电池的输出参数电流和电压的大小对其进行分类以提高电池的利用率做出质量合格的电池组件是将汇流带焊接到电池正面的主栅线上汇流带为镀锡的铜带我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上焊接用的热源为一个红外灯利用红外线的热效应焊带的长度约为电池边长的2倍多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串采用的工艺是手动的电池的定位主要靠一个膜具板上面有36个放置电池片的凹槽槽的大小和电池的大小相对应槽的位置已经设计好不同规格的组件使用不同的模板操作者使用电烙铁和焊锡丝将前面电池的正面电极负极焊接到后面电池的背面电极上这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线背面串接好且经过检验合格后将组件串玻璃和切割好的EVA 背板按照一定的层次敷设好准备层压玻璃事先涂一层试剂primer以增加玻璃和EVA的粘接强度敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置调整好电池间的距离为层压打好基础敷设层次由下向上钢化玻璃EVA电池片EVA玻璃纤维背板将敷设好的电池放入内通过抽将组件内的空气抽出然后加热使EVA熔化将电池玻璃和背板粘接在一起最后冷却取出组件层压工艺是组件生产的关键一步层压温度层压时间根据EVA的性质决定我们使用快速固化EVA时层压循环时间约为25分钟固化温度为150℃层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边所以层压完毕应将其切除类似与给玻璃装一个镜框给玻璃组件装铝框增加组件的强度进一步的密封电池组件延长电池的使用寿命边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充各边框间用角键连接在组件背面引线处焊接一个盒子以利于电池与其他设备或电池间的连接高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压测试组件的耐压性和绝缘强度以保证组件在恶劣的自然条件雷击等下不被损坏测试的目的是对电池的输出功率进行标定测试其输出特性确定组件的主要就是模拟的测试Standard test conditionSTC一般一块电池板所需的测试时间在7-8秒左右计算负载24h消耗容量P
V负载额定电源
选定每天T(H
计算太阳能阵列工作电流
IP=P(1+Q)/T
Q按阴雨期富余系数Q=0.21～1.00
确定浮充VF
镉镍GN和铅酸CS蓄电池的单体浮充电压分别为1.4～1.6V和2.2V
太阳能电池温度补偿电压VT
VT=2.1/430(T-25)VF
计算太阳能电池阵列工作电压VP
VP=VF+VD+VT
其中VD=0.5～0.7
太阳电池阵列输出功率WP?平板式太阳能电板
根据VPWP在硅电池平板组合系列表格确定标准规格的串联块数和并联组数
当电力石油等不可再生频频告急能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时越来越多的国家开始实行阳光计划开发太阳能资源寻求经济发展的新动力欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源在国际光伏市场巨大潜力的推动下各国的太阳能电池制造业争相投入巨资扩大生产以争一席之地
全球太阳能电池产业年10年里增长了17倍太阳能电池生产主要分布在日本欧洲和美国2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW较2005年成长19%整个市场产值已正式突破100亿美元2007年全球太阳能电池产量达到3436MW较2006年增长了56%
中国对太阳能电池的研究起步于1958年20世纪80年代末期国内先后引进了多条太阳能电池生产线使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW这种产能一直持续到2002年产量则只有2MW左右2002年后欧洲市场特别是市场的急剧放大和的横空出世及超常规发展给中国带来了前所未有的发展机遇和示范效应
中国已成为全球主要的太阳能电池生产国2007年全国太阳能电池产量达到1188MW同比增长293%中国已经成功超越欧洲日本为世界太阳能电池生产第一大国在产业布局上中国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势在长三角珠三角中西部地区已经形成了各具特色的太阳能产业集群
中国的太阳能电池研究比国外晚了20年尽管10余年来国家在这方面逐年加大了投入但投入仍然不够与国外差距还是很大政府应加强政策引导和政策激励尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题同时可借鉴国外的成功经验在公共设施政府等领域强制推广使用太阳能充分发挥政府的示范作用推动国内市场尽快起步和良性发展
在不远的将来会占据世界的重要席位不但要替代部分常规能源而且将成为世界的主体预计到2030年可再生能源在总能源结构中将占到30%以上而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上到2040年可再生能源将占总的50%以上太阳能光伏发电将占总电力的20%以上到21世纪末可再生能源在能源结构中将占到80%以上将占到60%以上这些数字足以显示出的发展前景及其在能源领域重要的战略地位由此可以看出太阳能电池市场前景广阔太阳能离网发电系统包括1(和对所发的电能进行调节和控制一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载另一方面把多余的能量送往储存当所发的电不能满足负载需要时太阳能又把蓄电池的电能送往负载蓄电池充满电后控制器要控制蓄电池不被过充当蓄电池所储存的电能放完时太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电保护蓄电池控制器的性能不好时对蓄电池的使用寿命影响很大并最终影响2组的任务是贮能以便在夜间或阴雨天保证负载用电3太阳能[2]负责把转换为交流电供交流使用太阳能逆变器是光伏的核心部件由于使用地区相对落后偏僻维护困难为了提高光伏风力发电系统的整体性能保证电站的长期稳定运行对逆变器的可靠性提出了很高的要求另外由于新能源较高太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要
太阳能离网发电系统主要产品分类 A光伏组件 B风机 C控制器 D蓄E逆变器 F风力/控制与逆变器一体化电源可再生能源并网发电系统是将光伏阵列风力机以及等产生的可再生能源不经过蓄电池储能通过并网逆变器直接反向馈入的发电系统
因为直接将电能输入电网免除配置蓄电池省掉了蓄电池储能和释放的过程可以充分利用可再生能源所发出的电力减小降低系统成本并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源降低整个系统的负载缺电率同时可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术
太阳能并网发电系统主要产品分类 AB小型风力机并网逆变器 C大型风机变流器 双馈变流器全功率变流器市场上大量产的单晶与的太阳电池平均效率约在15%上下也就是说这样的太阳电池只能将入射太阳光能转换成15%可用电能其余的85%都浪费成无用的热能所以严格地说现今太阳电池也是某种型式的浪费能源当然理论上只要能有效的抑制太阳电池内载子和声子的能量交换换言之有效的抑制载子能带内或能带间的能量释放就能有效的避免太阳电池内无用的热能的产生大幅地提高太阳电池的效率甚至达到超高效率的运作而这样简易的理论构想在实际的技术上却可以用不同的方法来执行这样的原则超高效率的太阳电池第三代太阳电池的技术发展除了运用新颖的元件结构设计来尝试突破其物理限制外也有可能因为新材料的引进而达成大幅增加转换效率的目的
薄膜太阳电池 包括CdTe 和 CIGScopper indium gallium selenide电池虽然多数量产薄膜太阳电池转换效率仍无法与晶硅太阳电池抗衡但是其低制造成本仍然使其在市场有一席之地且未来市场占有率仍会持续成长染料感光太阳电池Dye-sensitized solar cellDSSC是新被开发出来的一种崭新的太阳电池DSsC也被称为Gr&tzel cell因为是在1991年由Gr&tzel等人发表的构造和一般光电池不同其基板通常是玻璃也可以是透明且可弯曲的聚合箔polymer foil玻璃上有一层透明导电的transparent conducting oxideTCO通常是使用FTOSnO2:F然后长有一层约10微米厚的porous纳米尺寸的 TiO2粒子约10～20 nm形成一nano-porous薄膜然后涂上一层染料附着于TiO2的粒子上通常染料是采用ruthenium polypyridyl complex上层的电极除了也是使用玻璃和TCO外也镀上一层铂当反应的催化剂二层电极间则注入填满含有iodide/triiodide电解质虽然DSC电池的最高转换效率约在12%左右理论最高29﹪但是制造过程简单所以一般认将大幅降低生产成本也同时降低每度电的电费串叠型电池Tandem Cell属于一种运用新颖原件结构的电池借由设计多层不同能隙的太阳能电池来达到吸收效率最佳化的结构设计由理论计算可知如果在结构中放入越多层数的电池将可把电池效率逐步提升甚至可达到50%的转换效率光纤太阳能电池Fiber-based solar cell 或者Fiber cell由美国Wake Forest University纳米与分子研究中心首先提出并在美国AppliedPhysics Lettersdoi:10.3947和Physical Review BDOI: 10.1103/PhysRevB.84.1上报道了这种电池的最新成果它利用特有的结构并结合有机吸收层达到了超出平面的吸收效率并已被证明能够很好的应用到超光强的聚光型电站中据美国物理学家组织网报道美国能源部和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们研发出了一种可吸收光线并将其大面积转化成为电能的新型透明薄膜这种薄膜以半导体和富勒烯为原料具有微蜂窝结构相关研究发表在最新一期的材料化学杂志上论文称该技术可被用于开发透明的甚至还可以用这种材料制成可以发电的窗户　这种材料由掺杂碳富勒烯的半导体聚合物组成在严格控制的条件下该材料可通过自组装方式由一个微米尺度的六边形结构展开为一个数毫米大小布满微蜂窝结构的平面
负责该研究的美国布鲁克海文国家实验室多功能中心的物理化学家恰·卡特说虽然这种蜂窝状薄膜的制作采用了与传统高分子材料如聚苯乙烯类似的工艺但以半导体和富勒烯为原料并使其能够吸收光线产生电荷这还是第一次
据介绍该材料之所以还能在外观上保持透明是因为聚合物链只与六边形的边缘紧密相连而其余部分的结构则较为简单以连接点为中心向外越来越薄这种结构具有连接作用同时具有较强的吸收光线的能力也有利于而其他部分相对较薄也更为透明主要起透光的作用
研究人员通过一种十分独特的方式来编织这种蜂窝状薄膜首先在包含聚合物以及富勒烯在内的溶液中加入一层极薄的微米尺度的小水滴这些水滴在接触到聚合物溶液后就会自组装成大型阵列而当溶剂完全蒸发后就会形成一块大面积的六边形蜂窝状平面此外研究人员发现聚合物的形成与溶剂的蒸发速度紧密相关这相应地又会决定最终材料的电荷传输速度溶剂蒸发得越慢聚合物的结构就越紧凑电荷传输速度也就越快
这是一种成本低廉而效益显著的制备方法很有潜力从实验室应用到大规模商业化生产之中卡特莱特说
通过扫描探针式电子显微镜和荧光共焦扫描显微镜研究人员证实了新材料蜂窝结构的均匀性并对其不同部位边缘中心节点的光学性质和电荷产生情况进行了测试
卡特莱特表示我们的工作让人们对蜂窝结构的光学特征有了更深的了解下一步我们计划将这种材料应用于透明且可卷曲的以及其他设备的制造当中以推动这种蜂窝薄膜尽快进入实用阶段美国商务部提高了对中国输美太阳能电池产品的反补贴关税但维持或削减了对此类产品的反倾销关税此案加剧了中美之间的贸易紧张
此案也使美国的太阳能行业出现分歧一个阵营是在美国拥有大规模制造业务的企业另一个阵营是依赖中国输美产品的企业并引发了北京方面的报复行动
美国商务部周三表示将对进口的太阳能电池产品征收14.78%至15.97%取决于具体制造企业的反补贴关税显著高于其在3月份宣布的 2.9%至4.73%的初裁关税但美国商务部同时决定维持或削减其在5月份宣布的反倾销关税针对美方认为定价低得不公平的进口产品
购买中国输美电池的企业的联盟平价太阳能运动(Campaign for Affordable Solar Energy)的主席基格·沙(Jigar Shah)表示我们高兴地看到商务部没有在初裁的基础上大幅提高关税
但此案美国在可再生能源行业展开的首次反倾销行动仍是美中之间的一个紧张源中国已宣布对从美国进口的太阳能电池原料多晶硅启动反倾销调查此举明显意在报复
此案还突显了美国对来自中国和越南等所谓非市场经济体的同一类进口产品征收反补贴和反倾销关税的有争议做法在暂停这种做法23年后乔 治·W·布什(George W. Bush)政府在2007年重启了这项政策美国一家联邦法院曾宣告这种做法是不合法的但事后美国国会通过了相关立法推翻了法院的裁决
9月份就在美国总统巴拉克·奥巴马(Barack Obama)宣布在世贸组织(WTO)提起针对中国的诉讼指控中国向汽车零部件产业提供非法出口补贴的同一天中国在世贸组织提起了针对美国上述新法的诉讼
由总部位于德国的SolarWorld公司其美国业务带头敦促开征上述进口关税领头的一群企业已呼吁欧盟对中国太阳能产品开征类似关税但欧 盟案的前景在8月出现变数因为德国总理安格拉·默克尔(Angela Merkel)在当月访华时表示她更希望通过谈判达成解决方案太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件其基本构造是运用P型与N型接合而成的半导体最基本的材料是硅它是不导电的但如果在半导体中掺入不同的杂质就可以做成P型与N型半导体再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带的电子可视为多了一个)与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流所以当太阳光照射时光能将硅原子中的电子激发出来而产生电子和空穴的对流这些电子和空穴均会受到内建电位的影响分别被N型及P型半导体吸引而聚集在两端此时外部如果用电极连接起来形成一个回路这就是太阳电池发电的原理
简单的说太阳光电的发电原理是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光将光能直接转变成电能输出的一种发电方式
由于太阳电池产生的电是因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器换成交流电才能供电至家庭用电或工业用电
太阳能电池的充电发展太阳能电池应用在消费性商品上大多有充电的问题过去一般的充电对象采用或镍镉干电池但是镍氢干电池无法抗高温镍镉干电池有环保污染的问题超级电容发展快速容量超大面积反缩小加上价格低廉因此有部份太阳能产品开始改采超级电容为充电对象因而改善了太阳能充电的许多问题
充电较快速
寿命长5倍以上
充电温度范围较广
减少太阳能电池用量(可低压充电)
太阳电池的材料种类非常的多可以有CdTeCuInxGa(1-x)Se2等半导体的或三五族二六族的元素链结的材料简单地说凡光照后而产生电能的就是太阳电池寻找的材料
电动车太阳充电站主要是透过不同的制程和方法测试对光的反应和吸收做到能隙结合宽广让短波长或长波长都可以全盘吸收的革命性突破来降低材料的成本
太阳电池型式上也分有基板式或是薄膜式基板在制程上可分拉单晶式的或相溶后冷却结成多晶的块材薄膜式是可和建筑物有较佳结合如有曲度或可挠式折叠型材料上较常用非晶硅另外还有一种有机或纳米材料研发仍属于前瞻研发因此也就是听到不同世代的太阳电池第一代基板硅晶(Silicon Based)第二代为薄膜(Thin Film)第三代新观念研发(New Concept)第四代复合薄膜材料
第一代太阳能电池发展最长久技术也最成熟可分为(Monocrystalline Silicon)多晶硅(Polycrystalline Silicon)非晶硅(Amorphous Silicon)以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅为大宗
第二代薄膜太阳能电池以薄膜制程来制造电池种类可分为(Cadmium Telluride CdTe)铜铟硒化物(Copper Indium Selenide CIS)铜铟镓硒化物(Copper Indium Gallium Selenide CIGS)(Gallium arsenide GaAs)
第三代电池与前代电池最大的不同是制程中导入和科技种类有光化学太阳能电池染料光敏化太阳能电池高分子太阳能电池纳米结晶太阳能电池
第四代则是针对电池吸收光的薄膜做出多层结构
某种电池制造技术并非仅能制造一种类型的电池例如在多晶硅制程既可制造出版类型也可以制造薄膜类型
聚合物太阳能电池材料
聚合物太阳能电池材料常见的有聚乙烯基咔唑(PVK)聚乙炔(PA)聚对苯撑乙烯(PPV)以及聚噻吩(PTh)
1聚乙烯基咔唑(PVK)
具有光电活性的聚合物中发现最早研究得最为充分的是PVK它的侧基上带有大的电子共轭体系可吸收紫外光激发出的电子可以通过相邻咔唑环形成的电荷复合物自由迁移通常用I2SbCl3三硝基芴酮(TNF)及硝基二苯乙烯基苯衍生物合四氰醌(TCNQ)等对其进行掺杂
PA是迄今为止实测电导率最高的电子聚合物它的聚合方法主要有白川英树法Namm方法Durham方法和稀土催化体系白川英树采用高浓度的Ziegler-Natta催化剂即TiOBu4-A1Et3由气相乙炔出发直接制备出自支撑的具有金属光泽的聚乙炔膜在取向了的液晶基质上成膜PA膜也高度取向Narrman方法的特点是对聚合催化剂高温陈化因而聚合物力学性质和稳定性有明显改善
3聚对苯撑乙烯(PPV)
近年来在光电领域应用最广泛的目前制得器件效率最高的是PPV类材料由于是共轭结构分子链钢性很强往往难熔难溶不易加工获得可溶性PPV的方法是在苯环上至少引入一个长链烷烃烷烃碳个数至少大于6研究还发现取代基有支链时比相同碳数的直链烷烃溶解度更好具有代表性的材料是MEH-PPVMEH; 2-methoxy-5(2-ethylhexyloxy)它具有较好的溶解性使用方便禁带宽度为2.1eV较为适中
4(PT)衍生物
在所有的共轭聚合物中聚噻吩是一种非常优良的光伏材料因为其具有合适的带隙和较高的空穴迁移率所以成为了近几年来有机光伏材料的研究热点之一其中以区域规整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C60衍生物PCBM的共混膜做为活性层的光伏器件在热处理的情况下能量转换效率最高能量转换效率已经达到了5%左右因此设计并合成出新型的聚噻吩衍生物研究聚噻吩结构和性质之间的关系通过结构修饰来改善聚噻吩衍生物的性质引起了广大科研人员的关注从光伏材料的角度来考虑这些聚噻吩衍生物应该具有最基本的性质好的溶解性和成膜性较宽的吸收(尤其在可见光区)和较高载流子迁移率
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