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以下按其材料分类,展示光伏技术、产业及市场发展动向。
晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类,用P型(或n型)硅衬底,通过磷(或硼)扩散形成Pn结而制作成的,生产技术成熟,是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术,提高材料中的载流子收集效率,优化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背电极等方式,光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限,目前比较大的为Φ10至20cm的圆片,年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模,开发带状硅光电池技术,提高材料利用率。国际公认最高效率在AM1.5条件下为24%,空间用高质量的效率在AM0条件约为13.5-18%,地面用大量生产的在AM1条件下多在11-18%之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅,可降低成本,但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷,切磨抛工艺,千方百计进一步降成本,提高效率,大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。
a-Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低,可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜,易于大面积化 (0.5m×1.0m),成本较低,多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性,有时还制成三层p in 等多层叠层式结构,或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长,年产能力45MW/a,10MW生产线已投入生产,全球市场用量每月在1千万片左右,居薄膜电池首位。发展集成型a-Si光电池组 件,激光切割的使用有效面积达90%以上,小面积转换效率提高到14.6%,大面积大量生产的为8-10%,叠层结构的最高效率为21%。研发动向是改善薄膜特性,精确设计光电池结构和控制各层厚度,改善各层之间界面状态,以求得高效率和高稳定性。
p-Si(多晶硅,包括微晶)光电池没有光致衰退效应,材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响,是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-Si光电池转 换效率为15.3%,经减薄衬底,加强陷光等加工,可提高到23.7%,用CVD法制备的转换效率约为12.6-17.3%。采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法,或对a-Si:H材料膜进行后退火,达到低温固相晶化,可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a-Si工艺相容,光电性能和稳定性很高,研究受到很大重视,但效率仅为7.7%。大面积低温p-Si膜与-Si组成叠层电池结构,是提高a-S光电池稳定性和转换效率的重要途径,可更充分利用太阳光谱,理论计算表明其效率可在28%以上,将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。铜
CIS(铜铟硒)薄膜光电池已成为国际光伏界研究开发的热门课题,它具有转换效率高(已达到17.7%),性能稳定,制造成本低的特点。CIS光电池一般是在玻璃或其它廉价衬底上分别沉积多层膜而构成的,厚度可做到2-3μm,吸收层CIS膜对电池性能起着决定性作用。现已开发出反应共蒸法和硒化法(溅射、蒸发、电沉积等)两大类多种制备方法,其它外层通常采用真空蒸发或 溅射成膜。阻碍其发展的原因是工艺重复性差,高效电池成品率低,材料组分较复杂,缺乏控制薄膜生长的分析仪器。CIS光电池正受到产业界重视,一些知名公司意识到它在未来能源市场中的前景和所处地位,积极扩大开发规模,着手组建中试线及制造厂。
CdTe(碲化镉)也很适合制作薄膜光电池,其理论转换效率达30%,是非常理想的光伏材料。可采用升华法、电沉积、喷涂、丝网印刷等10种较简便的加工技术,在低衬底温度下制造出效率12%以上的CdTe光电池,小面积CdTe光电池的国际先进水平光电转换率为15.8%,一些公司正深入研究与产业化中试,优化薄膜制备工艺,提高组件稳定性,防范Cd对环境污染和操作者的健康危害。
GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高 达29.5%(一般在19.5%左右),产品耐高温和辐射,但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。以硅片作衬底,用MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降低成本很有希望的方法。
InP(磷化铟)光电池的抗辐射性能特别好,效率达17-19%,多用于空间方面。采用SiGe单晶衬底,研制出在AM0条件下效率大于20%的GaAs/Si异质结外延光电池,最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs结构的异质外延光电池在不断开发中,控制各层厚度,适当变化结构,可使太阳光中各 种波长的光子能量都得到有效利用,GaAs基多层结构光电池效率已接近40%。
以下按其材料分类,展示光伏技术、产业及市场发展动向。
晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类,用P型(或n型)硅衬底,通过磷(或硼)扩散形成Pn结而制作成的,生产技术成熟,是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术,提高材料中的载流子收集效率,优化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背电极等方式,光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限,比较大的为Φ10至20cm的圆片,年产能力46MW/a。主要课题是继续扩大产业规模,开发带状硅光电池技术,提高材料利用率。国际公认最高效率在AM1.5条件下为24%,空间用高质量的效率在AM0条件约为13.5-18%,地面用大量生产的在AM1条件下多在11-18%之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅,可降低成本,但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷,切磨抛工艺,千方百计进一步降成本,提高效率,大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。
a-Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低,可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜,易于大面积化 (0.5m×1.0m),成本较低,多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性,有时还制成三层p in 等多层叠层式结构,或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长,年产能力45MW/a,10MW生产线已投入生产,全球市场用量每月在1千万片左右,居薄膜电池首位。发展集成型a-Si光电池组 件,激光切割的使用有效面积达90%以上,小面积转换效率提高到14.6%,大面积大量生产的为8-10%,叠层结构的最高效率为21%。研发动向是改善薄膜特性,精确设计光电池结构和控制各层厚度,改善各层之间界面状态,以求得高效率和高稳定性。
p-Si(多晶硅,包括微晶)光电池没有光致衰退效应,材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响,是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-Si光电池转 换效率为15.3%,经减薄衬底,加强陷光等加工,可提高到23.7%,用CVD法制备的转换效率约为12.6-17.3%。采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法,或对a-Si:H材料膜进行后退火,达到低温固相晶化,可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a-Si工艺相容,光电性能和稳定性很高,研究受到很大重视,但效率仅为7.7%。大面积低温p-Si膜与-Si组成叠层电池结构,是提高a-S光电池稳定性和转换效率的重要途径,可更充分利用太阳光谱,理论计算表明其效率可在28%以上,将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。
CIS(铜铟硒)薄膜光电池已成为国际光伏界研究开发的热门课题,它具有转换效率高(已达到17.7%),性能稳定,制造成本低的特点。CIS光电池一般是在玻璃或其它廉价衬底上分别沉积多层膜而构成的,厚度可做到2-3μm,吸收层CIS膜对电池性能起着决定性作用。现已开发出反应共蒸法和硒化法(溅射、蒸发、电沉积等)两大类多种制备方法,其它外层通常采用真空蒸发或 溅射成膜。阻碍其发展的原因是工艺重复性差,高效电池成品率低,材料组分较复杂,缺乏控制薄膜生长的分析仪器。CIS光电池正受到产业界重视,一些知名公司意识到它在未来能源市场中的前景和所处地位,积极扩大开发规模,着手组建中试线及制造厂。
CdTe(碲化镉)也很适合制作薄膜光电池,其理论转换效率达30%,是非常理想的光伏材料。可采用升华法、电沉积、喷涂、丝网印刷等10种较简便的加工技术,在低衬底温度下制造出效率12%以上的CdTe光电池,小面积CdTe光电池的国际先进水平光电转换率为15.8%,一些公司正深入研究与产业化中试,优化薄膜制备工艺,提高组件稳定性,防范Cd对环境污染和操作者的健康危害。
GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高 达29.5%(一般在19.5%左右),产品耐高温和辐射,但生产成本高,产量受限,主要作空间电源用。以硅片作衬底,用MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降低成本很有希望的方法。
InP(磷化铟)光电池的抗辐射性能特别好,效率达17-19%,多用于空间方面。采用SiGe单晶衬底,研制出在AM0条件下效率大于20%的GaAs/Si异质结外延光电池,最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs结构的异质外延光电池在不断开发中,控制各层厚度,适当变化结构,可使太阳光中各 种波长的光子能量都得到有效利用,GaAs基多层结构光电池效率已接近40%。
作为光伏技术的重要组成部分,光伏测试和质量认证日益为光伏技术开发人员关注。
光伏测试技术主要是针对IEC、UL以及各国家行业标准的要求对特定的光伏产品性能做相应的测试,以证明其满足性能和安全要求。主要的测试标准有晶体硅类的IEC 61215,薄膜组件的IEC 61646,聚光光伏的IEC 62108,美国标准UL 1703,中国标准GB 9535。主要的测试项目包括电性能测试、环境老化测试、机械性能测试、防火等安全测试等。
中国光伏测试网针对光伏产品及原材料的测试、认证领域的资料查询和测试分析、测试方法有专门的版块。
可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶...
非晶硅(Amorphous silicon, a-Si),又名无定形硅,是硅的一种同素异形体。晶体硅通常呈正四面体排列,每一个硅原子位于正四面体的顶点,并与另外四个硅原子以共价键紧密结合。这种结构可以...
太阳能光伏产业的生产企业,从事光伏材料加工、光伏产品生产、检测与质量控制、生产技术管理等工作,也可以从事光伏专业职业教育的实践教学工作。
国内自1958年起研究光伏技术,正加速发展光伏技术,完善、提高及应用开发a-Si 制备技术,约有30个科研单位和10个生产厂,生产能力超过5.5MW/a。由于受市场及材料问题的困扰,生产成本高,实际产量只有1.5-2MW/a。在2001-2020年,拟实施光伏电源推动计划,发展户用光伏(50W)、小型光伏(10-0KW)、特种光伏系统和联网光伏电站规划,以市场带动技术发展。
人类生活的衣、食、住、行都离不开能源,开发新能源的光伏技术已成为国际上热门课题,每年都有大型国际性会议研讨光伏技术,MW级中、大型光伏电站正在全球建设和发展,10MW级的也已建成投产。展望21世纪,效率高、成本低的薄膜化光电池将占光伏技术的主导地位,附有太阳光发电系统的住宅将会逐渐普及,二十年代有望在空间建造太阳能电站,用微波或激光等电能传输技术将电能送到地面供电。有专家建议在各大洲建立大型光伏发电站,用超导电缆连接成全球性太阳能发电厂超导联网系统,使供电不受昼夜变化影响,迎来一个光伏技术的新时代。
由西班牙加泰罗尼亚能源研究所(IREC)科研人员领导的,由欧盟7个成员国西班牙、法国、德国、匈牙利、意大利、卢森堡和英国,以及瑞士科研机构科技人员广泛参与的研发团队,并积极吸引欧盟太阳能光伏电池工业企业如设备制造、工业生产、安装服务和运营管理等,整个生产应用价值链工程技术人员的加入。组成的太阳能光伏电池技术SCALENANO研发团队,旨在利用新型纳米材料技术,提高光伏电池的能效和光电转换效率,开发出低生产成本、高性价比和适应市场需求的新型太阳能光伏电池技术。 2100433B
现行光伏技术规范
可编辑 word 一 国家标准,共 72 项 1) 《太阳能光伏照明装置总技术规范 》 24460-2009 2) 《建筑用太阳能光伏夹层玻璃 》 29551-2013 3) 《光伏压延玻璃单位产品能源消耗限额 》 30252-2013 4) 《光伏发电站施工规范 》 50794-2012 5) 《光伏发电站设计规范 》 50797-2012 6) 《低压熔断器 》第 6 部分:太阳能光伏系统保护用熔断体的补充要求 13539.6-2013 7) 《建筑物电气装置 》 .第 7-712 部分 16895.32-2008 8) 《晶体硅光伏 () 方阵特性的现场测量 》 18210-2000 9) 《地面用光伏 () 发电系统 概述和导则 》 18479-2001 10) 《地面用薄膜光伏组件 设计鉴定和定型 》 18911-2002 11) 《光伏组件盐雾腐蚀试验 》
光伏技术与建筑一体化工程应用
光伏建筑一体化建筑,是一种利用太阳能满足电力需求的技术形式,是一种清洁能源利用形式,尤其是在办公楼、酒店建筑有广泛的应用前景。
《光伏技术基础与技能》主要介绍光伏产业的发展现状、硅材料基础、多晶硅生产工艺、太阳能电池生产工艺、光伏组件生产工艺、光伏发电系统设计与安装等内容,大部分章节后附有视野拓展知识和阅读材料内容,以帮助读者全面、系统地掌握《光伏技术基础与技能》内容。《光伏技术基础与技能》每节后都附有相应的练习与思考题目,读者可以及时掌握和巩固相关的知识点。
《光伏技术基础与技能》层次分明、深入浅出、图文并茂、内容新颖且实用性强。
《光伏技术基础与技能》可作为高等职业院校及中等职业学校光伏技术及相关专业的教材。也可作为从事光伏产业生产和维修人员的培训及自学用书。
《光伏技术应用》(第二版)是“十二五”职业教育国家规划教材,从太阳发光的基本过程出发,讲述了太阳辐射的特性,半导体与PN结基础,太阳能电池的原理、特性及设计,太阳能电池片和组件的装配,光伏系统的设计及其应用。
《光伏技术应用》(第二版)不仅可以作为职业院校太阳能光伏等新能源相关专业的教材,同时也可作为新能源光伏工程技术人员和技术工人的培训教材和参考用书。
学习情境一太阳光特性与应用1
1.1光及其特性的认识1
1.2热辐射与波的认识2
1.3到达地面的热辐射3
1.4影响太阳辐射的因素4
1.5人类活动与温室效应6
1.6地球运动与逐日系统6
1.7计算日照数据10
1.8光伏技术与量子力学19
习题1 20
学习情境二硅半导体与非晶硅材料21
2.1半导体材料21
2.2半导体的种类24
2.3光能的转换吸收26
2.4电子空穴对的产生与复合27
2.5光生伏打与PN结27
习题2 29
学习情境三太阳能电池性能30
3.1光照的影响31
3.2光谱响应32
3.3温度的影响33
3.4寄生电阻的影响33
习题3 34
学习情境四太阳能电池技术指标和设计35
4.1光电转换效率36
4.2光学损失36
4.3复合损失384.4上电极设计39
4.5实验室电池与工业要求的对比41
4.6激光刻槽埋栅太阳能电池(BCSC)42
习题4 43
学习情境五光伏电池片和组件装配44
5.1场地条件和要求45
5.2电池片制造工艺与检测技术46
5.3光伏电池组件设计50
5.4光伏电池分选56
5.5光伏电池块互连64
5.6光伏电池组件叠层69
5.7玻璃清洗70
5.8光伏电池组件层压71
5.9光伏电池组件组框74
5.10光伏电池组件测试79
5.11光伏电池组件成品完善80
习题5 81
学习情境六独立光伏系统的结构设计83
6.1独立光伏系统组成84
6.2电池组件84
6.3选择蓄电池86
6.4铅酸蓄电池86
6.5其他蓄电池设备88
6.6功率调节与控制89
6.7系统平衡器件91
习题6 94
学习情境七独立光伏系统设计95
7.1独立系统96
7.2系统利用率97
7.3混合系统97
7.4光伏系统的简易设计方法98
7.5圣第亚国家实验室的方法102
7.6《澳大利亚标准AS4509.2》102
7.7系统设计软件103
习题7 103
学习情境八特殊环境下的光伏应用104
8.1特殊环境要求105
8.2照明105
8.3太阳能汽车107
8.4人造卫星上的应用108
8.5辅助海洋航行109
8.6通信110
8.7阴极保护111
8.8供水系统113
8.9室内使用的光伏消费产品114
8.10电池充电器115
8.11制冷与冷藏115
8.12远程监测及气象监测117
习题8 117
学习情境九偏远地区供电系统118
9.1偏远地区的供电策略119
9.2偏远地区用电负荷特点及事故性质125
9.3国外新技术127
9.4中国对于偏远地区供电的相关政策129
9.5中国偏远地区供电案例129
习题9 133
学习情境十光伏并网系统134
10.1光伏并网系统现状134
10.2光伏电站接入电网技术规定135
10.3光伏系统在建筑上的应用142
10.4最大功率跟踪MPPT148
10.5小规模分散光伏并网系统的应用153
10.6大容量集中光伏发电站154
10.7安全156
10.8光伏发电的价值158
10.9国际光伏市场162
习题10 166
参考文献167