光伏产业技术简介.doc

光伏知识
一、 单晶硅
硅是银灰色固体, 带金属光泽, 质硬且脆, 切割时易碎裂。硅固态比重为2.33g/cm3, 液态比重为2.5g/cm3。硅几乎不溶于全部酸, 但硅能溶于氢氟酸和硝酸混合溶液中, 所以我们现在都采取一定配比硝酸和氢氟酸作为硅腐蚀液。
单晶硅就是单晶态高纯硅, 它能够用一系列参数来表述, 包含: 电阻率、 型号、 晶向、 位错、 少数载流子寿命、 氧含量、 碳含量、 直径等
1、 电阻率 电阻率是反应半导体材料导电性能关键参数, 它表征着半导体材料阻抗载流子做定向运动能力。定义单位是单位体积内所含有电阻为该半导体材料电阻率, 单位是Ω·cm。

2、 型号
• 型号分P型和N型两种:
—— P型指其中导电杂质以三族元素为主, 正电荷导电或者称之为空穴导电;
——N型指其中导电杂质以五族元素为主, 负电荷导电或者称之为电子导电;
型号用型号测试仪测量, 常见有冷热笔法及整流法。
太阳能电池常见是P型硅单晶。

3、 晶向
• 晶向指是单晶体生长方向, 在硅单晶中常见有（100）及（111）两种。（100）方向柱面有四条棱, （111）方向柱面有三条棱, 晶向用X光晶体定向仪测定。单位为偏差多少度来表示。
• 太阳能用硅单晶常见（100）晶向。

4、 位错
• 位错是一个晶体生长缺点, 是晶体生长过程中形成晶格错位, 用特殊腐蚀剂能够显示出位错坑, 位错用每cm2有多少个位错坑数来表示。
• 太阳能电池需要用无位错单晶硅。
• 有位错硅单晶会使太阳能电池效率降低。

5、 少数载流子寿命
• 当硅单晶在光、 电、 热作用下能够激发出电子-空穴对, 其中一部分就是少数载流子, 这些少数载流子能够在部分“陷阱”中和多数载流子复合而消亡, 这些少数载流子从产生到复合平均间隔时间我们称之谓少数载流子寿命。
• 部分金属杂质存在如: Au、 Cu、 Fe 能够在晶体内形成“陷阱”, 降低少数载流子寿命。
• 少数载流子寿命用少数载流子寿命仪测量, 单位为ms 即百万分之一秒, 太阳能用单晶寿命要大于10 ms 。
• 寿命太低会使太阳能电池效率降低。

6、 氧含量不
• 硅晶体中所含氧杂质数量就是氧含量, 用每cm3中有多少个氧原子来表示。
• 氧含量太高使得硅单晶在热过程中电阻率不真实, 影响器件生产。
• 氧含量太低使得硅单晶片变软。

7、 碳含量
• 硅晶体中所含碳杂质数量就是碳含量, 用每cm3中有多少个碳原子来表示。
• 碳含量研究起自于大规模集成电路, 碳含量太高, 会在单晶中形成微缺点, 影响集成电路成品率, 所以大规模集成电路用硅单晶碳含量要求在1016atm/ cm3以下 。

8、 直径
直径也是太阳能用硅单晶关键参数。现在硅单晶交易中常常以直径大于152mm 长度作为计量单位, 如1米多少钱。所以直径控制精度是生产过程中关键原因。

硅在地壳中分布最广, 其含量达25.8%, 但自然界中硅关键以石英砂形式存在, 需要提炼为工业硅, 工业硅经过提纯得到高纯硅。
单晶硅生产有两大任务: 一是要处理杂质控制问题, 另一个是要处理晶体结构问题。
杂质控制问题又分两方面, 首先要把有害杂质控制在目标含量之下, 其次要把三、 五族杂质及氧含量控制在目标范围之内。 晶体结构问题是要使硅原子极为有序地按一定方向排列, 不能有任何错位

现在硅单晶硅生产关键有两种方法: CZ法和FZ法。
CZ法俗称直拉法, 也称有坩埚法, 是由一个叫切克劳斯基捷克人发明, CZ是她姓头两个字母。
FZ法也就是区域熔化法, 简称区熔法, FZ是floating zone （悬浮区域）头两个字母, 与有坩埚法相对应, 也称无坩埚法。
我们企业采取是直拉法, 拉制出单晶直径为: 153±1mm。

二、 组 件
单体太阳能电池输出电压、 电流和功率都很小, 通常来说, 输出电压只有0.5v左右, 不能满足作为电源应用要求, 需将多个单体电池合理地连接起来, 并封装成组件。在需要更大功率场所, 则需将多个组件连接成方阵。
生产组件原材料关键有: 玻璃、 电池片、 EVA（太阳能电池胶膜）、 TPT、 涂锡带、 铝型材。
企业使用电池片规格关键有: 103mm×103mm,125mm×125mm,150mm×150mm,156mm×156mm。
组件工艺步骤:
分选单焊 串焊 叠层 层压 装框 清洗 测试 包装
组件关键性能参数: 开路电压、 最好工作电压、 短路电流、 最好工作电流、 峰瓦。
影响组件发电量关键原因有: 辐照量、 功率、 时间。
三、 中国太阳能电池发展
中国与1958年开始研制太阳能电池, 1959年第一块有实用价值太阳能电池诞生。中国于1971年3月首次应用太阳能电池作为科学试验卫星电源, 开始了太阳能电池空间应用。于1973年首次在灯浮标上进行应用太阳能电池供电试验, 开始了太阳能电池地面应用。
中国光伏电池到关键产品是单晶硅电池、 多晶硅电池和非晶硅电池。商品单晶硅电池转换效率为14%~16%, 商品多晶硅光伏电池转换效率为13%~15%, 商品非晶硅光伏电池转换效率为6%~8%。
与发达国家相比, 中国光伏发电技术及其产业还有很大差距, 存在关键问题以下:
硅材料紧缺, 生产规模小, 产业链不完整, 技术水平低, 平衡设备微弱落后, 专用材料国产化程度不高, 成本尚高, 标准规范不够健全等。

四、 太阳能光伏发电工作原理
太阳能光伏发电能量转换器是太阳能电池, 又称光伏电池。太阳能电池发电原理是光生伏打效应。当太阳光照射到太阳能电池上时, 电池吸收光能, 产生电子-空穴对。在电池内建电场作用下, 电子和空穴被分离, 电池两端出现异号电荷累积, 即产生“光生电压”, 这就是“光生伏打效应”。若在内建电场两侧引出电极并接上负载, 负载就有“光生电流”流过, 从而取得功率输出。这么, 太阳能就变成了能够付诸实用电能。
能够把上述工作原理概括成以下3个关键过程: (1) 太阳能电池吸收一定能量光子后, 半导体内产生电子-空穴对, 称为“光生载流子”, 二者电性相反, 电子带负电, 空穴带正电; （2）电性相反载流子被半导体P-N结所产生静电场分离开; （2）电子和空穴分别被太阳能电池正、 负极所搜集, 并在外电路中产生电流, 从而取得电能。

五、 太阳能光伏发电运行方法
经过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能发电系统称为太阳能电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）。地面太阳能光伏发电系统运行方法, 关键可分为离网运行和联网运行两大类。未与公共电网连接太阳能光伏发电系统称为离网太阳能光伏发电系统, 又称独立光伏发电系统, 关键应用于远离公共电网无电区和部分特殊处所。与公共电网相连接太阳能光伏发电系统称为联网太阳能光伏发电系统, 它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、 成为电力工业组成部分之一关键方向, 是当今世界太阳能光伏发电技术发展主流趋势。尤其是光伏电池与建筑结合联网屋顶太阳能光伏发电系统, 是众多发达国家竞相发展热点, 发展快速, 市场宽广, 前景诱人。

（一）离网太阳能光伏发电系统组成
离网太阳能光伏发电系统依据负载特点, 可分为直流系统、 交流系统和交直流混合系统。其关键区分是系统中是否带有逆变器。通常来说离网太阳能光伏发电系统关键由太阳能电池方阵、 控制器、 蓄电池组、 直流/交流逆变器组成。

1、 太阳能电池方阵
单体太阳能电池是光电转换最小单元, 通常不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联并封装就成为太阳能电池组件, 其功率通常为几十瓦至百余瓦, 是可单独作为电源使用最小单元。太阳能电池组件再经过串并联装在支架上, 就组成了太阳能电池方阵, 能够满足负载所要求输出功率。

2、 蓄电池组
其作用是贮存太阳能电池方阵所发出电能并随时向负载供电。

3、 控制器
是光伏发电关键部件之一。它提供信号检测、 放电管理、 设备保护、 故障诊疗定位等功效。

4、 逆变器
逆变器是将直流电变换成交流电设备。

（二）联网太阳能光伏发电系统
联网太阳能光伏发电系统可分为集中式大型联网光伏系统和分散式小型联网光伏系统。
大型联网光伏电站关键特点是所发电能直接输送到电网上, 由电网统一调配向用户供电。
小型联网光伏系统关键特点是所发电能直接分配到住宅用电负载上, 多出或不足电力经过连接电网来调整。
依据联网光伏系统是否配置储能装置, 分为有贮能装置和无储能装置联网光伏发电系统。

光伏发电系统类型及其特点
系统类型
离网（独立）光伏发电系统
并网发电系统
直流系统
交直流系统
交流系统
不带储能系统
带储能系统
应用场所
微型户用电源（50瓦以下）
小型户用电源
发电站中小型户用电源
有电网
有电网, 要求不间断供电
价格
较高
较高
较高
最低
较低
发电效率
较低
较低
较低
最高
较高
环境保护
较差
较差
较差
最好
很好
占地

较多
最少
较少