晶体硅太阳能电池简介

晶体硅太阳能电池简介晶体硅太阳能电池简介复旦大学信息科学与工程学院复旦大学信息科学与工程学院提纲•太阳能概况•晶体硅太阳能发电原理与发展简介•晶体硅太阳能电池的分类•生产晶体硅太阳能电池流程与设备•太阳能电池封装形式及加工介绍•晶体硅太阳能电池的应用太阳能概况•太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。•太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。•通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；•通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。晶体硅太阳能发电原理简介晶体硅太阳能发电原理简介•晶体硅的发电过程：P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结，当光线照射到硅晶体的表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生跃迁，成为自由电子，在P-N结两侧聚集，产生电位差。当外部接通电路时，在该电压的作用下，将有电流流过外部电路产生一定的输出功率。•太阳能电池是一种将太阳转变成电能的一种器件，能产生光伏效应的材料很多：如单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等。其产生电的原理是相同的。太阳能电池发展介绍太阳能电池发展介绍•从发现光伏现象，太阳能电池已经有近170多年的发展历史。1839年法国人发现了光伏现象，38年后才研制出第一片硒太阳电池，仅有1%的转换效率，作为发电没能推广。1954年美国贝尔实验室的3位科学家才做出具有使用价值的单晶硅电池（4.5%），几年后迅速提升到10%，这时主要用于卫星、航天器（价格太高，每瓦要近2000美圆）。•上世纪70年代后，由于化石能源的危机（石油、煤炭），再生能源被各国重视，尤其是太阳能电池，此时的工艺、材料研究得到迅速发展，从1995年以后，太阳能电池以每年35%的年增长幅度高速发展。价格也大幅度降低（2-4美圆/瓦）。•最近5年是世界光伏电池快速增长的几年，平均年增长速度超过40%。2004年全球太阳能电池产量1200MW，2005年产量达到1650MW，比2004年增加38%。转换效率常规生产单晶15.5%、多晶14.5%，实验室达24.8%。•由于世界各国加大了对硅和生产工艺的研究，加上地球硅材料极其丰富，有人预计，太阳能发电到21世纪中叶将占整个能源市场的20%-50%。太阳能电池的分类太阳能电池的分类•从基体材料分：晶体硅电池、非晶体硅电池、薄膜电池、硒光电池、化合物电池、有机半导体；晶体硅电池：单晶硅、多晶硅非晶硅电池：单结、双结、三结化合物太阳能电池：硫化镉、硒铟铜、磷化铟、锑化镉、砷化镓•从用途分类：空间太阳能电池、地面太阳能电池、光伏传感器；•按工作方式分类：平板太阳能电池、聚光太阳能电池、分光太阳能电池。太阳能电池组件的分类太阳能电池组件的分类•按太阳能电池片分：单晶硅、多晶硅、砷化镓、非晶硅薄膜等•按封装形式分：环氧树脂胶封、PET层压封装、钢化玻璃层压封装、硅胶封装等封装主要材料介绍封装主要材料介绍•环氧树脂：太阳能电池常用的是双组分液体，使用时现配现用。通过改变固化剂、促进剂等达到不同的性能，来满足不同要求。•EVA胶膜：是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。特点：常温下无黏性，便于裁切，加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发大分子间反应，形成三维网状结构，至EVA胶层交联固化，冷却后产生永久的黏合密封。•玻璃：是盖板材料，通常使用底铁钢化玻璃。特点：透光率高、抗冲击能力强、使用寿命长等。一般可见光（波长在320-1100）透光率达90%以上，对红外线有较高的反射，同时还能耐太阳紫外线的辐射。•TPT、TPE等背面材料：是大型组件的背面材料，主要的作用是防潮、抗湿、高强、阻燃等。•其它材料：浸锡铜带，铝合金边框，电极接线盒，硅胶等光伏发电独立系统示意图光伏发电独立系统示意图组成：太阳电池阵列、蓄电池、控制器、逆变器组成：太阳电池阵列、蓄电池、控制器、逆变器晶体硅太阳能电池生产流程示意晶体硅太阳能电池生产流程示意太阳能硅片图片太阳能硅片图片太阳能电池片图片太阳能电池片图片太阳能电池片图片太阳能电池片图片太阳能电池组件制造设备介绍太阳能电池组件制造设备介绍•太阳能电池组件制造封装测试设备主要有：电池片分选仪、激光划片机、层压机、固化炉、组件测试等电池片分选仪组件层压机组件测试仪激光划片机太阳电池组件及封装太阳电池组件及封装•太阳能电池组件是将太阳电池通过串、并联后严密封装制成的。•未封装的单体太阳能电池片不能直接作电池使用。•原因：•1.机械强度弱，不能承受较大的力的撞击；•2.大气中的水和一些腐蚀气体回锈蚀和氧化电极，使电极脱落；•3.大气会腐蚀电池，降低电池的转换效率；•4.单体电池的工作电压只有0.4-0.5V，而且功率也小，不能满足用电设备的电压、功率要求。太阳电池组件及封装太阳电池组件及封装•太阳能电池组件解决了单体电池的一些问题，组件具有以下的特点：1.工作电压和输出功率按不同的要求设计，可提供多种的接线方式，满足不同的电压输出要求；2.工作寿命长，要求组件能正常工作20～30年，因此要求组件所使用的材料，零部件及结构，在使用寿命上互相一致，避免因一处损坏而使整个组件失效；3.有足够的机械强度，能经受在运输、安装和使用过程中发生的冲突，振动及其它应力；4.具有防腐、防潮、防水、防风、防雹能力；技术要求技术要求•层压电池组件的基本要求：•1.在规定的工作环境下，使用寿命大于20年（使用20年，转换效率不得低于原来的80%）；•2.组件的电池上表面颜色应均匀一致，无机械损伤，焊点无氧化斑；•3.电池片应排列整齐，框架整洁无腐蚀斑点；•4.封装层中不允许气泡或脱层在某一片电池与组件边缘形成一个通路，气泡或脱层的几何尺寸和个数应符合相应的产品详细规范规定；•5.绝缘电阻大于200MΩ；•6.EVA的交联度大于65%，EVA与玻璃的剥离强度大于30N/cm，EVA与TPT的剥离强度大于15N/cm；测试条件测试条件标准测试条件标准规定地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱。地面阳光的总辐照度规定为1000w/m2。标准测试温度规定为25°C对定标测试，标准测试温度的允许差为±1°C。对非定标准测试。标准测试温度允许差为±2°C。如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，，则必须将测量结果换算到标准测试条件。太阳电池组件常见结构形式（太阳电池组件常见结构形式（11））全胶密封太阳电池组件示意图1－硅太阳电池；2－粘接剂；3－电极引线；4－下底板；5－互连条。太阳电池组件常见结构形式（太阳电池组件常见结构形式（22））玻璃壳体式太阳电池组件示意图1－玻璃壳体；2－硅太阳电池；3－互连条；4－粘接剂；5－衬底；6－下底板；7－边框线；8－电极接线柱。太阳电池组件常见结构形式（太阳电池组件常见结构形式（33））底盒式太阳电池组件示意图1－玻璃盖板；2－硅太阳电池；3－盒式下底板；4－粘接剂；5－衬底；6－固定绝缘胶；7－电极引线；8－互连条。太阳电池组件常见结构形式（太阳电池组件常见结构形式（44））平板式太阳电池组件示意图1－边框；2－边框封装胶；3－上玻璃盖板；4－粘接剂；5－下底板；6－硅太阳电池；7－互连条；8－引线护套；9－电极引线。电池组件生产流程示意电池组件生产流程示意划片贴片单片检测单片焊接原料分选总装半成品检测层压成品检测入库出厂抽检出厂焊接程序焊接程序太阳能电池组件图片太阳能电池组件图片光伏发电系统分类光伏发电系统分类太阳能独立电源系统示意图太阳能独立电源系统示意图太阳能独立电源系统示意图太阳能独立电源系统示意图太阳能独立电源系统示意图太阳能独立电源系统示意图（（11））太阳能户用应用系统太阳能户用应用系统西部地区农民家庭的风光互补发电系统太阳能户用应用系统太阳能户用应用系统非洲国家边远地区农民用电太阳能户用应用系统太阳能户用应用系统中东沙漠牧民用电（（22）光伏发电应用）光伏发电应用森林防火监测太阳能电源光伏发电应用光伏发电应用通讯基站的太阳能电源光伏发电应用光伏发电应用太阳能农用灌溉系统光伏发电应用光伏发电应用新疆地区太阳能光伏水泵（（33）太阳能应用产品）太阳能应用产品太阳能户外灯具在道路、小区、广场的应用太阳能应用产品太阳能应用产品太阳能应用在道路、高速公路上的交通警示太阳能应用产品太阳能应用产品太阳能应用在道路、高速公路上的交通指示太阳能应用产品太阳能应用产品太阳能汽车排风扇太阳能汽车太阳能应用产品太阳能应用产品太阳能城市美化产品太阳能灯箱太阳能喷泉太阳能应用产品太阳能应用产品太阳能生态厕所太阳能侯车亭太阳能应用产品太阳能应用产品太阳能野营用品太阳能玩具光伏发电并网系统示意图SolarArray太阳光伏阵列DCtoACInverter逆变器NetMetering网络监测Load负载太阳电池（光伏组件）并网逆变器光伏接线箱光伏发电并网系统－组成部分天气晴好，逆功率检测装置未检测到功率逆送时，光伏系统向负载供电。电网负载变压器逆变器逆功率检测装置光伏阵列1光伏阵列2100kW太阳光伏并网系统运行方式示意图（1）天气晴好，逆功率检测装置检测到功率逆送时，光伏系统停止向负载供电。变压器逆变器逆功率检测装置电网负载太阳光伏并网系统运行方式示意图（2）光伏阵列1光伏阵列2阴天和晚上，光伏发电系统不向负载供电。变压器逆变器逆功率检测装置太阳光伏并网系统运行方式示意图（3）电网负载光伏阵列1光伏阵列2国际上太阳能电站向大型化发展国际上太阳能电站向大型化发展49™百千瓦级到10MW级分散建设™百MW级到GW级光伏电站™根据不完全统计，世界范围内建成的兆瓦级光伏电站共有85座，分布于德国（53）、美国（14）、西班牙（7）、荷兰（4）、意大利（2）、澳大利亚（1）、瑞士（1）、日本（1）、菲律宾（1）和中国（1），均采用并网运行方式。™目前，世界上最大为德国的PockingSolarPark，总安装容量为10兆瓦。™葡萄牙、以色列等计划百MW级第八届全国光伏会议暨中日光伏论坛•50国外光伏发电系统发展现状－世界十大光伏电站（国外光伏发电系统发展现状－世界十大光伏电站（11））第八届全国光伏会议暨中日光伏论坛•51国外光伏发电系统发展现状－世界十大光伏电站（国外光伏发电系统发展现状－世界十大光伏电站（22））太阳能光伏国外电站介绍•美国亚特兰大奥运会美国亚特兰大奥运会游泳馆游泳馆340340千瓦千瓦太阳能光伏国外电站介绍太阳能光伏国外电站介绍•日本三洋日本三洋SolarArk630SolarArk630千瓦千瓦太阳能光伏国外电站介绍•荷兰荷兰AmersfoortAmersfoort11兆瓦兆瓦•悉尼悉尼20002000年奥运会年奥运会11兆瓦兆瓦奥运灯塔奥运灯塔++奥运村奥运村太阳能光伏国外电站介绍太阳能光伏国外电站介绍德国德国SolarparkSolarparkPockingPocking1010兆瓦兆瓦世界容量最大的并网光伏电站世界容量最大的并网光伏电站太阳能光伏国外电站介绍荷兰荷兰ECNECN大楼大楼建筑一体化（BIPV）太阳能光伏国外电站介绍•公路隔离带公路隔离带++铁路站台铁路站台++停车场车棚停车场车棚太阳能光伏国外应用介绍•艺术造型艺术造型跟踪和聚光式光伏电站•高倍聚光•低倍聚光•双轴跟踪•单轴跟踪采用双轴跟踪系统的24KWp250倍菲涅耳聚光太阳电池阵列国外光伏发电系统发展现状－跟踪系统国外光伏发电系统发展现状－跟踪系统（（11））ACBD国外光伏发电系统发展现状－跟踪系统（国外光伏发电系统发展现状－跟踪系统（22））国外光伏发电系统发展现状－跟踪系统（国外光伏发电系统发展现状－跟踪系统（33））国内光伏电站及平衡系统技术发展现状国内太阳能电站介绍上海宝山庙行野桥菜场15KW光伏并网发电系统国内太阳能电站介绍西藏羊八井西藏羊八井100