光伏技術(shù)推動(dòng)光伏技術(shù)

由西班牙加泰羅尼亞能源研究所(IREC)科研人員領(lǐng)導(dǎo)的，由歐盟7個(gè)成員國(guó)西班牙、法國(guó)、德國(guó)、匈牙利、意大利、盧森堡和英國(guó)，以及瑞士科研機(jī)構(gòu)科技人員廣泛參與的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并積極吸引歐盟太陽(yáng)能光伏電池工業(yè)企業(yè)如設(shè)備制造、工業(yè)生產(chǎn)、安裝服務(wù)和運(yùn)營(yíng)管理等，整個(gè)生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值鏈工程技術(shù)人員的加入。組成的太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)SCALENANO研發(fā)團(tuán)隊(duì)，旨在利用新型納米材料技術(shù)，提高光伏電池的能效和光電轉(zhuǎn)換效率，開(kāi)發(fā)出低生產(chǎn)成本、高性價(jià)比和適應(yīng)市場(chǎng)需求的新型太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)。 2100433B

國(guó)內(nèi)自1958年起研究光伏技術(shù)，正加速發(fā)展光伏技術(shù)，完善、提高及應(yīng)用開(kāi)發(fā)a-Si 制備技術(shù)，約有30個(gè)科研單位和10個(gè)生產(chǎn)廠，生產(chǎn)能力超過(guò)5.5MW/a。由于受市場(chǎng)及材料問(wèn)題的困擾，生產(chǎn)成本高，實(shí)際產(chǎn)量只有1.5-2MW/a。在2001-2020年，擬實(shí)施光伏電源推動(dòng)計(jì)劃，發(fā)展戶用光伏（50W）、小型光伏（10-0KW）、特種光伏系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)光伏電站規(guī)劃，以市場(chǎng)帶動(dòng)技術(shù)發(fā)展。

人類生活的衣、食、住、行都離不開(kāi)能源，開(kāi)發(fā)新能源的光伏技術(shù)已成為國(guó)際上熱門課題，每年都有大型國(guó)際性會(huì)議研討光伏技術(shù)，MW級(jí)中、大型光伏電站正在全球建設(shè)和發(fā)展，10MW級(jí)的也已建成投產(chǎn)。展望21世紀(jì)，效率高、成本低的薄膜化光電池將占光伏技術(shù)的主導(dǎo)地位，附有太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的住宅將會(huì)逐漸普及，二十年代有望在空間建造太陽(yáng)能電站，用微波或激光等電能傳輸技術(shù)將電能送到地面供電。有專家建議在各大洲建立大型光伏發(fā)電站，用超導(dǎo)電纜連接成全球性太陽(yáng)能發(fā)電廠超導(dǎo)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使供電不受晝夜變化影響，迎來(lái)一個(gè)光伏技術(shù)的新時(shí)代。

以下按其材料分類，展示光伏技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)向。

光伏技術(shù)晶體硅光電池

晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類，用P型（或n型）硅襯底，通過(guò)磷（或硼）擴(kuò)散形成Pn結(jié)而制作成的，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，提高材料中的載流子收集效率，優(yōu)化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。單晶硅光電池面積有限，比較大的為Φ10至20cm的圓片，年產(chǎn)能力46MW/a。主要課題是繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，開(kāi)發(fā)帶狀硅光電池技術(shù)，提高材料利用率。國(guó)際公認(rèn)最高效率在AM1.5條件下為24%，空間用高質(zhì)量的效率在AM0條件約為13.5-18%，地面用大量生產(chǎn)的在AM1條件下多在11-18%之間。以定向凝固法生長(zhǎng)的鑄造多晶硅錠代替單晶硅，可降低成本，但效率較低。優(yōu)化正背電極的銀漿和鋁漿絲網(wǎng)印刷，切磨拋工藝，千方百計(jì)進(jìn)一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)18.6%。

光伏技術(shù)非晶硅光電池

a-Si（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成的。由于分解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜，易于大面積化 （0.5m×1.0m），成本較低，多采用p in結(jié)構(gòu)。為提高效率和改善穩(wěn)定性，有時(shí)還制成三層p in 等多層疊層式結(jié)構(gòu)，或是插入一些過(guò)渡層。其商品化產(chǎn)量連續(xù)增長(zhǎng)，年產(chǎn)能力45MW/a，10MW生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)，全球市場(chǎng)用量每月在1千萬(wàn)片左右，居薄膜電池首位。發(fā)展集成型a-Si光電池組 件，激光切割的使用有效面積達(dá)90%以上，小面積轉(zhuǎn)換效率提高到14.6%，大面積大量生產(chǎn)的為8-10%，疊層結(jié)構(gòu)的最高效率為21%。研發(fā)動(dòng)向是改善薄膜特性，精確設(shè)計(jì)光電池結(jié)構(gòu)和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態(tài)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。

光伏技術(shù)多晶硅光電池

p-Si（多晶硅，包括微晶）光電池沒(méi)有光致衰退效應(yīng)，材料質(zhì)量有所下降時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致光電池受影響，是國(guó)際上正掀起的前沿性研究熱點(diǎn)。在單晶硅襯底上用液相外延制備的p-Si光電池轉(zhuǎn) 換效率為15.3%，經(jīng)減薄襯底，加強(qiáng)陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法制備的轉(zhuǎn)換效率約為12.6-17.3%。采用廉價(jià)襯底的p-Si薄膜生長(zhǎng)方法有PECVD和熱絲法，或?qū)-Si：H材料膜進(jìn)行后退火，達(dá)到低溫固相晶化，可分別制出效率9.8%和9.2%的無(wú)退化電池。微晶硅薄膜生長(zhǎng)與a-Si工藝相容，光電性能和穩(wěn)定性很高，研究受到很大重視，但效率僅為7.7%。大面積低溫p-Si膜與-Si組成疊層電池結(jié)構(gòu)，是提高a-S光電池穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率的重要途徑，可更充分利用太陽(yáng)光譜，理論計(jì)算表明其效率可在28%以上，將使硅基薄膜光電池性能產(chǎn)生突破性進(jìn)展。

光伏技術(shù)銅銦硒光電池

CIS（銅銦硒）薄膜光電池已成為國(guó)際光伏界研究開(kāi)發(fā)的熱門課題，它具有轉(zhuǎn)換效率高（已達(dá)到17.7%），性能穩(wěn)定，制造成本低的特點(diǎn)。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上分別沉積多層膜而構(gòu)成的，厚度可做到2-3μm，吸收層CIS膜對(duì)電池性能起著決定性作用。現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出反應(yīng)共蒸法和硒化法（濺射、蒸發(fā)、電沉積等）兩大類多種制備方法，其它外層通常采用真空蒸發(fā)或 濺射成膜。阻礙其發(fā)展的原因是工藝重復(fù)性差，高效電池成品率低，材料組分較復(fù)雜，缺乏控制薄膜生長(zhǎng)的分析儀器。CIS光電池正受到產(chǎn)業(yè)界重視，一些知名公司意識(shí)到它在未來(lái)能源市場(chǎng)中的前景和所處地位，積極擴(kuò)大開(kāi)發(fā)規(guī)模，著手組建中試線及制造廠。

光伏技術(shù)碲化鎘光電池

CdTe（碲化鎘）也很適合制作薄膜光電池，其理論轉(zhuǎn)換效率達(dá)30%，是非常理想的光伏材料?？刹捎蒙A法、電沉積、噴涂、絲網(wǎng)印刷等10種較簡(jiǎn)便的加工技術(shù)，在低襯底溫度下制造出效率12%以上的CdTe光電池，小面積CdTe光電池的國(guó)際先進(jìn)水平光電轉(zhuǎn)換率為15.8%，一些公司正深入研究與產(chǎn)業(yè)化中試，優(yōu)化薄膜制備工藝，提高組件穩(wěn)定性，防范Cd對(duì)環(huán)境污染和操作者的健康危害。

光伏技術(shù)砷化鎵光電池

GaAs（砷化鎵）光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術(shù)制備。用GaAs作襯底的光電池效率高 達(dá)29.5%（一般在19.5%左右），產(chǎn)品耐高溫和輻射，但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，主要作空間電源用。以硅片作襯底，用MOCVD技術(shù)異質(zhì)外延方法制造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。

光伏技術(shù)其它光電池

InP（磷化銦）光電池的抗輻射性能特別好，效率達(dá)17-19%，多用于空間方面。采用SiGe單晶襯底，研制出在AM0條件下效率大于20%的GaAs/Si異質(zhì)結(jié)外延光電池，最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs結(jié)構(gòu)的異質(zhì)外延光電池在不斷開(kāi)發(fā)中，控制各層厚度，適當(dāng)變化結(jié)構(gòu)，可使太陽(yáng)光中各 種波長(zhǎng)的光子能量都得到有效利用，GaAs基多層結(jié)構(gòu)光電池效率已接近40%。

作為光伏技術(shù)的重要組成部分，光伏測(cè)試和質(zhì)量認(rèn)證日益為光伏技術(shù)開(kāi)發(fā)人員關(guān)注。

光伏測(cè)試技術(shù)主要是針對(duì)IEC、UL以及各國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)特定的光伏產(chǎn)品性能做相應(yīng)的測(cè)試，以證明其滿足性能和安全要求。主要的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有晶體硅類的IEC 61215，薄膜組件的IEC 61646，聚光光伏的IEC 62108，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)UL 1703，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 9535。主要的測(cè)試項(xiàng)目包括電性能測(cè)試、環(huán)境老化測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試、防火等安全測(cè)試等。

中國(guó)光伏測(cè)試網(wǎng)針對(duì)光伏產(chǎn)品及原材料的測(cè)試、認(rèn)證領(lǐng)域的資料查詢和測(cè)試分析、測(cè)試方法有專門的版塊。

《光伏技術(shù)基礎(chǔ)與技能》主要介紹光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、硅材料基礎(chǔ)、多晶硅生產(chǎn)工藝、太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝、光伏組件生產(chǎn)工藝、光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝等內(nèi)容，大部分章節(jié)后附有視野拓展知識(shí)和閱讀材料內(nèi)容，以幫助讀者全面、系統(tǒng)地掌握《光伏技術(shù)基礎(chǔ)與技能》內(nèi)容?！豆夥夹g(shù)基礎(chǔ)與技能》每節(jié)后都附有相應(yīng)的練習(xí)與思考題目，讀者可以及時(shí)掌握和鞏固相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。

《光伏技術(shù)基礎(chǔ)與技能》層次分明、深入淺出、圖文并茂、內(nèi)容新穎且實(shí)用性強(qiáng)。

《光伏技術(shù)基礎(chǔ)與技能》可作為高等職業(yè)院校及中等職業(yè)學(xué)校光伏技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的教材。也可作為從事光伏產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和維修人員的培訓(xùn)及自學(xué)用書。

《光伏技術(shù)應(yīng)用》（第二版）是“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材，從太陽(yáng)發(fā)光的基本過(guò)程出發(fā)，講述了太陽(yáng)輻射的特性，半導(dǎo)體與PN結(jié)基礎(chǔ)，太陽(yáng)能電池的原理、特性及設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池片和組件的裝配，光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。

《光伏技術(shù)應(yīng)用》（第二版）不僅可以作為職業(yè)院校太陽(yáng)能光伏等新能源相關(guān)專業(yè)的教材，同時(shí)也可作為新能源光伏工程技術(shù)人員和技術(shù)工人的培訓(xùn)教材和參考用書。

學(xué)習(xí)情境一太陽(yáng)光特性與應(yīng)用1

1.1光及其特性的認(rèn)識(shí)1

1.2熱輻射與波的認(rèn)識(shí)2

1.3到達(dá)地面的熱輻射3

1.4影響太陽(yáng)輻射的因素4

1.5人類活動(dòng)與溫室效應(yīng)6

1.6地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)6

1.7計(jì)算日照數(shù)據(jù)10

1.8光伏技術(shù)與量子力學(xué)19

習(xí)題1 20

學(xué)習(xí)情境二硅半導(dǎo)體與非晶硅材料21

2.1半導(dǎo)體材料21

2.2半導(dǎo)體的種類24

2.3光能的轉(zhuǎn)換吸收26

2.4電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合27

2.5光生伏打與PN結(jié)27

習(xí)題2 29

學(xué)習(xí)情境三太陽(yáng)能電池性能30

3.1光照的影響31

3.2光譜響應(yīng)32

3.3溫度的影響33

3.4寄生電阻的影響33

習(xí)題3 34

學(xué)習(xí)情境四太陽(yáng)能電池技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)35

4.1光電轉(zhuǎn)換效率36

4.2光學(xué)損失36

4.3復(fù)合損失384.4上電極設(shè)計(jì)39

4.5實(shí)驗(yàn)室電池與工業(yè)要求的對(duì)比41

4.6激光刻槽埋柵太陽(yáng)能電池（BCSC）42

習(xí)題4 43

學(xué)習(xí)情境五光伏電池片和組件裝配44

5.1場(chǎng)地條件和要求45

5.2電池片制造工藝與檢測(cè)技術(shù)46

5.3光伏電池組件設(shè)計(jì)50

5.4光伏電池分選56

5.5光伏電池塊互連64

5.6光伏電池組件疊層69

5.7玻璃清洗70

5.8光伏電池組件層壓71

5.9光伏電池組件組框74

5.10光伏電池組件測(cè)試79

5.11光伏電池組件成品完善80

習(xí)題5 81

學(xué)習(xí)情境六獨(dú)立光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)83

6.1獨(dú)立光伏系統(tǒng)組成84

6.2電池組件84

6.3選擇蓄電池86

6.4鉛酸蓄電池86

6.5其他蓄電池設(shè)備88

6.6功率調(diào)節(jié)與控制89

6.7系統(tǒng)平衡器件91

習(xí)題6 94

學(xué)習(xí)情境七獨(dú)立光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)95

7.1獨(dú)立系統(tǒng)96

7.2系統(tǒng)利用率97

7.3混合系統(tǒng)97

7.4光伏系統(tǒng)的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)方法98

7.5圣第亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的方法102

7.6《澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS4509.2》102

7.7系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件103

習(xí)題7 103

學(xué)習(xí)情境八特殊環(huán)境下的光伏應(yīng)用104

8.1特殊環(huán)境要求105

8.2照明105

8.3太陽(yáng)能汽車107

8.4人造衛(wèi)星上的應(yīng)用108

8.5輔助海洋航行109

8.6通信110

8.7陰極保護(hù)111

8.8供水系統(tǒng)113

8.9室內(nèi)使用的光伏消費(fèi)產(chǎn)品114

8.10電池充電器115

8.11制冷與冷藏115

8.12遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及氣象監(jiān)測(cè)117

習(xí)題8 117

學(xué)習(xí)情境九偏遠(yuǎn)地區(qū)供電系統(tǒng)118

9.1偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電策略119

9.2偏遠(yuǎn)地區(qū)用電負(fù)荷特點(diǎn)及事故性質(zhì)125

9.3國(guó)外新技術(shù)127

9.4中國(guó)對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)供電的相關(guān)政策129

9.5中國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)供電案例129

習(xí)題9 133

學(xué)習(xí)情境十光伏并網(wǎng)系統(tǒng)134

10.1光伏并網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀134

10.2光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定135

10.3光伏系統(tǒng)在建筑上的應(yīng)用142

10.4最大功率跟蹤MPPT148

10.5小規(guī)模分散光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用153

10.6大容量集中光伏發(fā)電站154

10.7安全156

10.8光伏發(fā)電的價(jià)值158

10.9國(guó)際光伏市場(chǎng)162

習(xí)題10 166

參考文獻(xiàn)167