1、淺談新式太陽能電池當下,人類使用的能源特別是化石能源的數目愈來愈多,能源對人類經濟社會發展的限制和對資源環境的影響愈來愈明顯。探究利用化石能源以外的新能源,加快發展新能源家產,已成為全人類需要共同面對的一項重要課題。最近幾年來,因為技術的連續改進和打破,發展太陽能光伏家產已成為實現全世界碳減排與代替化石能源的主要門路和手段之一,展露出較大的發展潛力。太陽能作為一種新能源,是人類可以利用的最豐富的能源,發展太陽能光伏家產的要點是生產太陽能電池。晶硅電池仍將在較長時間內據有太陽能光伏的主流,應成為太陽能光伏家產發展的主要路徑,廣受社會的關照。開辟太陽能是將來新能源發展的主導方向我國是多晶硅家產化生

2、產的發源地,已形成包含高純多晶硅制造、硅錠/硅片生產、太陽能電池制造、光伏組件以及系統應用等環節比較完好的家產鏈,在發展太陽能光伏家產方面擁有得天獨厚的優勢,適應時代要求,加快發展太陽能光伏家產起到應有的作用。人類可利用的新能源主要有太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核能等。因為海洋能和地熱能只有特定地方可以利用,我們只對太陽能、風能、核能、生物質能的成本、效率、優弊端等方面作一對比。經過比較可以看出,幾種新能源中太陽能的利用綜合性價比最高,是最具發展潛力的新能源之一。一是資源最豐富。地球每秒鐘所接受的太陽能高達81013千瓦,中國地表每年接受的太陽能,相當于2.4萬億噸標準煤的能量,是

3、全國能源年耗費總量的800多倍。并且太陽能取之不盡、用之不停,不用運輸,這是其余幾種新能源不行比較的;二是轉變最直接。太陽能發電是將太陽輻射能直接變換為電能,是全部潔凈能源中一次性變換效率最高、變換環節最少、利用最直接的方式,眼前晶硅太陽能電池的變換率應用水平在1520%之間。風能、生物質能都是太陽光能的各種間接變換形式,其變換率只有太陽光能的幾十到幾百分之一。眼前核能轉變率高于太陽能,但原資料選擇面窄、標準高,對建設環境的要求也特別高;三是最潔凈環保。對一個地區來說,太陽光的輻射總是相對穩固的,太陽能電站在長達25年的發電時間里,沒有二氧化碳和任何污染物排放,其設施也不會對環境造成任何破壞。

4、可以說,太陽能是我們眼前可使用的能源中一次性變換效率最高,使用最簡單、最靠譜、最經濟的新能源。太陽能光伏電池主要有晶硅電池和薄膜電池,晶硅電池又分為單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池,薄膜太陽能電池基本上分為非/微晶硅薄膜電池、銅銦鎵硒薄膜電池和碲化鎘薄膜電池三類,晶硅電池在較長時間內還是太陽能光伏的主流。晶硅太陽能電池是發展速度最快、技術最成熟、家產化規模最大的一種太陽能電池。德國費萊堡太陽能研究所制得的晶硅電池轉變效率超出23%;印度物理研究所提出一種內部光陷作用的高效硅太陽電池模型可將變換效率提高到28.6%;北京太陽能研究所研制的刻槽埋柵電極2cm2cm晶體硅電池的變換效率達到19.7

5、9%。單晶硅太陽能電池變換效率最高,但對硅的純度要求高工藝復雜和資料價格等要素以致成本較高。多晶硅太陽能電池資料在結晶的質量、純度等方面要求較低,生產成本低于單晶硅,并且在家產化應用中的變換效率已達到了1520%的水平,所以多晶硅成為眼前采納最廣泛的太陽能電池制造原料。整體來看,晶硅電池是眼前光伏電池的主流,主要應用于太陽能屋頂電站、太陽能商業電站和太陽能城市電站,是眼前技術最成熟、應用最廣泛的太陽能光伏產品,據有世界光伏市場的份額超出80%。非/微晶硅薄膜電池的變換率偏低,提高變換率的技術難度也較大,銅銦鎵硒薄膜電池原資料昂貴,碲化鎘薄膜電池固然變換率較高,但遇到資料本源和安全性限制,大規模

6、家產化也存在限制。眼前薄膜電池的變換效率均勻在10%之內,售價約在10元/瓦,單價雖低于晶硅電池,但因為轉變率低,綜合成本還是要高于晶硅電池。薄膜電池對比晶硅電池生產線的一次性投入要高,因為主要依靠進口設施,動輒數億元的投資是晶硅電池的78倍,再加上在生產過程中同步產生的技術成本、設施成本、運輸成本,其整體成真對比晶硅電池其實不擁有明顯優勢。并且因為使用壽命較短,占地過多,普及速度所以遇到影響。我國薄膜電池的產量只占到太陽能電池總產量的2%,全世界范圍內薄膜電池的市場份額也僅有19%,晶硅電池仍據有絕對優勢。薄膜電池在將來的確有遠景,但短期內還很難與晶硅電池競爭,估計到2030年,薄膜電池市場

7、份額有望上升到30%,其他的70%仍需要晶硅電池來支撐。太陽能應用的模塊化電池系統在大多數五金店中,都可以找到用于對特別用電池進行充電的小型太陽能電池板。不管是角于收音機的小型可充電鎳鎘電池,還是用于船舶的深循環船用電池,其基本源理和電路都是同樣的。以往的做法是將一組太陽能電池經過整流二極管與被充電電池相連。該二極管用于防范在沒有日光的狀況下,要被充電的電池將太陽能電池反向偏置;由太陽能電池構成的陣列可以產生稍高于電池充電電壓的電壓,所以可以將二極管正向偏置,并對電池進行充電。該系統無需連接電源線,即碰奇妙地解決在基于電池的系統中保持充電的問題。固然該系統相當簡單,但它存在一些效率方面的問題。

8、主要問題是太陽能電池的最正確負載取決于它所接收的日光量。不過簡單地固定在被充電電池上其實不可以保證太陽能電池的負載最正確。實質上,電池兩端的電壓在電池充電時會不停變化,所以在完好光照條件下,可能會有一些能量未傳輸到電池中。并且,未用于電池充電的能量會以熱的形式儲存在太陽能電池中,使太陽能電池過早老化。其他,不過簡單地將能量傳到電池中其實不可以保證電池擁有適合的容量來儲存能量。經完好充電后,連續對電池充電只會使熱量積聚到被充電電池而不是太陽能電池中,以致被充電電池過早老化。為了實現更有效的解決方案,需要采納一些措施,使太陽能電池的負載為最正確負載,同時高效地對電池進行充電。關于該問題,針對該問題

9、提出了一個不完好解決方案,即最大功率點(MPP)變換器。MPP變換器近似于擁有驅動電流設置點這類基本智能的開關穩壓器,它可以將太陽能電池電壓升壓/降壓到被充電電池的額定電壓,同時調整供應給太陽能電池的負載,從而可以傳輸最大的能量。它經過一種稱為顫抖的過程實現這一點,該過程會周期性地改變開關穩壓器從太陽能電池汲取的電流。在顫抖過程中,穩壓器會高升負載電流,而后降低負載電流。假如電流較高時太陽能電池產生的功率更高,則保持較高的電流。假如電流較低時產生的功率更高,則保持較低的電流。假如較高和較低的負載電流都不可以產生較高的功率,則保持本來的負載。總的結果就是MPP變換器盡可能從太陽能電池獲取最大的功

10、率,并且假如日光量改變,那么周期性顫抖會調整電流,直到它再次獲取最大功率。MPP其實不太關懷被充電電池中的熱量消耗,僅針對太陽能電池陣列對MPP變換器的有限智能進行了優化。與太陽能電池對比,被充電電池廉價得多,并且不管如何都一定按期更換,全部額外的能量如故積聚在被充電電池中。被充電電池同時也充當系統的分流穩壓器。假如該電池發生故障,負載開關穩壓器的輸入電壓會發生明顯變化。假如發生的是開路故障,那么負載開關穩壓器的輸入電壓將上升或降低一取決于系統負載和照耀到太陽能電池的日光量。假如發生的是短路故障系統將完好不工作,MPP不過簡單地將能量積聚到被短路的電池中。這些問題的一種解決方案是重新設計MPP

11、,使之供應稍高于電池完好充電電壓的恒定輸出母線電壓。而后經過基于開關穩壓器的充電器利用該母線電壓對電池充電;假如母線電壓因為負載很高或光照量很低而下跌,則被充電電池會經過二極管驅動母線。MPP在光照充分的條件下驅動母線時,該二極管還可以夠將被充電電池與母線阻隔。使用該系統可以解決先前MPP設計中輸出電壓不恒定的問題;當MPP沒法為負載供應能量時二極管會自動導通,將電池與母線連接,以提高母線電壓。要完好免除短路造成的影響,在發生短路時,充電器需要主動斷開與電路的連接,以阻隔電池。假如白天和夜間時長同樣,那么系統全天的總效率等于這兩個效率的均勻值,稍低于原效率,但系統此刻可以連續工作,即使電池發生

12、故障也不受影響。為了提高效率,以往使用第二個MOSFET來代替二極管,該MOSFET在第一個MOSFET關斷時導通。經過使用電阻為10m20m的MOSFET來短接正向壓降為0.5V的二極管,可以降低效率消耗。最理想狀況下,每個太陽能電池可以有自己的MPP,并且系統中每一節要被充電的電池都可以有自己的充電器。但是,這樣將需要升壓開關穩壓器,用于將單節電池的電壓高升到負載開關穩壓器的輸入電壓。并且全部新的開關穩壓器的靜態電流和開關電流將開始占支配地位,以致效率再次降低。代替方案是在效率需乞降靠譜性之間進行折衷,經過將一些電池和太陽能電池分組來限制消耗,同時限制單點故障的影響。假如希望構造效率最正確

13、的系統,需要考慮以下方面:構造太陽能電池(構成串通電路)和最正確MPP變換器數目的優化組合,以最大程度降低MPP變換器中的開關、電壓相關和電流相關消耗。構造被充電電池(構成串通電路)、相應充電器和輸出升壓開關穩壓器的優化組合。最正確組合是可以實現以下目標的配置:最大程度降低充電和輸出升壓開關穩壓器中的開關、電壓相關和電流相關消耗,同時限制潛伏電池故障的影響。組合充電器邏輯和MPP電流輸出開關,在太陽能電池和被充電電池之間構造高效的充電路徑。以負載均衡的方式組合電池升壓開關穩壓器和MPP變換器即可直接產生可使負載消耗最少的電源電壓。采納智能MPP變換器顫抖算法,僅當需要時才改變負載,并使用快速檢

14、測和搜找算法取代周期性的隨機顫抖。采納認識電源系統狀態的智能負載,從而可以利用效率較高的周期執行電流較高的任務。采納隱含的中心控制智能,負責協調太陽能電池、被充電電池和負載之間的能量變換。提高模塊變換效率是新式太陽能電池技術發展的要點從太陽能家產成長早期到現在,多種不一樣的太陽能制造技術種類互相競爭共同發展。這就很難形成一個具體的技術宏圖,以展望家產技術發展趨向。依據報告顯示,薄膜和高效晶硅模塊的供應量將從2014年的5.3GW成長至2018年的14.5GW。市占率是顯現各種太陽能制造技術成功與否的標準。太陽能家產增速較快,年度需求幾乎每四年翻一倍。太陽能制造技術不需要提高市場據有率即可擴大出

15、貨量,或為設施和資料供貨商供應明顯的時機。基于使用高純提拉法(CZ)生長和太陽能專用定向凝聚爐鑄錠制造的多種晶硅技術之間的競爭,將最后決定哪些技術在將來五年內將獲取成功。先進的晶硅電池看法估計將占更大的市場比例。2015年后,已知的先進晶硅模塊供貨商市場規模估計將成長200%,到2018年達到7.6GW。固然過去的兩年,太陽能制造商向來將要點放在降低成本上,太陽能家產眼前面對采納一致的技術宏圖的理想機遇。跟著當先的太陽能廠商對2015年及以后的新增產能進行評估,可以因應不一樣太陽能技術選項將是工廠設施和目標客戶選擇的要點部分。依據所采納的原資料,太陽能電池可以分成有機和無機兩大類。有機太陽能電

16、池使用天然資料制成,并五苯和聚合物。眼前市場上流行的是無機硅太陽能電池,占總產量的90%。全世界燃料欠缺已促使各國政府踴躍找尋代替電源,在諸多候選者中,太陽能發電正在成為最可行的選擇。與利用煤炭、天然氣、石油和核能發電不一樣,太陽能是可再生的,隨時可以獲取并且環保。從基礎設施方面來看,與傳統的電廠對比,太陽能電廠需要的保護工作較少,用于興建與運轉電廠的場所也較小。眼前韓國約有五家公司在踴躍從事太陽能電池與模塊生產。因為太陽能電廠如故是該地區太陽能電池的最大用戶,廠商的研發活動專注于提高太陽能電池的轉變效率。韓國的多數太陽能電池廠商特地從事生產太陽能電池模塊,盡管許多廠商有能力自己生產太陽能電池

17、,他們把業務外包給外國供應商。生產太陽能電池的廠商以往進口晶圓。除了太陽能電廠以外,太陽能與建筑一體化(BIPV)系統是韓國太陽能電池的最大應用領域。針對BIPV,韓國廠商正在改進其定制能力,生產擁有增值特色的太陽能電池。從事模塊裝置的廠商以往要解決太陽能電池與玻璃、金屬板和其余要點部件的整合。據韓國知識產權局的數據顯示,多晶硅太陽能電池約占整體市場的53%,單晶硅太陽能電池占32%。固然多晶硅太陽能電池生產成本較低,但一般來說能量變換效率也較低。單晶硅太陽能電池的均勻變換效率約為16.5%,多晶硅是15.5%。高端單晶硅太陽能電池的變換效率可超出17%,而高端多晶硅太陽能電池的變換效率號稱高于16%。提高變換效率主要取決于公司的技術實力。好比ShinsungEng生產156156mm的太陽能電池,該公司表示將爭取把它的太陽能電池效率提高到20%。眼前常有的太陽能電池最大理論效率大約是31%,太陽光到達電池表面后,大多數作為熱能喪失去了,假如能使用太陽能集中器捕捉這部分熱電子,那么我們將看到高達66%的變換效率。研究