太陽能光伏發電系統技術(設計安裝)-預覽頁

　

【正文】 1）太陽能能量密度低，覆蓋面積大； （ 2）光伏發電具有間歇性和隨機性； （ 3）各個地區太陽能資源情況不通，所以光伏發電區域性強。第 1章 導論 第 1章 導 論 “到處陽光到處電”是人類美麗的理想。 太陽能光伏發電的主要優缺點 太陽能光伏發電的主要優點為： （ 1） 結構簡單，體積小且輕； （ 2）易安裝，易運輸，建設周期短； （ 3）使用方便，維護簡單，在 50℃ ~65℃ 溫度范圍均可正常工作； （ 4）清潔能源，安全，無噪聲，零排放； （ 5）可靠性高，壽命長； （ 6）太陽能幾乎無處不有，所以光伏發電應用范圍廣，； （ 7）降價速度快，能量償還時間有可能縮短； （ 8）可以與蓄電池相配組成獨立電源，也可以并網發電。用 于地面太陽能光發電系統的太陽能電池，要求耐風霜雨雪的侵襲，有較高的功率價格比， 要求具有大規模生產的工藝可行性和材料來源。隨著人們對后 續能源問題和環境質量的認識不斷提高，加大了關于光伏發電的各項科研經費的投入，而 科研成就轉化為技術和生產規模不斷增長，使得成本不斷下降，政策刺激下的市場不斷擴 大。自 1996年以來，世界光伏發電正在高速發展。目前光伏組件的生產 規模在 520MW/年。而在過去的 30年中，光伏組件的成本已降低了 2個數量 級，光伏組件的成本已降低了 2個數量級，如圖 12所示。 表 1－ 2： 19932022年 世界太陽電池組件發貨量（ MW） 年度 日本 歐洲 美國 其它 合計 1993 1994 1995 1996 88..60 1997 1998 1999 80 40 2022 2022 2022 2022 國際太陽電池研究現狀 迄今為止，已經研究了近 100種太陽電池，表 1－ 3，表 1－ 4和表 1－ 5為各種 太陽電池世界最高水平的科研成果。 八十年代開始先后引進了一批美國的單晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池生產設備，使 得中國的光伏工業開始起步。目前我國各種太陽電池的實驗室最高效率見表 16。截止 2022年底我國太陽電池底累計裝機已達到 50MWP 。 表 16 生產能力、產量、價格、系統價格、年產值預測 年度 2022 2022 組件生產能力 （ MWP） 80 組件年產量 （ MWP） 10 組件價格 (元 /WP) 42 30 系統造價 (元 /WP) 80 70 系統年產值 （億元） 7 7 7 2 第 1章 導論 2022 2022 2020 120 400 2022 50 150 1500 25 20 16 50 40 30 25 60 450 太陽電池的效率和成本預測見表 17。 地球上已發現的 109 種元素，除 17 種人造元素以外，其余 92 種元素太陽里都有 .太陽 是距離地球最近的一顆恒星 ,日地距離為 ,太陽直徑為 x106Km,是地 球的 109 倍 。4 10 kw 10 （克） 10 10 ≈10 176。s 天 S .80 75% % % 10 kgm 177。 11 4 3 6 3 第 2 章 太陽和太陽能 [2]、吸收層 從太陽核以外到約 倍太陽直徑處稱為吸收層，也稱為方式活動 層，熱核反應產生的大量氫離子在這里被吸收。 K 的黑體輻射。 K，密度為 10 g/cm 。打擊到地球大氣層上，產生鹽暴或極光，影響地球磁場和 通訊。 c） 南北回歸線與夏至、冬至日：北半球夏至日（ 6 月 21 日）時，南半球恰好為 冬至日，太陽直射北緯 176。 北半球冬至日即為南半球夏至日，太陽直射南緯 176。 [2]、赤緯角的變化 與赤道平面平行的平面與地球的交線稱為地球的緯度。 之間變化。 將到達水平面上的太陽輻射能分為直接輻射和水平輻射二部分。 由于有地球大氣層的存在，到達地面的太陽光譜與大氣上界的太陽光譜有所不同，陽光穿過 地球大氣層時，至少衰減了 30%。 2 所示。這個輻射強度稱為太陽常數，或稱此輻射為大氣質量為零（ AM0）的輻射。太陽在頭頂正上方時，光學大氣質量為 1，這時的輻射稱為大氣質量為 1(AM1)輻射。因此為了對不同 地點測得的不同太陽電池的性能進行有意義的比較，就必須確定一個地面標準，然后參照這 個標準進行測量。cm 比率 （相對 135176。在我國廣闊富饒的土地上，有著豐富的太陽 能資源。這些地區包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏 西部等地。 三類地區為我國太陽能資源中等類型地區，年太陽輻射總量為 50005850 MJ/m2，相當 于日輻射量 。 五類地區主要包括四川、貴州兩省，是我國太陽能資源最少的地區，年太陽輻射總量 33504200 MJ/m2，相當于日輻射量只有 。與同緯度的其它國家相比，和美國類似，比歐 洲、日本優越得多。 圖 23 中國 太陽輻照及分布 16 第三章 太陽電池、組件 第 3 章 太陽電池、組件 太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質能、風能、海洋能、水能等都來 自太陽能；廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源；太陽能作為可再生能源的一種，則 是指太陽能的直接轉化和利用。如圖 所示。如圖 所示 的彩色太陽電池。在 pn結上加偏置電壓時，由于空間電荷區內沒有載流子（又稱為耗盡區）形成 高阻區，因此，電壓幾乎全部跨落在空間電荷區上。 由于我們認為外加電壓僅跨越在空間電荷區，所以可視為 n區內沒有電場，由空穴構 成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴散電流。 圖 半導體 pn 結的電流－電壓特性 太陽電池工作原理 半導體的內光電效應 當光照射到半導體上時，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態，在這些 電子中，作為實際使用的光電器件里可利用的電子有： （ 1）價帶電子； （ 2）自由電子或空穴（ Free Carrier）； （ 3）存在于雜質能級上的電子。當光照射到半導體光伏器件 上時，在器件內產生電子一空穴對，在半導體內部 pn結附近生成的載流子沒有被復合而能夠 到達空間電荷區，受內建電場的吸引，電子流入 n區，空穴流入 p區，結果使 n區儲存了過剩 的電子， p區有過剩的空穴。可以測得這個值，并稱之為開路電壓 (Voc)。 此外，異質結、肖特基勢壘等也可以得到較好的光電轉換效率。當太陽光照射到這個太陽電池上時，將有和暗電流方向相反 的光電流 Iph流過。輸出功率（電能）與輸入功率（光能）之比稱為太陽電池的能 量轉換效率。作為表示 F（ λ）分布的參數是大氣質量 AM 20 = ? 12 ? 2 第三章 太陽電池、組件 （ AirMass）。這個 薄膜層稱為減反射膜（ Antireflective coating）。 開路電壓 當太陽電池處于開路狀態時，對應光電流的大小產生電動勢，這就是開路電壓。圖 表示具有代表性的硅和 GaAs太陽 電池的 ISC與 Voc之間的關系。在恒定光照 下，一個處于工作狀態的太陽電池，其光電流不隨工作狀態而變化，在等效電路中可把它看 作是恒流源。在等效電路中，可將它們的總效果用一個串聯電阻 RS來表示。 當負載 RL從 0 變化到無窮大時，輸出電壓 V則從 0 變到 VOC，同時輸出電流便從 ISC變到 0，由 此得到電池的輸出特性曲線，如圖 所示。 24 第三章 太陽電池、組件 太陽電池的溫度效應 少子的擴散長度隨溫度的升高稍有增大，因此，光生電流 JL也隨溫度的升高有所增加。高能粒子輻照時晶格原子發生 位移，產生晶格缺陷，降低少子壽命。結果是可期望在某一個確定的 Eg隨處出現太陽電池效率的 峰值。 C， VOC下降室溫值的 %， η也因而降低約同樣的百分數。又如 GaAs電池， 溫度每升高 1176。m處也能產生相當多 的載流子，如果這些位置的光生載流子壽命能大于 1181。達到長壽命的關鍵是在材料制備和電池的生產過 程中，要避免形成復合中心。因而輸出功率的增加將大大超過 X倍，而且聚光的結果也使轉換效率提高 了。如圖 。不過通常情況下，串聯電阻主要來自薄擴散層。為了使 ISC最大，金屬柵線 占有的面積應最小。使用減反射 膜可有效降低反射率。 各種硅材料及其相關特征參數 名稱 單晶硅 符號 ScSi 晶粒尺寸 10cm 生長工藝 Czochralski (CZ) float zone (FZ) 多晶硅 薄多晶硅 微晶硅薄膜 McSi PcSi μcSi 1mm10cm 1μm1mm 1μm Cast, sheet, ribbon CVD Plasma deposition 圖 多晶硅形貌 27 圖 多晶硅晶粒及晶粒間界 (2). (3). ＋ 第三章 太陽電池、組件 圖 （ a）單晶硅微結構 （ b）多晶硅微結構 169。 硅片制成太陽電池 。所以，地面應用傾向于０ .５～３ .０ ?ｃｍ的材 料。在不要求太陽電池有很高轉換效率的場合，位錯密度和載流子壽命不作嚴 格要求。對太陽電池組件要求為： (1). 有一定的標稱工作電流輸出功率。 (5). 組合成本低。 圖 底盒式太陽電池組件示意圖 1－玻璃蓋板； 2－硅太陽電池； 3－盒式下底板； 4－粘接劑； 5－襯底； 6－固定絕緣膠； 7－電極引線； 8－互連條 。在組件中它是一項易被忽視但在實用中是決不能輕視的部件。一般要求其： （ 1）在可見光范圍內具有高透光性； （ 2）具有彈性； （ 3）具有良好的電絕緣性能； （ 4）能適用自動化的組件封裝。邊框為粘結劑構成對組 件邊緣的密封。 太陽電池并聯的伏安特性曲線，見圖 。這 樣將導致局部發熱最后給組件帶來難以彌補的損傷，即熱斑效應發生。對我們所考慮的兩 種最簡單的失配（短路電流失配和開路電壓失配），由于日常應用中部分組件受遮擋的情況 較多，短路電流失配的現象更常見也更嚴重。 對于串聯電池的開路電壓失配，影響相對較小。 37 第三章 太陽電池、組件 圖 并聯 連接的太陽電池。 I 圖 并聯 失配時輸出的開路電壓的計算 小結 本章主要介紹了太陽電池的基本原理、 IV 特性、基本工藝等。若干塊光 38 第三章 太陽電池、組件 伏組件經串、并聯后組成太陽電池方陣。見圖 41。內裝有防雷器、回流防止器和開關等。 蓄電池：電能儲藏裝置。目前大多數太陽能電 池片是單晶或多晶硅電池。 用于電子產品的組件 40 光伏發電部件介紹 為驅動計算器、手表、收音機、電視、充電器等電子產品，一般需 至數十伏的電 壓。 圖 42 地面用晶體硅太陽電池組件的結構 圖 43 非晶硅太陽電池組件的結構 另一種是非晶硅