1、淺談新式太陽(yáng)能電池當(dāng)下,人類使用的能源特別是化石能源的數(shù)目愈來(lái)愈多,能源對(duì)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的限制和對(duì)資源環(huán)境的影響愈來(lái)愈明顯。探究利用化石能源以外的新能源,加快發(fā)展新能源家產(chǎn),已成為全人類需要共同面對(duì)的一項(xiàng)重要課題。最近幾年來(lái),因?yàn)榧夹g(shù)的連續(xù)改進(jìn)和打破,發(fā)展太陽(yáng)能光伏家產(chǎn)已成為實(shí)現(xiàn)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(fā)展?jié)摿ΑＬ?yáng)能作為一種新能源,是人類可以利用的最豐富的能源,發(fā)展太陽(yáng)能光伏家產(chǎn)的要點(diǎn)是生產(chǎn)太陽(yáng)能電池。晶硅電池仍將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)據(jù)有太陽(yáng)能光伏的主流,應(yīng)成為太陽(yáng)能光伏家產(chǎn)發(fā)展的主要路徑,廣受社會(huì)的關(guān)照。開(kāi)辟太陽(yáng)能是將來(lái)新能源發(fā)展的主導(dǎo)方向我國(guó)是多晶硅家產(chǎn)化生

2、產(chǎn)的發(fā)源地,已形成包含高純多晶硅制造、硅錠/硅片生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池制造、光伏組件以及系統(tǒng)應(yīng)用等環(huán)節(jié)比較完好的家產(chǎn)鏈,在發(fā)展太陽(yáng)能光伏家產(chǎn)方面擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),適應(yīng)時(shí)代要求,加快發(fā)展太陽(yáng)能光伏家產(chǎn)起到應(yīng)有的作用。人類可利用的新能源主要有太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核能等。因?yàn)楹Ｑ竽芎偷責(zé)崮苤挥刑囟ǖ胤娇梢岳?我們只對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能的成本、效率、優(yōu)弊端等方面作一對(duì)比。經(jīng)過(guò)比較可以看出,幾種新能源中太陽(yáng)能的利用綜合性價(jià)比最高,是最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉粗?。一是資源最豐富。地球每秒鐘所接受的太陽(yáng)能高達(dá)81013千瓦,中國(guó)地表每年接受的太陽(yáng)能,相當(dāng)于2.4萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量,是

3、全國(guó)能源年耗費(fèi)總量的800多倍。并且太陽(yáng)能取之不盡、用之不停,不用運(yùn)輸,這是其余幾種新能源不行比較的;二是轉(zhuǎn)變最直接。太陽(yáng)能發(fā)電是將太陽(yáng)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(huán)節(jié)最少、利用最直接的方式,眼前晶硅太陽(yáng)能電池的變換率應(yīng)用水平在1520%之間。風(fēng)能、生物質(zhì)能都是太陽(yáng)光能的各種間接變換形式,其變換率只有太陽(yáng)光能的幾十到幾百分之一。眼前核能轉(zhuǎn)變率高于太陽(yáng)能,但原資料選擇面窄、標(biāo)準(zhǔn)高,對(duì)建設(shè)環(huán)境的要求也特別高;三是最潔凈環(huán)保。對(duì)一個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō),太陽(yáng)光的輻射總是相對(duì)穩(wěn)固的,太陽(yáng)能電站在長(zhǎng)達(dá)25年的發(fā)電時(shí)間里,沒(méi)有二氧化碳和任何污染物排放,其設(shè)施也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何破壞。

4、可以說(shuō),太陽(yáng)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(jiǎn)單、最靠譜、最經(jīng)濟(jì)的新能源。太陽(yáng)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(yáng)能電池和多晶硅太陽(yáng)能電池,薄膜太陽(yáng)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還是太陽(yáng)能光伏的主流。晶硅太陽(yáng)能電池是發(fā)展速度最快、技術(shù)最成熟、家產(chǎn)化規(guī)模最大的一種太陽(yáng)能電池。德國(guó)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能研究所制得的晶硅電池轉(zhuǎn)變效率超出23%;印度物理研究所提出一種內(nèi)部光陷作用的高效硅太陽(yáng)電池模型可將變換效率提高到28.6%;北京太陽(yáng)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(dá)到19.7

5、9%。單晶硅太陽(yáng)能電池變換效率最高,但對(duì)硅的純度要求高工藝復(fù)雜和資料價(jià)格等要素以致成本較高。多晶硅太陽(yáng)能電池資料在結(jié)晶的質(zhì)量、純度等方面要求較低,生產(chǎn)成本低于單晶硅,并且在家產(chǎn)化應(yīng)用中的變換效率已達(dá)到了1520%的水平,所以多晶硅成為眼前采納最廣泛的太陽(yáng)能電池制造原料。整體來(lái)看,晶硅電池是眼前光伏電池的主流,主要應(yīng)用于太陽(yáng)能屋頂電站、太陽(yáng)能商業(yè)電站和太陽(yáng)能城市電站,是眼前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品,據(jù)有世界光伏市場(chǎng)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(shù)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(guī)模

6、家產(chǎn)化也存在限制。眼前薄膜電池的變換效率均勻在10%之內(nèi),售價(jià)約在10元/瓦,單價(jià)雖低于晶硅電池,但因?yàn)檗D(zhuǎn)變率低,綜合成本還是要高于晶硅電池。薄膜電池對(duì)比晶硅電池生產(chǎn)線的一次性投入要高,因?yàn)橹饕揽窟M(jìn)口設(shè)施,動(dòng)輒數(shù)億元的投資是晶硅電池的78倍,再加上在生產(chǎn)過(guò)程中同步產(chǎn)生的技術(shù)成本、設(shè)施成本、運(yùn)輸成本,其整體成真對(duì)比晶硅電池其實(shí)不擁有明顯優(yōu)勢(shì)。并且因?yàn)槭褂脡勖^短,占地過(guò)多,普及速度所以遇到影響。我國(guó)薄膜電池的產(chǎn)量只占到太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量的2%,全世界范圍內(nèi)薄膜電池的市場(chǎng)份額也僅有19%,晶硅電池仍據(jù)有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。薄膜電池在將來(lái)的確有遠(yuǎn)景,但短期內(nèi)還很難與晶硅電池競(jìng)爭(zhēng),估計(jì)到2030年,薄膜電池市場(chǎng)

7、份額有望上升到30%,其他的70%仍需要晶硅電池來(lái)支撐。太陽(yáng)能應(yīng)用的模塊化電池系統(tǒng)在大多數(shù)五金店中,都可以找到用于對(duì)特別用電池進(jìn)行充電的小型太陽(yáng)能電池板。不管是角于收音機(jī)的小型可充電鎳鎘電池,還是用于船舶的深循環(huán)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(yáng)能電池經(jīng)過(guò)整流二極管與被充電電池相連。該二極管用于防范在沒(méi)有日光的狀況下,要被充電的電池將太陽(yáng)能電池反向偏置;由太陽(yáng)能電池構(gòu)成的陣列可以產(chǎn)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(duì)電池進(jìn)行充電。該系統(tǒng)無(wú)需連接電源線,即碰奇妙地解決在基于電池的系統(tǒng)中保持充電的問(wèn)題。固然該系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單,但它存在一些效率方面的問(wèn)題。

8、主要問(wèn)題是太陽(yáng)能電池的最正確負(fù)載取決于它所接收的日光量。不過(guò)簡(jiǎn)單地固定在被充電電池上其實(shí)不可以保證太陽(yáng)能電池的負(fù)載最正確。實(shí)質(zhì)上,電池兩端的電壓在電池充電時(shí)會(huì)不停變化,所以在完好光照條件下,可能會(huì)有一些能量未傳輸?shù)诫姵刂?。并?未用于電池充電的能量會(huì)以熱的形式儲(chǔ)存在太陽(yáng)能電池中,使太陽(yáng)能電池過(guò)早老化。其他,不過(guò)簡(jiǎn)單地將能量傳到電池中其實(shí)不可以保證電池?fù)碛羞m合的容量來(lái)儲(chǔ)存能量。經(jīng)完好充電后,連續(xù)對(duì)電池充電只會(huì)使熱量積聚到被充電電池而不是太陽(yáng)能電池中,以致被充電電池過(guò)早老化。為了實(shí)現(xiàn)更有效的解決方案,需要采納一些措施,使太陽(yáng)能電池的負(fù)載為最正確負(fù)載,同時(shí)高效地對(duì)電池進(jìn)行充電。關(guān)于該問(wèn)題,針對(duì)該問(wèn)題

9、提出了一個(gè)不完好解決方案,即最大功率點(diǎn)(MPP)變換器。MPP變換器近似于擁有驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置點(diǎn)這類基本智能的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,它可以將太陽(yáng)能電池電壓升壓/降壓到被充電電池的額定電壓,同時(shí)調(diào)整供應(yīng)給太陽(yáng)能電池的負(fù)載,從而可以傳輸最大的能量。它經(jīng)過(guò)一種稱為顫抖的過(guò)程實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),該過(guò)程會(huì)周期性地改變開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器從太陽(yáng)能電池汲取的電流。在顫抖過(guò)程中,穩(wěn)壓器會(huì)高升負(fù)載電流,而后降低負(fù)載電流。假如電流較高時(shí)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的功率更高,則保持較高的電流。假如電流較低時(shí)產(chǎn)生的功率更高,則保持較低的電流。假如較高和較低的負(fù)載電流都不可以產(chǎn)生較高的功率,則保持本來(lái)的負(fù)載?？偟慕Y(jié)果就是MPP變換器盡可能從太陽(yáng)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(huì)調(diào)整電流,直到它再次獲取最大功率。MPP其實(shí)不太關(guān)懷被充電電池中的熱量消耗,僅針對(duì)太陽(yáng)能電池陣列對(duì)MPP變換器的有限智能進(jìn)行了優(yōu)化。與太陽(yáng)能電池對(duì)比,被充電電池廉價(jià)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(shí)也充當(dāng)系統(tǒng)的分流穩(wěn)壓器。假如該電池發(fā)生故障,負(fù)載開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電壓會(huì)發(fā)生明顯變化。假如發(fā)生的是開(kāi)路故障,那么負(fù)載開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電壓將上升或降低一取決于系統(tǒng)負(fù)載和照耀到太陽(yáng)能電池的日光量。假如發(fā)生的是短路故障系統(tǒng)將完好不工作,MPP不過(guò)簡(jiǎn)單地將能量積聚到被短路的電池中。這些問(wèn)題的一種解決方案是重新設(shè)計(jì)MPP

11、,使之供應(yīng)稍高于電池完好充電電壓的恒定輸出母線電壓。而后經(jīng)過(guò)基于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的充電器利用該母線電壓對(duì)電池充電;假如母線電壓因?yàn)樨?fù)載很高或光照量很低而下跌,則被充電電池會(huì)經(jīng)過(guò)二極管驅(qū)動(dòng)母線。MPP在光照充分的條件下驅(qū)動(dòng)母線時(shí),該二極管還可以夠?qū)⒈怀潆婋姵嘏c母線阻隔。使用該系統(tǒng)可以解決先前MPP設(shè)計(jì)中輸出電壓不恒定的問(wèn)題;當(dāng)MPP沒(méi)法為負(fù)載供應(yīng)能量時(shí)二極管會(huì)自動(dòng)導(dǎo)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(fā)生短路時(shí),充電器需要主動(dòng)斷開(kāi)與電路的連接,以阻隔電池。假如白天和夜間時(shí)長(zhǎng)同樣,那么系統(tǒng)全天的總效率等于這兩個(gè)效率的均勻值,稍低于原效率,但系統(tǒng)此刻可以連續(xù)工作,即使電池發(fā)生

12、故障也不受影響。為了提高效率,以往使用第二個(gè)MOSFET來(lái)代替二極管,該MOSFET在第一個(gè)MOSFET關(guān)斷時(shí)導(dǎo)通。經(jīng)過(guò)使用電阻為10m20m的MOSFET來(lái)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(gè)太陽(yáng)能電池可以有自己的MPP,并且系統(tǒng)中每一節(jié)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,用于將單節(jié)電池的電壓高升到負(fù)載開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電壓。并且全部新的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流和開(kāi)關(guān)電流將開(kāi)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(jìn)行折衷,經(jīng)過(guò)將一些電池和太陽(yáng)能電池分組來(lái)限制消耗,同時(shí)限制單點(diǎn)故障的影響。假如希望構(gòu)造效率最正確

13、的系統(tǒng),需要考慮以下方面:構(gòu)造太陽(yáng)能電池(構(gòu)成串通電路)和最正確MPP變換器數(shù)目的優(yōu)化組合,以最大程度降低MPP變換器中的開(kāi)關(guān)、電壓相關(guān)和電流相關(guān)消耗。構(gòu)造被充電電池(構(gòu)成串通電路)、相應(yīng)充電器和輸出升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)化組合。最正確組合是可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)的配置:最大程度降低充電和輸出升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的開(kāi)關(guān)、電壓相關(guān)和電流相關(guān)消耗,同時(shí)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(kāi)關(guān),在太陽(yáng)能電池和被充電電池之間構(gòu)造高效的充電路徑。以負(fù)載均衡的方式組合電池升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和MPP變換器即可直接產(chǎn)生可使負(fù)載消耗最少的電源電壓。采納智能MPP變換器顫抖算法,僅當(dāng)需要時(shí)才改變負(fù)載,并使用快速檢

14、測(cè)和搜找算法取代周期性的隨機(jī)顫抖。采納認(rèn)識(shí)電源系統(tǒng)狀態(tài)的智能負(fù)載,從而可以利用效率較高的周期執(zhí)行電流較高的任務(wù)。采納隱含的中心控制智能,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)太陽(yáng)能電池、被充電電池和負(fù)載之間的能量變換。提高模塊變換效率是新式太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展的要點(diǎn)從太陽(yáng)能家產(chǎn)成長(zhǎng)早期到現(xiàn)在,多種不一樣的太陽(yáng)能制造技術(shù)種類互相競(jìng)爭(zhēng)共同發(fā)展。這就很難形成一個(gè)具體的技術(shù)宏圖,以展望家產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨向。依據(jù)報(bào)告顯示,薄膜和高效晶硅模塊的供應(yīng)量將從2014年的5.3GW成長(zhǎng)至2018年的14.5GW。市占率是顯現(xiàn)各種太陽(yáng)能制造技術(shù)成功與否的標(biāo)準(zhǔn)。太陽(yáng)能家產(chǎn)增速較快,年度需求幾乎每四年翻一倍。太陽(yáng)能制造技術(shù)不需要提高市場(chǎng)據(jù)有率即可擴(kuò)大出

15、貨量,或?yàn)樵O(shè)施和資料供貨商供應(yīng)明顯的時(shí)機(jī)?；谑褂酶呒兲崂?CZ)生長(zhǎng)和太陽(yáng)能專用定向凝聚爐鑄錠制造的多種晶硅技術(shù)之間的競(jìng)爭(zhēng),將最后決定哪些技術(shù)在將來(lái)五年內(nèi)將獲取成功。先進(jìn)的晶硅電池看法估計(jì)將占更大的市場(chǎng)比例。2015年后,已知的先進(jìn)晶硅模塊供貨商市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)將成長(zhǎng)200%,到2018年達(dá)到7.6GW。固然過(guò)去的兩年,太陽(yáng)能制造商向來(lái)將要點(diǎn)放在降低成本上,太陽(yáng)能家產(chǎn)眼前面對(duì)采納一致的技術(shù)宏圖的理想機(jī)遇。跟著當(dāng)先的太陽(yáng)能廠商對(duì)2015年及以后的新增產(chǎn)能進(jìn)行評(píng)估,可以因應(yīng)不一樣太陽(yáng)能技術(shù)選項(xiàng)將是工廠設(shè)施和目標(biāo)客戶選擇的要點(diǎn)部分。依據(jù)所采納的原資料,太陽(yáng)能電池可以分成有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類。有機(jī)太陽(yáng)能電

16、池使用天然資料制成,并五苯和聚合物。眼前市場(chǎng)上流行的是無(wú)機(jī)硅太陽(yáng)能電池,占總產(chǎn)量的90%。全世界燃料欠缺已促使各國(guó)政府踴躍找尋代替電源,在諸多候選者中,太陽(yáng)能發(fā)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(fā)電不一樣,太陽(yáng)能是可再生的,隨時(shí)可以獲取并且環(huán)保。從基礎(chǔ)設(shè)施方面來(lái)看,與傳統(tǒng)的電廠對(duì)比,太陽(yáng)能電廠需要的保護(hù)工作較少,用于興建與運(yùn)轉(zhuǎn)電廠的場(chǎng)所也較小。眼前韓國(guó)約有五家公司在踴躍從事太陽(yáng)能電池與模塊生產(chǎn)。因?yàn)樘?yáng)能電廠如故是該地區(qū)太陽(yáng)能電池的最大用戶,廠商的研發(fā)活動(dòng)專注于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)變效率。韓國(guó)的多數(shù)太陽(yáng)能電池廠商特地從事生產(chǎn)太陽(yáng)能電池模塊,盡管許多廠商有能力自己生產(chǎn)太陽(yáng)能電池

17、,他們把業(yè)務(wù)外包給外國(guó)供應(yīng)商。生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的廠商以往進(jìn)口晶圓。除了太陽(yáng)能電廠以外,太陽(yáng)能與建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)是韓國(guó)太陽(yáng)能電池的最大應(yīng)用領(lǐng)域。針對(duì)BIPV,韓國(guó)廠商正在改進(jìn)其定制能力,生產(chǎn)擁有增值特色的太陽(yáng)能電池。從事模塊裝置的廠商以往要解決太陽(yáng)能電池與玻璃、金屬板和其余要點(diǎn)部件的整合。據(jù)韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的數(shù)據(jù)顯示,多晶硅太陽(yáng)能電池約占整體市場(chǎng)的53%,單晶硅太陽(yáng)能電池占32%。固然多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本較低,但一般來(lái)說(shuō)能量變換效率也較低。單晶硅太陽(yáng)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(yáng)能電池的變換效率可超出17%,而高端多晶硅太陽(yáng)能電池的變換效率號(hào)稱高于16%。提高變換效率主要取決于公司的技術(shù)實(shí)力。好比ShinsungEng生產(chǎn)156156mm的太陽(yáng)能電池,該公司表示將爭(zhēng)取把它的太陽(yáng)能電池效率提高到20%。眼前常有的太陽(yáng)能電池最大理論效率大約是31%,太陽(yáng)光到達(dá)電池表面后,大多數(shù)作為熱能喪失去了,假如能使用太陽(yáng)能集中器捕捉這部分熱電子,那么我們將看到高達(dá)66%的變換效率。研究