光伏基础知识

LOGO光伏基础知识介绍Allrightreservedbyheshuai2010.11.01CompanyLogo主要内容1.光伏产品的应用2.光伏产业链介绍-硅片3.光伏产业链介绍-电池4.光伏产业链介绍-组件5.光伏产业链介绍-系统光生伏特效应示意图光伏发电的应用1839年，法国Becqueral（贝克勒尔）第一次发现，在光照条件下，某些系统的两端具有电压，用导线将两端连接起来后，有电流输出，这就是光生伏特效应（photovoltaics，简称PV）。1954年,贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6％的单晶硅太阳电池，现代硅太阳电池时代从此开始。光伏发电的应用天宫一号与神九对接大众汽车太阳能天窗光伏发电的应用太阳能飞行器太阳能汽车光伏发电的应用小型光伏系统大型光伏系统光伏发电的应用通过光伏供电的通讯基站太阳能电池充电器光伏产业链介绍光伏产业链介绍（一）硅片光伏产业链介绍太阳能级多晶硅（6N）单晶硅碇多晶硅碇类单晶硅碇单晶硅片多晶硅片类单晶硅片单晶125/156多晶电池片类单晶电池片光伏产业链介绍多晶硅碇单晶硅棒光伏产业链介绍单晶硅片多晶硅片光伏产业链介绍破锭光伏产业链介绍切片光伏产业链介绍1、型号（P型和N型，P型多晶硅是掺B，N型多晶硅是掺P）2、电阻率3、少数载流子寿命4、硅片边长5、对角线长度6、倒角7、厚度8、总厚度变化硅片性能参数光伏产业链介绍总体来说，单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长，单晶的转换效率高，但产能低、能耗大；多晶的转换效率相对较低，但能耗低、产能大，适合于规模化生产。单多晶硅片比较光伏产业链介绍（二）电池片光伏产业链介绍单晶硅太阳电池多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的最大差别在于硅片，多晶硅片是许多硅晶粒的集合体光伏产业链介绍背面电极正面电极减反射膜pn结n型硅p型硅背面电极正面电极减反射膜pn结n型硅p型硅正面电极减反射膜pn结n型硅p型硅正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴，对外输出电流；减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反射率；pn结的作用是将光激发的自由电子输送给n型硅，将自由空穴输送给p型硅。晶体硅太阳电池结构光伏产业链介绍掺磷原子（P）掺硼原子（B）P杂质原子最外层的电子数比硅原子多一个。P杂质原子多余的电子很容易挣脱原子核的束缚，成为自由移动的电子。掺P杂质的Si半导体主要依靠电子导电，称为n型Si，P杂质称为施主杂质。B杂质原子最外层的电子数比硅原子少一个，相当于B杂质原子最外层多了一个空穴。在常温条件下，B杂质原子多余的空穴很容易挣脱原子核的束缚。掺B杂质的Si半导体主要依靠空穴导电，称为p型Si，B杂质称为受主杂质。单晶硅的晶体结构。单晶硅体内的每个硅原子（Si）最近邻有四个Si原子。未掺杂的硅称为本征硅。PN结光伏产业链介绍PN结＋＋＋＋－－－－pn结Si原子P杂质B杂质电子空穴内建电场n型硅中有数量较多的电子，p型硅中有数量较多的空穴。当n型硅和p型硅结合在一起后，n型硅中有部分电子往p型硅中扩散，p型硅中有部分空穴往n型硅中扩散，使得n型硅在交界处附近留下带正电的离子实，p型硅在交界处附近留下带负电的离子实。这两种离子实在交界处附近的区域内产生电场，称为内建电场，电场方向由n型硅指向p型硅。n型硅和p型硅交界处附近的区域称为pn结。光伏产业链介绍光生伏特效应p型半导体n型半导体电子空穴pn结p型半导体p型半导体n型半导体n型半导体电子空穴pn结光伏产业链介绍阳光阳光阳光＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－阳光阳光＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－在太阳光的照射下，硅片中激发出自由电子和自由空穴。自由电子和空穴扩散到p-n结附近，受到内建电场的作用，电子往n型硅中漂移，空穴往p型硅中漂移。电子带负电，空穴带正电。漂移到n型硅中电子使n型硅带多余的负电荷，对外表现出负电性；漂移到p型硅中的空穴使p型硅带多余的正电荷，对外表现出正电性。n型硅和p型硅之间对外具有一定的电势差，称为光生电压或者光生电动势。光生伏特效应光伏产业链介绍光伏发电原理当太阳光照射到太阳电池表面时，由于光生伏特效应，太阳电池的正面电极和背面电极之间产生光生电压，用金属导线接上电灯、电器等负载，可为这些负载提供电流。光伏产业链介绍太阳能电池制造流程化学表面处理磷扩散周边及背结刻蚀PECVD丝网印刷烧结分档测试化学表面处理磷扩散周边及背结刻蚀PECVD丝网印刷烧结分档测试光伏产业链介绍I-V曲线将太阳电池接上负载。在光照条件下，改变负载的电阻，太阳电池的输出电压V、输出电流I和输出功率P将随之变化。记录下V、I、P的变化情况，并将数据绘成曲线，将得到上图的曲线，称为太阳电池的电流－电压特性。光伏产业链介绍电池电性能参数短路电流Isc：负载的电阻为零时，太阳电池的输出电流；开路电压Voc：负载的电阻无穷大时，太阳电池的输出电压；最大功率点Pm：太阳电池的最大输出功率；最大功率点电流Im：输出功率最大时，太阳电池的输出电流；最大功率点电压Vm：输出功率最大时，太阳电池的输出电压；转换效率η：太阳电池的最大输出功率Pm与入射光功率的比值，是衡量太阳电池性能的最重要参数；填充因子FF：太阳电池的最大输出功率Pm与短路电流Isc、开路电压Voc乘积的比值；串联电阻Rs：主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。并联电阻Rsh：为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺陷引起。光伏产业链介绍各种太阳能电池比较具体分类转换效率%优点缺点产业化阶段单晶硅17-20技术工艺最为成熟，市场主导产品，转换效率高，性能稳定原料成本高，目前受上游晶体硅供应瓶颈所困大规模商业化生产多晶硅15-18多晶硅成本比单晶硅低转化率相对较低；原料成本仍相对较高大规模商业化生产多晶硅薄膜10-12可在多种廉价衬底材料上制备，成本低于晶体硅电池转化率相对较低中小规模商业化生产非晶硅薄膜6-10对太阳光的吸收系数高，因此材料需求量少，可沉积在各种廉价衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，适宜于大规模生产禁带宽度较大，对太阳光辐射的长波区域不敏感，致使转换效率难以提高；有光致衰退现象中小规模商业化生产光伏产业链介绍各种太阳能电池比较铜铟硒类－直接带隙材料，带隙宽度小，具有大范围太阳光谱响应特性，性能稳定铟硒都是稀有金属，大规模生产的原料来源有问题实验室－中试阶段碲化镉10-14光谱响应特性好，弱光和高温条件下性能相对较好，耐辐射镉及其化合物有毒，污染环境规模商业化生产（Firstsolar）砷化镓－光吸收率极高，转换效率高，性能稳定生产成本高，现用于太空领域，未来有希望应用于聚热式太阳能发电系统太空和聚光太阳能发电燃料敏化TiO2纳米薄膜－理论转换效率高，透明性好，工艺简单，生产成本低使用液体电解质，使用不便，且对环境有潜在影响实验室阶段光伏产业链介绍（三）组件光伏产业链介绍组件设计分三步走：确定需求（单晶/多晶、常规/双玻、电压及功率、有框/无框等等）。根据需求设计组件图纸（根据组件电流电压要求确定是否切片、串并联数量，确定外形尺寸等）。选择合适的材料进行封装并评估其性能（电性能、可靠性等）。组件设计光伏产业链介绍组件设计常规单片电池的性能参数：一般组件采用串联设计，串联的数量决定了组件的输出电压；组件的功率=单片电池功率*电池片数量*CTM值电池片类型开压/V工作电压/V功率/W单晶125小圆角0.60.52.5-2.8单晶1560.60.54.3-4.6多晶1560.60.53.9-4.3光伏产业链介绍组件设计例1：某客户想用125单晶电池片制备一种组件，要求其工作电压为12V，功率60W，请问该组件如何设计？解答：因为其工作电压为12V，得知单串电池的数量为24片；设计组件CTM为98%，可知单片电池功率为60÷0.98÷24=2.55W。某些特殊情况下，组件内部也会同时有串并联的结构：电池串联，电流不增加，电压叠加；电池并联，电压不增加，电流叠加。光伏产业链介绍组件设计某型组件设计图纸光伏产业链介绍组件设计物料选择背板：很大程度上决定了组件的使用寿命；我司组件背板选材极为慎重，这也是我们公司产品的一大亮点。接线盒：接线盒是故障率较高的部件之一，主要是二极管发热导致接线盒热熔甚至烧毁。EVA：容易黄变，粘结性能下降后会出现脱层。边框：决定了组件机械载荷能力，也是组件各部件（电池片除外）中目前成本最高的零部件。涂锡带：涂锡带越厚，组件串阻越小，组件功率约高，但同时也会导致生产过程中较高的破片率。硅胶：硅胶主要起密封防水用，我司组件硅胶型号稳定，质量可靠。玻璃：南玻太阳能玻璃国内领先。光伏产业链介绍组件封装光伏产业链介绍组件封装-目的为何需要将电池封装成组件？防止太阳能电池破损；防止太阳能电池被腐蚀失效；满足负载要求，串联或并联成一个能够独立作为电源使用的最小单元。光伏产业链介绍组件封装-目的晶体硅呈脆性硅太阳电池面积大硅太阳电池厚度小太阳电池极易破碎！！！光伏产业链介绍组件封装-目的太阳电池长期暴露在空气中会出现效率的衰减太阳电池对紫外线的抵抗能力较差太阳电池不能抵御冰雹等外力引起的过度机械应力所造成的破坏太阳电池表面的金属化层容易受到腐蚀太阳电池表面堆积灰尘后难以清除光伏产业链介绍组件封装-目的电池单片功率一般为2-4W，电压仅为0.5V，难以满足常规用电需求，需要将其串联或者并联以达到负载的电压及功率要求。光伏产业链介绍组件封装-历史第一代室温硫化硅橡胶封装第二代聚乙烯醇缩丁醛（PVB）封装第三代乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）封装组件封装历史光伏产业链介绍组件封装-示意图TPTEVA玻璃互连条电极接线柱太阳电池光伏产业链介绍组件封装-示意图太阳电池的焊接太阳电池串的排列层叠层压装边框、接线盒检验包装入库玻璃清洗光伏产业链介绍组件封装-焊接将单个电池片组成电池串的过程焊接保证电池的电性能的稳定焊接过程是重要的一个工艺过程焊接光伏产业链介绍组件封装-焊接焊接温度在250℃~370℃之间，其中机焊温度较低，手工焊温度高。焊点要求平滑、无毛刺。焊接牢固、可靠、无漏焊、虚焊现象。焊带要求和电池表面栅极重合。光伏产业链介绍组件封装-焊接手工焊接：适用性好，适合各种类型组件，焊接质量不确定性大。机器焊接：适合常规组件，批量稳定化生产；焊接质量稳定。目前我司全部采用机器焊接。光伏产业链介绍组件封装-焊接将电池串用汇流条连接起来以便于将来进行层叠的过程互连条焊接的质量直接影响到组件电性能的输出，其外观要求也较高光伏产业链介绍组件封装-层叠层叠的过程是将电池组和钢化玻璃、EVA、TPT叠在一起的过程层叠过程将直接影响组件的外观质量，层叠后要做细致的检查光伏产业链介绍组件封装-层压层压的过程是将层叠件通过在145℃的温度下将EVA熔融后固化的过程层压过程是组件生产过程中的特殊工艺过程，它对组件产品的质量起关键性的影响层压光伏产业链介绍组件封装-装配边框装配接线盒装配装框及装接线盒是将固化层压件变成便于电性能输出和便于安装的组件的过程该过程用于提高组件的机械性能和用于保证组件的电性能输出光伏产业链介绍组件测试-EL隐裂明暗不均光伏产业链介绍组件测试-电性能测试太阳能电池组件把接收的光能转换成电能，其输出电流-电压的特性如下图。这个曲线也称I-V曲线。最大输出功率（Pm）=最大输出工作电压（Vpm）×最大输出工作电流（Ipm）开路电压（Voc）：正负极间为开路状态时的电压短路电流（Isc）：正负极间为短路状态时的电流最大输出工作电压（Vpm）：输出功率最大时的工作电压最大输出工作电流（Ipm）：输出最大功率时的工作电流填充因子（FF）=Pm/（Voc·Isc）FF越接近1，太阳能电池的质量就越好组件转换效率=Pm/（1000×S）×100%，S为组件面积光伏产业链介绍组件测试-PID一些电站实际应用表明，光伏发电系统的系统电压似乎存