浅谈新型太阳能电池

1、浅谈新式太阳能电池当下,人类使用的能源特别是化石能源的数目愈来愈多,能源对人类经济社会发展的限制和对资源环境的影响愈来愈明显。探究利用化石能源以外的新能源,加快发展新能源家产,已成为全人类需要共同面对的一项重要课题。最近几年来,因为技术的连续改进和打破,发展太阳能光伏家产已成为实现全世界碳减排与代替化石能源的主要门路和手段之一,展露出较大的发展潜力。太阳能作为一种新能源,是人类可以利用的最丰富的能源,发展太阳能光伏家产的要点是生产太阳能电池。晶硅电池仍将在较长时间内据有太阳能光伏的主流,应成为太阳能光伏家产发展的主要路径,广受社会的关照。开辟太阳能是将来新能源发展的主导方向我国是多晶硅家产化生

2、产的发源地,已形成包含高纯多晶硅制造、硅锭/硅片生产、太阳能电池制造、光伏组件以及系统应用等环节比较完好的家产链,在发展太阳能光伏家产方面拥有得天独厚的优势,适应时代要求,加快发展太阳能光伏家产起到应有的作用。人类可利用的新能源主要有太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核能等。因为海洋能和地热能只有特定地方可以利用,我们只对太阳能、风能、核能、生物质能的成本、效率、优弊端等方面作一对比。经过比较可以看出,几种新能源中太阳能的利用综合性价比最高,是最具发展潜力的新能源之一。一是资源最丰富。地球每秒钟所接受的太阳能高达81013千瓦,中国地表每年接受的太阳能,相当于2.4万亿吨标准煤的能量,是

3、全国能源年耗费总量的800多倍。并且太阳能取之不尽、用之不停,不用运输,这是其余几种新能源不行比较的;二是转变最直接。太阳能发电是将太阳辐射能直接变换为电能,是全部洁净能源中一次性变换效率最高、变换环节最少、利用最直接的方式,眼前晶硅太阳能电池的变换率应用水平在1520%之间。风能、生物质能都是太阳光能的各种间接变换形式,其变换率只有太阳光能的几十到几百分之一。眼前核能转变率高于太阳能,但原资料选择面窄、标准高,对建设环境的要求也特别高;三是最洁净环保。对一个地区来说,太阳光的辐射总是相对稳固的,太阳能电站在长达25年的发电时间里,没有二氧化碳和任何污染物排放,其设施也不会对环境造成任何破坏。

4、可以说,太阳能是我们眼前可使用的能源中一次性变换效率最高,使用最简单、最靠谱、最经济的新能源。太阳能光伏电池主要有晶硅电池和薄膜电池,晶硅电池又分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池,薄膜太阳能电池基本上分为非/微晶硅薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池和碲化镉薄膜电池三类,晶硅电池在较长时间内还是太阳能光伏的主流。晶硅太阳能电池是发展速度最快、技术最成熟、家产化规模最大的一种太阳能电池。德国费莱堡太阳能研究所制得的晶硅电池转变效率超出23%;印度物理研究所提出一种内部光陷作用的高效硅太阳电池模型可将变换效率提高到28.6%;北京太阳能研究所研制的刻槽埋栅电极2cm2cm晶体硅电池的变换效率达到19.7

5、9%。单晶硅太阳能电池变换效率最高,但对硅的纯度要求高工艺复杂和资料价格等要素以致成本较高。多晶硅太阳能电池资料在结晶的质量、纯度等方面要求较低,生产成本低于单晶硅,并且在家产化应用中的变换效率已达到了1520%的水平,所以多晶硅成为眼前采纳最广泛的太阳能电池制造原料。整体来看,晶硅电池是眼前光伏电池的主流,主要应用于太阳能屋顶电站、太阳能商业电站和太阳能城市电站,是眼前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品,据有世界光伏市场的份额超出80%。非/微晶硅薄膜电池的变换率偏低,提高变换率的技术难度也较大,铜铟镓硒薄膜电池原资料昂贵,碲化镉薄膜电池固然变换率较高,但遇到资料本源和安全性限制,大规模

6、家产化也存在限制。眼前薄膜电池的变换效率均匀在10%之内,售价约在10元/瓦,单价虽低于晶硅电池,但因为转变率低,综合成本还是要高于晶硅电池。薄膜电池对比晶硅电池生产线的一次性投入要高,因为主要依靠进口设施,动辄数亿元的投资是晶硅电池的78倍,再加上在生产过程中同步产生的技术成本、设施成本、运输成本,其整体成真对比晶硅电池其实不拥有明显优势。并且因为使用寿命较短,占地过多,普及速度所以遇到影响。我国薄膜电池的产量只占到太阳能电池总产量的2%,全世界范围内薄膜电池的市场份额也仅有19%,晶硅电池仍据有绝对优势。薄膜电池在将来的确有远景,但短期内还很难与晶硅电池竞争,估计到2030年,薄膜电池市场

7、份额有望上升到30%,其他的70%仍需要晶硅电池来支撑。太阳能应用的模块化电池系统在大多数五金店中,都可以找到用于对特别用电池进行充电的小型太阳能电池板。不管是角于收音机的小型可充电镍镉电池,还是用于船舶的深循环船用电池,其基本源理和电路都是同样的。以往的做法是将一组太阳能电池经过整流二极管与被充电电池相连。该二极管用于防范在没有日光的状况下,要被充电的电池将太阳能电池反向偏置;由太阳能电池构成的阵列可以产生稍高于电池充电电压的电压,所以可以将二极管正向偏置,并对电池进行充电。该系统无需连接电源线,即碰奇妙地解决在基于电池的系统中保持充电的问题。固然该系统相当简单,但它存在一些效率方面的问题。

8、主要问题是太阳能电池的最正确负载取决于它所接收的日光量。不过简单地固定在被充电电池上其实不可以保证太阳能电池的负载最正确。实质上,电池两端的电压在电池充电时会不停变化,所以在完好光照条件下,可能会有一些能量未传输到电池中。并且,未用于电池充电的能量会以热的形式储存在太阳能电池中,使太阳能电池过早老化。其他,不过简单地将能量传到电池中其实不可以保证电池拥有适合的容量来储存能量。经完好充电后,连续对电池充电只会使热量积聚到被充电电池而不是太阳能电池中,以致被充电电池过早老化。为了实现更有效的解决方案,需要采纳一些措施,使太阳能电池的负载为最正确负载,同时高效地对电池进行充电。关于该问题,针对该问题

9、提出了一个不完好解决方案,即最大功率点(MPP)变换器。MPP变换器近似于拥有驱动电流设置点这类基本智能的开关稳压器,它可以将太阳能电池电压升压/降压到被充电电池的额定电压,同时调整供应给太阳能电池的负载,从而可以传输最大的能量。它经过一种称为颤抖的过程实现这一点,该过程会周期性地改变开关稳压器从太阳能电池汲取的电流。在颤抖过程中,稳压器会高升负载电流,而后降低负载电流。假如电流较高时太阳能电池产生的功率更高,则保持较高的电流。假如电流较低时产生的功率更高,则保持较低的电流。假如较高和较低的负载电流都不可以产生较高的功率,则保持本来的负载。总的结果就是MPP变换器尽可能从太阳能电池获取最大的功

10、率,并且假如日光量改变,那么周期性颤抖会调整电流,直到它再次获取最大功率。MPP其实不太关怀被充电电池中的热量消耗,仅针对太阳能电池阵列对MPP变换器的有限智能进行了优化。与太阳能电池对比,被充电电池廉价得多,并且不管如何都一定按期更换,全部额外的能量如故积聚在被充电电池中。被充电电池同时也充当系统的分流稳压器。假如该电池发生故障,负载开关稳压器的输入电压会发生明显变化。假如发生的是开路故障,那么负载开关稳压器的输入电压将上升或降低一取决于系统负载和照耀到太阳能电池的日光量。假如发生的是短路故障系统将完好不工作,MPP不过简单地将能量积聚到被短路的电池中。这些问题的一种解决方案是重新设计MPP

11、,使之供应稍高于电池完好充电电压的恒定输出母线电压。而后经过基于开关稳压器的充电器利用该母线电压对电池充电;假如母线电压因为负载很高或光照量很低而下跌,则被充电电池会经过二极管驱动母线。MPP在光照充分的条件下驱动母线时,该二极管还可以够将被充电电池与母线阻隔。使用该系统可以解决先前MPP设计中输出电压不恒定的问题;当MPP没法为负载供应能量时二极管会自动导通,将电池与母线连接,以提高母线电压。要完好免除短路造成的影响,在发生短路时,充电器需要主动断开与电路的连接,以阻隔电池。假如白天和夜间时长同样,那么系统全天的总效率等于这两个效率的均匀值,稍低于原效率,但系统此刻可以连续工作,即使电池发生

12、故障也不受影响。为了提高效率,以往使用第二个MOSFET来代替二极管,该MOSFET在第一个MOSFET关断时导通。经过使用电阻为10m20m的MOSFET来短接正向压降为0.5V的二极管,可以降低效率消耗。最理想状况下,每个太阳能电池可以有自己的MPP,并且系统中每一节要被充电的电池都可以有自己的充电器。但是,这样将需要升压开关稳压器,用于将单节电池的电压高升到负载开关稳压器的输入电压。并且全部新的开关稳压器的静态电流和开关电流将开始占支配地位,以致效率再次降低。代替方案是在效率需乞降靠谱性之间进行折衷,经过将一些电池和太阳能电池分组来限制消耗,同时限制单点故障的影响。假如希望构造效率最正确

13、的系统,需要考虑以下方面:构造太阳能电池(构成串通电路)和最正确MPP变换器数目的优化组合,以最大程度降低MPP变换器中的开关、电压相关和电流相关消耗。构造被充电电池(构成串通电路)、相应充电器和输出升压开关稳压器的优化组合。最正确组合是可以实现以下目标的配置:最大程度降低充电和输出升压开关稳压器中的开关、电压相关和电流相关消耗,同时限制潜伏电池故障的影响。组合充电器逻辑和MPP电流输出开关,在太阳能电池和被充电电池之间构造高效的充电路径。以负载均衡的方式组合电池升压开关稳压器和MPP变换器即可直接产生可使负载消耗最少的电源电压。采纳智能MPP变换器颤抖算法,仅当需要时才改变负载,并使用快速检

14、测和搜找算法取代周期性的随机颤抖。采纳认识电源系统状态的智能负载,从而可以利用效率较高的周期执行电流较高的任务。采纳隐含的中心控制智能,负责协调太阳能电池、被充电电池和负载之间的能量变换。提高模块变换效率是新式太阳能电池技术发展的要点从太阳能家产成长早期到现在,多种不一样的太阳能制造技术种类互相竞争共同发展。这就很难形成一个具体的技术宏图,以展望家产技术发展趋向。依据报告显示,薄膜和高效晶硅模块的供应量将从2014年的5.3GW成长至2018年的14.5GW。市占率是显现各种太阳能制造技术成功与否的标准。太阳能家产增速较快,年度需求几乎每四年翻一倍。太阳能制造技术不需要提高市场据有率即可扩大出

15、货量,或为设施和资料供货商供应明显的时机。基于使用高纯提拉法(CZ)生长和太阳能专用定向凝聚炉铸锭制造的多种晶硅技术之间的竞争,将最后决定哪些技术在将来五年内将获取成功。先进的晶硅电池看法估计将占更大的市场比例。2015年后,已知的先进晶硅模块供货商市场规模估计将成长200%,到2018年达到7.6GW。固然过去的两年,太阳能制造商向来将要点放在降低成本上,太阳能家产眼前面对采纳一致的技术宏图的理想机遇。跟着当先的太阳能厂商对2015年及以后的新增产能进行评估,可以因应不一样太阳能技术选项将是工厂设施和目标客户选择的要点部分。依据所采纳的原资料,太阳能电池可以分成有机和无机两大类。有机太阳能电

16、池使用天然资料制成,并五苯和聚合物。眼前市场上流行的是无机硅太阳能电池,占总产量的90%。全世界燃料欠缺已促使各国政府踊跃找寻代替电源,在诸多候选者中,太阳能发电正在成为最可行的选择。与利用煤炭、天然气、石油和核能发电不一样,太阳能是可再生的,随时可以获取并且环保。从基础设施方面来看,与传统的电厂对比,太阳能电厂需要的保护工作较少,用于兴建与运转电厂的场所也较小。眼前韩国约有五家公司在踊跃从事太阳能电池与模块生产。因为太阳能电厂如故是该地区太阳能电池的最大用户,厂商的研发活动专注于提高太阳能电池的转变效率。韩国的多数太阳能电池厂商特地从事生产太阳能电池模块,尽管许多厂商有能力自己生产太阳能电池

17、,他们把业务外包给外国供应商。生产太阳能电池的厂商以往进口晶圆。除了太阳能电厂以外,太阳能与建筑一体化(BIPV)系统是韩国太阳能电池的最大应用领域。针对BIPV,韩国厂商正在改进其定制能力,生产拥有增值特色的太阳能电池。从事模块装置的厂商以往要解决太阳能电池与玻璃、金属板和其余要点部件的整合。据韩国知识产权局的数据显示,多晶硅太阳能电池约占整体市场的53%,单晶硅太阳能电池占32%。固然多晶硅太阳能电池生产成本较低,但一般来说能量变换效率也较低。单晶硅太阳能电池的均匀变换效率约为16.5%,多晶硅是15.5%。高端单晶硅太阳能电池的变换效率可超出17%,而高端多晶硅太阳能电池的变换效率号称高于16%。提高变换效率主要取决于公司的技术实力。好比ShinsungEng生产156156mm的太阳能电池,该公司表示将争取把它的太阳能电池效率提高到20%。眼前常有的太阳能电池最大理论效率大约是31%,太阳光到达电池表面后,大多数作为热能丧失去了,假如能使用太阳能集中器捕捉这部分热电子,那么我们将看到高达66%的变换效率。研究