太阳能光伏发电实用技术+

我国光伏技术概况和发展趋势1引言中国12亿人口的大约70%居住在农村。虽然中国经济在最近20多年有了较快的发展，但能源问题对经济和环境的影响比较严重，农村则更为突出。中国能源供应中煤占一次能源总消耗的73%〜75%，占主导地位。煤的直接燃烧给环境带来严重影响。从环境和能源双重考虑，中国政府计划并采取有效措施发展可再生能源技术。中国有丰富的太阳能资源，2/3以上国土面积的年总日照量超过5GJ/M2、年平均日照超过2,200小时（图1）有开发利用太阳能的有利条件。中国太阳能光伏技术开始于20世纪70年代，开始时主要用于空间。70年代周期后，光伏应用逐渐扩大到地面并形成了中国的光伏产业。光伏发电在改善人民生活条件方面已发挥着重要作用，并将在21世纪可持续发展中发挥更大作用。2研究开发活动目前大约有40多个研究机构和大学参与光伏研究开发活动。研究领域涉及太阳电池、光伏材料、光伏系统和部件等。2.1太阳电池在太阳电池方面，研究开发的最好结果列于表1。2.1.1高效单晶硅太阳电池高效单晶硅电池的研究包括钝化发射区太阳电池（PESC），倒金字塔织构化选择性发射区电池（IPSE），激光和机械刻槽埋栅电池（LGBC和MGBC）.*IPSE太阳电池IPSE太阳电池的结构如图2所示。该电池采用了倒金字塔织构化、热氧化钝化、选择性发射区扩散、减反射涂层、背表面场和脉冲电镀等技术。电池效率达到19.79%（Voc=656.1mV,Jsc=37.4mA/cm2,FF=0.806,Area=4.a4cm2,Am1.5,25°C）.*LGBC和MGBC太阳电池与IPSE电池相比，LGBC和MGBC电池的工艺要简单得多，仅有一个氧化步骤，省上了栅线蒸发和多个光刻腐蚀步骤。在LGBC和MGBC电池的实验中分别使用了FZ、CZ和太阳级硅片，电池的结构如图3所示。该电池的制备采用了化学表面织构化、激光和机械刻槽、热氧化钝化、选择性发射区扩散、减反射涂层、背表面场、化学镀埋栅接触等技术，电池最好效率如表2所示。选择性发射区由沿表面的均匀发射区n+和槽内重掺杂n++区两部分组成。扩散采用固态磷源。如图2和图3所示，IPSE，LGBC和MGBC电池均为全铝背表面场结构。*美国国家可再生能源实验室测试2.1.2多晶硅太阳电池多晶硅电池在常规工艺基础上采用了磷吸杂、热氧化钝化、铝背表面场等技术。实验中使用的硅片由Bayersolar提供。实验中1cm2和10x10cm2的电池效率分别达到14.53%（Voc=595.0mv,Jsc=34.23mA/cm2,FF=0.7129,AM1.5,25°C）和12.5%（Voc=593.4mV,Jsc27.45mA/cm2,FF=0.7671,AM1.5,25C）。2.1.3薄膜太阳电池我国为地面应用研制的薄膜太阳电池包括非晶硅电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉（CdTe）电池和硒钢钢（CIS）电池等。研究工作主要分布在研究所和大学中。电池特性如表1所示。其中在非活性硅（0.005Qcm）衬底上多晶硅薄膜电池、CdTe电池和CIs电池效率分别达到13.61%［9］,11.6%［10］，和9.13%［11］，非晶硅电池效率分另达到11.4%（单结，lcm2）［12］，6.3o单结，30X30Cm2）［13］和7.35%（双结，20x20Cm2）［14］。2.2光伏材料在多晶硅铸造技术方面，实验室内已经成功地制造出15公斤方形铸锭，铸造过程坩埚可以重复使用，有利于降低铸造成本。电池制造和封装过程中使用的银浆、铝浆、EVA薄膜、PVF等材料也研制成功并突人使用，降低了太阳电池及组件的成本。2.3光伏系统和部件光伏系统和部件的研究开发包括1-5KW光伏水泵系统，1-500W控制器和逆变器，高效1OKW、15KW逆变器，正弦波逆变器，1-5KW光伏并网示范系统，光伏照明系统，光伏电视系统，光伏通讯系统，光伏气象站系统，光伏集中电站系统等。同时成功地研制出光伏电池、组件特性测试系统。3光伏工业我国目前有4个单晶硅太阳电池和组件制造厂：秦皇岛华美光电公司、昆明云南半导体器件厂、开封太阳能电池厂、宁波太阳电池厂和两个非晶硅电池厂：哈尔滨.克罗拉太阳能电力公司和深圳非晶硅电池厂。总的生产能力约4.5MW,2000年实际生产3MW。商业化单晶硅电池的效率在11%—13%之间（①10cm或10xlocm2）,非晶硅电池效率在5%〜6%之间。其中昆明和宁波电池厂正在向2MW能力扩大。有些公司正在建立新的太阳电池和组件生产线，如上海国飞公司正在建立2MW电池生产线，保定英利新能源有限公司正在组建16MW电池和组件生产线，无锡尚德太阳能电力公司投资1800万美元建立10MW多晶硅电池生产线，并与今年投产，计划5年内是生产能力达到30MW。可以说，我国光伏产业正面临着一个大的发展。4光伏应用和市场我国光伏地面应用开始于20世纪70年代。截至2000年底，光伏系统总安装容量约18wWp.主要应用包括通讯、边远地区应用、产业应用及消费娱乐产品等。最近两年开始并网发电系统的研制和示范。市场份额如表2所示。光伏通讯系统包括微波中继站、光纤通讯、无线传呼、卫星通讯地面接收站，电视接收和发送、农村程控电话等：边远地区应用主要分布在我国西部地区，包括独立光伏电站、户用户用光伏系统（照明、电视、收音机、水泵等）.如西藏7个无电县城，自1992年以来，在国家计委和电力部（国电公司）支持下陆续建成光伏电站为县城居民提供照明和家电用电，安装容量从25KW到100KW，总计420KW，整个工程于1999年完成，如表3所示.图4为1988年安装在安多县城的100KW。这些光伏电站对提高当地人民物质文化水平和带动当地经济发展都起到了非常积极的作用。产业应用包括工业、农业、交通和其他等（如铁路、公路信号系统、航标灯、气象和地震台站、水文观测站、油管和水闸的阴极保护等）。消费、娱乐品及其他包括街灯、街钟，太阳能计算器、太阳能手表太阳能游艇、玩具等。5光伏工业和市场的发趋势我国目前仍有大约6000万人生活在无电地区，急需生活用电。在边远农村地区的市场上可以供应小型成套光伏系统，如10Wp携便式照明灯、20Wp家庭照明系统，50Wp黑白电视系统，100Wp彩电系统，并且很受欢迎。为尽快解决边远无电地区人民的用电问题，国家计委推出了''中国光明工程〃，此项计划正在执行；同时，世界银行为开拓中国可再生能源市场的GEF项目也在执行中。我国社会、经济的快速发展为为光伏市场提供了更好的发展机遇和空间，可以期望，并网屋顶系统及电站也会很快进入市场。在市场和生态环境的驱动下，我国光伏工业预料会一个大的发展。表4给出了我国光伏产业和市