碳中和技术概论 课件 第二章 太阳能

第2章

太阳能CONTENTS目录太阳能应用简介PART

01光伏发电技术PART

02光热利用技术PART

03太阳能产业发展趋势PART

04太阳能应用简介Part.01太阳能发展情况01据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。然而将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其他太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。太阳能发展情况0120世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第一阶段（1900—1920年）：世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大。第二阶段（1920—1945年）：在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮。第三阶段（1945—1965年）：1954年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。太阳能发展情况0120世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第四阶段（1965—1973年）：太阳能的研究工作停滞不前，主要是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。第五阶段（1973—1980年）：1973年10月爆发中东战争，石油危机使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其他可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。太阳能发展情况0120世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。第六阶段（1980—1992年）：70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。第七阶段（1992年—至今）：由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。太阳能应用情况02太阳能的利用主要有以下几个方面：（1）发电利用太阳能发电利用主要有两种类型：一是光伏发电，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是光伏电池；二是光热发电，基本原理是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。（2）光热利用光热利用基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器。太阳能应用情况02太阳能的利用主要有以下几个方面：（3）光化学利用光化学利用是将太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。光伏发电技术Part.02光伏发电技术02光生伏特（Photovoltaics简称PV）来源于希腊语，意思是光、伏特和电气，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后，“伏特”便作为电压单位使用；1849年“光伏”才出现在英语中。19世纪：就已经发现光照射到材料上引起“光起电力”行为。1839年：光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1883年：第一块太阳电池由CharlesFritts制备成功，Charles在锗半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件效率可达1%。光伏发电技术021954年：美国贝尔实验室采用半导体做实验，发现硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感，随后第一个太阳能电池于1954年诞生在贝尔实验室，太阳电池技术的时代终于到来。1960年代开始：美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池作为能量的来源。1970年代能源危机时：让世界各国察觉到能源开发的重要性。1973年发生石油危机：人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状太阳电池根据结构、材料可分为不同类别，分别如下：（1）按电池结构划分:太阳电池可分为晶硅太阳电池和薄膜太阳电池。（2）按照使用的基本材料划分:太阳电池可分为硅太阳电池、化合物太阳电池、染料敏化电池和有机薄膜等电池几种。（3）按照太阳电池的发展历程划分:第一代、第二代及第三代太阳电池。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（3）按照太阳电池的发展历程划分:第一代、第二代及第三代太阳电池。①第一代太阳电池：晶体硅电池。②第二代太阳电池：各种薄膜电池，包括非晶硅薄膜电池（a-Si）、碲化镉太阳电池（CdTe）、铜铟镓硒太阳电池（CIGS）、GaAs太阳电池、染料敏化太阳电池等。③第三代太阳电池：各种超叠层太阳电池、热光伏电池（TPV）、量子阱及量子点超晶格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转换太阳电池、热载流子太阳电池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状太阳电池材料市场中，目前仍然以晶硅电池占主导，约占太阳电池市场的90%。硅基太阳电池包括多晶硅、单晶硅和非晶硅三种，产业化晶体硅电池的效率可达到23%～25%（单晶），各类太阳电池材料的现状如下：硅料硅锭硅块硅片电池片电池组件硅矿石发电系统（1）硅基太阳电池①单晶硅太阳电池技术最为成熟。在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术；现为硅基电池的主流。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（1）硅基太阳电池②多晶硅太阳电池：多晶硅太阳电池成本低，生产工艺成熟。多晶硅太阳电池效率低于单晶硅电池。硅料硅锭硅块硅片电池片电池组件硅矿石发电系统③非晶硅太阳电池：非晶硅的优点在于其对于可见光谱的吸光能力很强，所以只要薄薄的一层就可以把光子的能量有效吸收。薄膜生产技术非常成熟，可以节省大量的材料成本，但转化率较低，而且存在光致衰退(所谓的S-W效应，即光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，使电池性能不稳定)。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（2）薄膜太阳电池根据材料种类不同，薄膜太阳电池可细分为：微晶硅薄膜太阳电池（ThinFilmCrystallineSiliconSolarCell，简称c-Si）；非晶硅薄膜太阳电池（ThinFilmAmorphousSiliconSolarCell，简称a-Si）；Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池（碲化镉（CdTe）、硒化铟铜）；Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、磷化镓铟（InGaP）。目前已产业化的薄膜光伏电池材料有：非晶硅(a-Si)、铜铟硒(CIS、CIGS)和碲化镉(CdTe)（占据市场的9%）等。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（2）薄膜太阳电池①Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池：砷化镓（GaAs）转换率达到30%以上，Ⅲ-Ⅴ族是直接带隙半导体，仅2um厚度，就可在AM1的条件下吸光97%左右。在单晶硅基板上，以CVD成长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，效率较高，应用在太空。新一代的GaAs多结太阳电池，吸收光谱范围高，转换效率可达到39%以上，是目前转换效率最高的太阳电池，而且该电池性能稳定，寿命长。但该电池价格昂贵，约是晶硅太阳电池数十倍以上。光伏发电技术021.太阳电池材料分类与现状（2）薄膜太阳电池②Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳电池：较为典型的是碲化镉及铜铟镓硒薄膜电池。碲化镉为直接带隙、值为1.45eV，具有很高的吸光系数，且稳定性相当好，具有高转换效率和低材料制造成本等特点。利用聚光装置的辅助，目前转换效率可以达到30%左右，在标准环境测试下最高也达到了19.5%水平，成为可以获得高效率的理想太阳电池材料之一，CdTe/glass已经用于大面积屋顶材料。应用的潜力。光伏发电技术022.硅材料的基本性质硅，元素符号Si，原子序数14，原子量28.086，位于第三周期第IVA族，密度2.33g/cm3，熔点1414℃，沸点2355℃，硬度7。硅有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。无定形硅为黑色；晶体硅呈钢灰色，有明显的金属光泽、晶格和金刚石相同，硬而脆，能导电，但导电率不如金属且随温度的升高而增加，属半导体。自然界中无游离态的硅，硅均以化合态的形式存在，在地球中的含量为26.7%，仅次于氧，排在第二位。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）物理性质硅有晶态和无定形态两种同素异形体。晶态硅根据原子排列不同分为单晶硅和多晶硅熔：融的硅凝固时，硅原子与金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅；如果长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。硅材料还具有一些特殊的物理化学性能，如硅材料熔化时体积缩小，固化时体积增大。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）物理性质按纯度分：工业硅（粗级硅、冶金级硅）MG，纯度为98%-99%；太阳能级硅SG，纯度为99.9999%（6N）；电子级硅EG，纯度为9N-13N。按掺杂类型分：本征硅（未掺杂）、P型硅（多子为空穴）、N型硅（多子为电子）。硅具有良好的半导体性质，其本征载流子浓度为1.5×1010个/cm3，本征电阻率为1.5×1010Ω·cm，电子迁移率为1350cm2/(Vs)空穴迁移率为480cm2/(Vs)。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）物理性质电阻率特性：硅材料的电阻率在10-5～1010Ω·cm之间，介于导体和绝缘体之间，未掺杂无缺陷的本征半导体硅材料电阻率在106Ω·cm以上。PN结特性：n型硅材料和p型硅材料相连，组成PN结，这是硅半导体器件的基本结构，也是太阳电池的基本结构，具有单向导通性等性质。光电特性：与其他半导体材料一样，硅材料组成的PN结在光作用下能产生电流，如太阳电池。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）化学性质硅在常温下不活泼，不与单一酸发生反应，能与强碱发生反应，可溶于某些混合酸。与非金属作用：常温下硅只能与F2反应，在F2中瞬间燃烧，生产SiF4；加热时，能与其他卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成SiO2。在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅、氮化硅、硫化硅等。光伏发电技术022.硅材料的基本性质（1）化学性质与酸作用：Si在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸及其混合酸反应，生成SiF4或H2SiF6。Si+4HF===SiF43Si+4HNO3+18HF=====3H2SiF6+4NO+8H2O与碱作用：无定形硅能与氢氧化钠等强碱反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气。Si+2NaOH+H2O====NaSiO3+2H2↑与金属作用：硅能与钙、镁、铜等化合，生成相应的金属硅化物；硅还能与Cu2+、Pb2+、Ag+等金属离子发生置换反应，从这些金属离子的盐溶液中置换出金属。光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯冶金硅的提炼：工业硅生产的基本任务就是把合金元素从矿石或氧化物中提取出来，理论上可以通过热分解、还原剂还原和电解等方法生产。硅矿石在高温的情况下，与焦炭进行反应。还原剂法制取冶金硅的基本原理：

调控因素：电压、电流、功率、熔池电阻光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯硅材料的提纯：硅材料提出主要采用的是改良西门子法，又称三氯氢硅还原法。是以HCl（或H2、Cl2）和冶金级硅为原料，在高温下合成为SiHCl3，然后通过精馏工艺，提纯得到高纯SiHCl3，最后用超高纯的氢气对SiHCl3进行还原得到高纯多晶硅棒。

HClg的合成

氯化氢和冶金级硅转变为挥发性的化合物SiHCl3

：280~350℃光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯硅材料的提纯：硅材料提出主要采用的是改良西门子法，又称三氯氢硅还原法。SiHCl3的提纯：三氯氢硅中含有SiCl4、SiH2Cl2等附加化合物，以及FeCl3、BCl3、PCl3等杂质；气体通过多级分馏（粗馏和精馏）得到半导体级SiHCl3；然后从这种精炼产品中提取超纯半导体级硅。SiHCl3的还原：三氯氢硅与氢气在氢还原炉中发生反应，生成太阳能级多晶硅。化学方程式

SiHCl3+H2Si+3HCl1080~1100℃光伏发电技术022.硅材料的冶炼与提纯光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭（1）单晶硅棒制备主要是指由高纯多晶硅拉制单晶硅棒的过程。单晶硅材料是非常重要的晶体硅材料，根据生长方式的不同，可以分为直拉单晶硅和区熔单晶硅。直拉单晶硅：(Czochralski，CZ法)是把多晶硅块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种(称籽晶)浸入融液中......。区熔单晶硅是利用悬浮区域熔炼（floatzone）的方法制备的，所以又称FZ硅单晶。光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭直拉单晶硅的制备工艺一般包括：原料的准备、掺杂剂的选择、石英坩埚的选取、籽晶和籽晶定向、装炉、熔硅、种晶、缩颈、放肩、等径、收尾和停炉等。光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭铸造多晶硅是一种柱状晶，晶体生长方向垂直向上，是通过定向凝固来实现。光伏发电技术023.直拉单晶硅棒与铸造多晶硅锭铸造多晶硅工艺流程原料的准备掺杂剂选择坩埚喷涂装料装炉加热化料长晶退火冷却出锭硅锭冷却石墨护板拆卸光伏发电技术024.硅片加工单晶硅片加工工艺流程单晶硅棒截断开方磨面外径滚圆切片清洗检测包装光伏发电技术024.硅片加工多晶硅片加工工艺流程开方磨面倒角切片清洗检测包装光伏发电技术024.硅片加工多晶硅片加工工艺流程开方磨面倒角切片清洗检测包装光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）制绒扩散制结去周边层去PSGPECVD丝网印刷烧结测试包装晶体硅电池制备工艺流程光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(1)制绒①去除硅片表面机械损伤层；②清除表面硅酸钠、氧化物、油污以及金属离子杂质③减少光的反射率，提高短路电流，最终提高电池的光电转换效率。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(1)制绒单晶硅制绒原理：各向异性碱腐蚀；制绒后的表面，呈现为倒金字塔结构。Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2多晶硅制绒原理：各向同性酸腐蚀；制绒后的表面，呈现为半球型空洞结构。3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2OSiO2+4HF=SiF4↑+2H2O光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(2)扩散在p型硅上进行n型扩散，形成p-n结，它是半导体器件工作的“心脏”TOPcon为n型硅为在n型基础上扩散p型，形成pn结。通过扩散磷工艺，形成外吸杂。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(2)扩散在有氧气的存在时，POCl3热分解：POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子，并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(3)刻蚀刻蚀目的:去除边缘PN结，防止上下短路。刻蚀方法:干法刻蚀、湿法刻蚀。3Si+4HNO3=3SiO2+4NO+2H2OSiO2+6HF=H2SiF6+2H2ON型硅P型半导体硅P型硅磷硅玻璃(PSG)P型与N型硅在制备PN结过程中，均需要刻蚀，去除周边层，增加并联电阻，减少漏电流。湿法刻蚀原理：光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(4)二次清洗目的：去除扩散后硅片表面的磷硅玻璃及发射区的部分死层，P型硅制备的PN结，为去除磷硅玻璃；N型硅制备的PN结，为去除硼硅玻璃。原理：扩散工艺时，产生的P2O5或B2O3淀积在硅片表面，P2O5或B2O3与Si反应生成SiO2和磷或硼原子。这样就在硅片表面形成一层含有磷或硼元素的SiO2，称之为磷硅玻璃或硼硅玻璃。

它会阻止光吸收，同时又是绝缘的。P型半导体硅P型硅N型硅磷硅玻璃去除磷硅玻璃前

去除磷硅玻璃后光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(5)PECVD目的：在硅片表面沉积一层氮化硅薄膜，减少光的反射；钝化硅片表面。原理：利用各级反射光的干涉相消而完全抵消。单层减反射膜满足条件：n1d=l/4n12=n0*n2一次反射R1SiNN-Sin0二次反射R2光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(6)丝网印刷目的：将金属导体浆料按照所设计的图形通过刮条挤压漏印在PECVD后电池片的正面、背面。上电极通常制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻，并由一条较宽的主栅来收集电流，下电极则布满全部或绝大部分的背面，以减小电池的串联电阻。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(7)烧结目的：干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，形成电极；银浆穿透氮化硅薄膜形成良好的欧姆接触；形成铝硅、银铝合金，使铝硅形成良好的欧姆接触。使扩散在背面的N型层返回至P型层。N+P减反层正面电极光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（BSF）(8)检测分级目的：通过分级检测，将性能相近的电池片进行分类包装，合格的电池片片出厂，不合格的电池片进行回收再处理。原理：检测分级过程是在标准测试条件下，根据太阳电池等效电路测量太阳电池片开路电压、短路电流、效率、填充因子等参数，将电池片分成不同的类别。光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺大尺寸硅片：166mm*166mm、182mm*182mm和210mm*210mm黑硅技术：增加了一道表面制绒工艺，降低了硅表面反射率新增激光掺杂（SE）技术：在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂双面印刷（双面PERC）：提升组件整体的发电量N型PERT技术：几乎无光衰减交指式背接触（IBC）技术：把正负电极都置于电池背面，减少置于正面的电极反射一部分入射光带来的阴影损失隧穿氧化钝化（TOPCon）技术：在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，两者形成钝化接触结构异质结（HIT）技术：在晶体硅上沉积非晶硅薄膜栅线改变：减小细栅宽度和提高主栅数光伏电池技术层出不穷光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺分类2020年2021年2023年2025年2027年2030年P型多晶BSFP型多晶黑硅电池19.4%19.5%19.5%------PERCP型多晶黑硅电池20.8%21.1%21.4%21.7%22.0%22.5%PERCP型铸锭单晶电池22.3%22.6%23.0%23.3%23.5%23.7%P型单晶PERCP型单晶电池22.8%23.1%23.4%23.7%23.9%24.1%N型单晶TOPCon单晶电池23.5%24.0%24.5%25.0%25.3%25.7%异质结电池23.8%24.2%24.8%25.2%25.5%25.9%背接触电池23.6%24.0%24.5%25.0%25.4%25.8%2020~2030年各种电池技术平均转换效率变化趋势光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺（1）根据德国ISFH2018年的理论结果，

PERC的理论极限效率24.5%，这意味着当前量产PERC技术提效已经接近极限。（2）基于不同电子、空穴选择性接触材料结合组成的电池最高理论极限是28.7%（ISFH

2018），以非晶氧化层作为接

触材料电池（经典HJT）的极限效率为27.5%（ISFH2018），隆基在SolarEnergyMaterialsandSolarCells231（2021）

111291认为HJT极限效率为28.5%；而双面多晶硅钝化的经典TOPCon电池的极限效率为28.7%（ISFH2018

）光伏发电技术025.晶体硅电池制备工艺电池生产工艺对比：（1）与p型PERC路线不同，基于n型的TOPCon路线需将磷扩散改成硼扩散、增加隧穿氧化层和非晶硅层工艺；（2）HJT路线则采用全新的工艺路线，核心在于非晶硅膜和透明导电膜工艺；（3）

IBC路线的核心是在电池背面制备出质量较好、呈叉指状间隔排列的p区和n区，需在电池背面印刷一层叉指状扩散掩蔽层。光伏发电技术02工艺BSFPERCTOPConHJTIBC经典IBCTBC经典HBC1清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒清洗制绒2磷扩散磷扩散硼扩散本征氢化非晶硅（正面）背面磷扩散隧穿+磷掺杂非晶硅本征氢化非晶硅（正面）3激光SE激光SE硼掺杂非晶硅（正面）去PSG掩膜减反膜（正面）4热氧去BSG本征氢化非晶硅（背面）掩膜激光开槽本征氢化非晶硅（背面）5去PSG去PSG隧穿+本征非晶硅磷掺杂非晶硅（背面）激光开槽硼掺杂非晶硅硼掺杂非晶硅（背面）6碱抛碱抛磷扩散透明导电膜（背面）刻蚀刻蚀掩膜7退火退火去PSG&去绕镀透明导电膜（正面）背面硼扩SiOx钝化激光开槽8AlOx钝化AlOx钝化丝网印刷去BSG减反膜（正面）刻蚀9减反膜（背面）减反膜（正面）银浆固化双面热氧减反膜（背面）本征氢化非晶硅（背面）10减反膜（正面）减反膜（正面）减反膜（背面）光注入减反膜（正面）激光开槽（PN隔离）磷掺杂非晶硅（背面）11丝网印刷丝网印刷丝网印刷测试分选减反膜（背面）丝网印刷刻蚀12烧结烧结烧结丝网印刷烧结透明导电膜（背面）13光注入光注入光注入烧结光注入激光开槽（PN隔离）14测试分选测试分选测试分选光注入测试分选丝网印刷15测试分选银浆固化16光注入17测试分选光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺生产准备单片焊接单片串接组件敷设与检验层压封装、EL测试装框与装接线盒、清洗IV测试成品检验成品清洗成品包装入库晶硅组件制备工艺流程光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺01组成材料和部件对光伏组件的质量、性能和使用寿命影响都很大。02光伏组件成本占到光伏发电系统建设总成本的50％以上。03光伏组件质量的好坏，直接关系到整个光伏发电系统的质量、发电效率、发电量、使用寿命、收益率等。光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺将电池主栅置于电池的叠层之间，电池间无横向间距。叠瓦技术可增加有效发电面积：组件组件面积，可多放置6%以上的电池片。每根主栅的电流降低为原来的1/2，半片组件内部功率耗损降低为整片组件的1/4。在相同的遮挡情况下，半片组件的阴影遮挡损失少于整片组件的阴影遮挡损失，效率提升3%以上。55晶硅组件新技术光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数56（1）短路电流在一定的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。Isc与电池面积大小有关，面积越大，Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc值约为16~30mA。Isc与入射光的辐照度成正比。Isc随温度上升略有增加。光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数57（2）开路电压在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在空载(开路)情况下的端电压，通常用Voc来表示。通常单晶硅太阳电池的开路电压约为450-600mV，最高可达690mV。Voc与电池面积大小无关；Voc随辐照度增加先增大后趋于平缓；Voc随温度的增加则略有降低。辐照度开路电压光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数58（3）最大功率Pm：Pm=ImUm，伏安特性曲线上对应最大功率的点，又称最佳工作点。（4）最大工作电压Vm：电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压，与电池片串联的数量成正比。（5）最大功率电流Im：电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流，与电池面积成正比。辐照度光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数59（6）填充因子：电池或组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，一般为

0.5~0.8，通常用FF表示：辐照度光伏发电技术026.晶体硅组件制备工艺——电学性能参数60（7）光电转换效率电池或组件受光照时的最大输出功率与照射到电池或组件上的太阳能量功率的比值A表示光伏组件有效面积（组件的长宽乘积）；Pm表示最大输出功率，Pin=1000W/m2=100mW/cm2

辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成61（1）光伏发电系统分类根据是否与国家电网相连，分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统。根据并网点位置，分为用户侧并网光伏发电系统和电网侧并网光伏发电系统。按装机容量划分，光伏发电系统可分为小、中、大三种系统:小型光伏发电系统：安装容量小于或等于1MWp;中型光伏发电系统：安装容量大于1MWp和小于或等于30MWp;大型光伏发电系统：安装容量大于30MWp。辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成62（2）离网光伏发电系统离网光伏发电系统是指没有与国家电网相连的系统,可分为直流光伏发电系统和交流光伏发电系统以及交、直流混合光伏发电系统，也可分为无蓄电池和有蓄电池的光伏发电系统。辐照度无蓄电池的直流光伏发电系统

有蓄电池的直流光伏发电系统光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成63（2）离网光伏发电系统辐照度上图显示的为交流与直流混合光伏发电系统，若图中无直流负载则为交流光伏发电系统。交流与直流混合光伏发电系统、交流光伏发电系统较之直流光伏发电系统多了离网逆变器,逆变器是把直流电转换成交流电的装置。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成64（2）离网光伏发电系统辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成65（2）离网光伏发电系统辐照度光伏组件(光伏阵列)：是光伏发电系统的核心部分。其作用是将太阳光的辐射能量转换为电能,并送往蓄电池中存储起来,也可以直接用于推动负载工作。当发电容量较大时,就需要用多块光伏组件串、并联后构成光伏方阵或光伏阵列。目前应用的光伏组件主要是晶硅组件,晶硅组件分为单晶、多晶、非晶硅光伏组件等几种。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成66（2）离网光伏发电系统辐照度蓄电池：存储光伏组件发出的电能,并随时向负载供电。光伏发电系统对蓄电池的基本要求是:自放电率低、使用寿命长、充电效率高、深放电能力强、工作温度范围宽、少维护或免维护以及价格低廉。当需要大容量电能存储时,就需要将蓄电池串、并联起来构成蓄电池组。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成67（2）离网光伏发电系统辐照度充放电控制器：控制整个系统工作状态。其功能主要有:防止蓄电池过充电与过放电、系统短路保护、系统极性反接保护、夜间防反充保护、温度补偿的功能。控制器具有光控、时控等工作模式,以及充电状态、蓄电池电量等各种工作状态的显示功能。光伏控制器一般分为小功率、中功率、大功率和风光互补控制器等。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成68（2）离网光伏发电系统辐照度逆变器：逆变器是把光伏组件或者蓄电池输出的直流电转换成交流电供应给电网或者交流负载。逆变器按运行方式可分为离网和并网逆变器。

离网逆变器用于离网运行的光伏发电系统,为独立负载供电；对离网光伏发电系统可配置控制-逆变一体机;并网逆变器用于并网运行的光伏发电系统。控制逆变一体机离网逆变器光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成69（3）并网光伏发电系统辐照度光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成70（3）并网光伏发电系统辐照度并网光伏发电系统：将光伏组件产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式（＞6MW）、分布式并网光伏发电系统。集中式并网光伏电站主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电，电站投资大、建设周期长、占地面积大。分布式并网光伏发电系统投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等特点。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成71（3）并网光伏发电系统辐照度1234有逆流并网光伏发电系统：光伏发电充裕时,剩余电能馈入公共电网(卖电);光伏发电不足,向电网买电。自发自用余电上网无逆流并网光伏发电系统：光伏发电系统即使发电充裕也不向公共电网供电，当光伏发电不足时,向电网买电。自发自用切换型并网光伏发电系统：当光伏发电不足,切换器能自动切换到电网供电一侧,由电网向负载供电;当电网因某种原因,突然停电时,光伏发电系统可自动切换使光伏发电系统与电网分离,成为独立光伏发电系统工作状态。独立光伏发电系统中以光伏发电为主,以普通220V/380V交流电补充电能为辅。有阳光则用光伏发电,遇到阴雨天时就用市电能量进行补充。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统（1）光伏组件（阵列）（2）汇流箱（3）直流柜（4）逆变器（5）低压交流柜（6）升压变压器（7）高压交流柜（8）数据采集系统（9）气候装置光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统①光伏阵列：离网与并网光伏发电系统功能一致②汇流箱：主要作用是将光伏阵列多个组串的直流电进行汇流或组串式逆变器的交流电进行汇流。由于光伏阵列或逆变器电流较大，因此不能用导线直接连接实现汇流，需专用的汇流箱。汇流箱还有防雷接地、数据采集功能，并通过RS485串口输出状态数据，与监控系统连接后实现组串运行状态监控。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统③配电柜:交直流配电柜的主要功能是将交直流汇流箱送过来的交直流电再进行汇流、配电、监测，同时还具备防雷、短路保护等功能。交直流配电柜内部安装了交直流输入断路器、防雷器等器件,在保证系统不受漏电、短路、过载与雷电冲击等损坏的同时,方便客户操作和维护。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统④逆变器:主要功能是汇流、逆变,除此之外,逆变器还具有自动运行和停机、最大功率跟踪控制、防孤岛效应、电压自动调整、直流检测、直流接地检测等功能。⑤升压系统:根据并入电网电压的等级配置，当用户侧并入220V/380V市电，一般配置低压配电柜即可；对并入10kV、35kV，需配置箱变系统等设备；对并入更高等级电压，需配置二次升压装置等设备。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑥电网接入主要设备:电网接入系统低压配电网：0.4kV——即发即用、多余的电能送入电网中压电网：10kV、35kV——通过升压装置将电能馈入电网高压电网：110kV——通过升压装置将电能馈入电网，远距离传输光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑦交/直流电缆:直流电缆包括：汇流箱——直流防雷配电柜直流防雷配电柜——并网逆变器直流电缆选择：

电缆的线径，一般要求损耗小于2%耐压1KV、单芯/双芯电缆阻燃、铠装低烟无卤（对于建筑光伏发电系统）桥架（对于建筑光伏发电系统）直埋/电缆沟（对于大型光伏电站）光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑦交/直流电缆:交流电缆包括：并网逆变器——交流防雷配电柜交流防雷配电柜——升压变压器升压变压器——电网接入点交流电缆选择：

电缆的线径，一般要求损耗小于2%根据电压等级选择相对应的耐压等级桥架（对于建筑光伏发电系统）直埋/电缆沟（对于大型光伏电站）光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑧光伏发电监控系统:光伏发电监控系统能实现发电设备运行控制、电站故障保护和数据采集维护等功能,并与电网调度协调配合,提高电站自动化水平和安全可靠性,有利于减小光伏对电网影响。监控系统一般用RS-485网络或无线技术实现数据通信。通过监测交直流汇流箱、交直流配电柜、逆变器等状态数据,对各个光伏阵列的运行状况、发电量进行实时监控。数据监控主机也可建成网络服务器实现数据在网上共享及远程监控。光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑨光伏发电监控系统:实现发电设备运行控制、电站故障保护和数据采集维护等功能，与电网调度协调配合，提高电站自动化水平和安全可靠性，减小光伏对电网影响。站级控制层能量管理系统过程层间隔层底层设备层各电源控制光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统光伏发电技术027.光伏发电系统分类及组成（3）并网光伏发电系统⑩防雷接地:光热利用技术Part.03光热利用技术03太阳能热利用的基本原理是采用一定装置将太阳能收集起来直接转换成热能，或再将热能转换成其他形式的能量，然后输送到一定场所加以利用。太阳能热利用产业以产热标准结合产业使用领域分为太阳能热利用低温、中温和高温；从产热标准上看，热利用产热温度0℃~100℃为低温、100℃~250℃为中温、250℃以上为高温。光热利用技术031.太阳能热水系统太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，是目前太阳能热应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。其系统组成主要包括集热器、保温水箱、连接管路、控制中心和热交换器等。光热利用技术032.太阳能供暖系统组成太阳能供暖系统是指将分散的太阳能通过集热器把太阳能转换成方便使用的热水，通过热水输送到发热末端（例如：地板采暖系统、散热器系统等），提供房间采暖的系统，也简称太阳能采暖。太阳能取暖设备主要构成部件：太阳能集热器（平板集热器、全玻璃真空管集热器、热管集热器、U型管集热器等）、储热水箱、控制系统、管路管件及相关辅材、建筑末端散热设备等组成。光热利用技术033.太阳能制冷系统太阳能制冷从能量转换角度主要可以分为两种，第一种是太阳能光电转换制冷，是利用光伏转换装置将太阳能转换成电能后，再用于驱动普通蒸气压缩式制冷系统或半导体制冷系统实现制冷的方法，即光电半导体制冷和光电压缩式制冷。第二种是太阳能光热转换制冷，首先是将太阳能转换成热能(或机械能)，再利用热能(或机械能)作为外界的补偿，使系统达到并维持所需的低温。简单吸收式制冷系统的原理吸附式制冷系统原理喷射式制冷原理光热利用技术034.太阳能光热发电系统太阳能热发电系统是利用聚光太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过加热水或者其他传热介质，经蒸汽、燃气轮机或发动机等热力循环过程发电。太阳能热发电系统一般由集热子系统、热传输子系统、蓄热与热交换子系统以及发电子系统组成。光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。槽式太阳能热发电系统光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。碟式太阳能热发电系统光热利用技术034.太阳能光热发电系统现有太阳能热发电系统大致可以分为槽式太阳能热发电系统、塔式太阳能热发电系统、碟式太阳能热发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统。线性菲涅尔式太阳能热发电系统太阳能产业发展趋势Part.04太阳能产业发展041.光伏产业的发展趋势（1）高效率低成本光伏电池一是持续推进PERC晶硅电池技术的发展，如开发双面PERC电池等，提升转换效率，降低生产成本。二是加快TOPCon、HJT、IBC