關于太陽能光伏組件的研究

1、<p>　　關于太陽能光伏組件的研究</p><p>　　[摘 要]本文以青海尼那9.2MW光伏發(fā)電項目為背景，介紹了光伏組件的現(xiàn)狀，然后敘述了光伏組件的發(fā)展趨勢，闡明了未來光伏組件的重點探討及研究方向。 </p><p>　　[關鍵詞]光伏組件 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢 研究方向 </p><p>　　中圖分類號：TN919.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009

2、-914X（2016）01-0273-03 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　在現(xiàn)代社會中，傳統(tǒng)的能源結(jié)構早已經(jīng)不適應也不能夠滿足當今社會的發(fā)展需求，例如天然氣、煤炭、石油等能源，現(xiàn)在勘探已知的儲備最多可以支撐200年的發(fā)展需求。再者化石燃料的大量使用早已經(jīng)使環(huán)境不堪重負，每年排除的二氧化碳等溫室氣體加快了全球變暖能厄爾尼諾現(xiàn)象的發(fā)生，

3、造成全球大面積酸雨的形成，嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，同時也為我們的子孫后代埋下了巨大的生存隱患。所以說無論是從解決全球能源危機來說還是從解決環(huán)境保護角度問題來說對新能源的開發(fā)利用都已經(jīng)迫在眉睫。迄今所開發(fā)的清潔能源有核能、水能、風能、潮汐能、地熱能、太陽能等，在這些新開發(fā)的能源中太陽能的利用是最具有持續(xù)性也是現(xiàn)在開發(fā)利用最好的能源[1]。對太陽能的開發(fā)利用在已經(jīng)步入實用階段，而太陽能轉(zhuǎn)換為電能是最為常見的使用方法，也是技術實現(xiàn)比較容易的手段。

4、隨著光伏組件生產(chǎn)工藝水平及并網(wǎng)技術逐漸提高，建設光伏電站的條件越來越成熟，發(fā)改委在2007年《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中決定建設為期5年的180萬兆瓦中短期建設目標[2]?；谶@樣的背景，位于青海省貴德縣的尼那水電站擬投建安裝容量為8.448MW，占地面積約360畝的大型光伏并網(wǎng)項目，本文以此為背</p><p>　　1.光伏組件發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　太陽能電池是迄今為止全世界

5、使用最多的光電能量轉(zhuǎn)換裝置，自從1941年有關光伏電池的報道以來，1954年成功研制轉(zhuǎn)換效率為6%左右的單晶硅光伏蓄電池。在70年代之前，太陽能電池的造價昂貴、轉(zhuǎn)換效率較低，在70年代以后隨著工藝水平與轉(zhuǎn)換效率的提高，太陽能光伏電池的使用才越來越多，但是與常規(guī)的發(fā)電手段相比較而言，成本仍然難以讓人接受[3]。 </p><p>　　目前來說，整體各種類型的光伏蓄電池轉(zhuǎn)換效率為：非晶硅電池14.5%（初始）、12.

6、8%（穩(wěn)定），單晶硅電池24%（4cm2），多晶硅電池18.6%（4cm2），InGaP/GaAs雙結(jié)電池30.28%（AM1），碲化鎘電池15.8%。從上世紀60年代，國內(nèi)也開始光伏電池的研究，當然也取得了不少讓人值得驕傲的成績。目前來說，我國的光伏電池轉(zhuǎn)換效率為：多晶硅電池14.5%（2cm×2cm）、12%（10cm×10cm），非晶硅電池8.6%（10cm×10cm）、7.9%（20cm×

7、20cm）、6.2%（30cm×30cm），二氧化鈦納米有機電池10%（1cm×1cm）、單晶硅電池20.4%（2cm×2cm），多晶硅薄膜電池13.6%（lcm×1cm，非活性硅襯底）。 </p><p>　　從1999年開始到現(xiàn)在大約16年的時間里光伏組件平均每年增長約15%，并且到現(xiàn)在為止呈現(xiàn)增速越來越快的趨勢。從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面來看，無論是從提高工藝水平、擴大建設規(guī)模

8、、提高系統(tǒng)的可操作性來說都是為了更好的降低系統(tǒng)組件成本。到07年為止，我國的光伏電池總計產(chǎn)量首次超越日本與歐洲，可商業(yè)化利用的光伏電池的轉(zhuǎn)換效率從10%～13%提高到18%～20%，成為制造光伏電池的世界性工廠，到2011年為止，國內(nèi)電池的海外出貨量達到全世界的60%，根據(jù)《2013-2017年中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》的數(shù)據(jù)顯示，截止到2015年全球累計安裝容量超過70000兆瓦，新裝機容量為27500兆瓦是20

9、14年的1.5倍[4]。雖然說我國的光伏電池產(chǎn)量已經(jīng)是世界首位，但是這種以清潔環(huán)保著稱的能源并沒有在自己國家中得到很好的開發(fā)利用，加上長年的對外出口，使得我國光伏產(chǎn)業(yè)過多的依賴海外市場，所以推動內(nèi)需，在國內(nèi)大量推廣光伏項目、加大光伏市場的開拓顯得尤為重要。伴隨著國內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)線的逐年遞增，自主產(chǎn)品的質(zhì)量與性能也在逐年提高，所以利用自主品牌的光伏組件作為項目的主要組件足以，同時也是為了促進國內(nèi)產(chǎn)</p><p>　

10、　目前來說，單晶硅、多晶硅光伏組件仍然是市場的主體部分，單晶硅的轉(zhuǎn)換效率一般在17%左右，多晶硅的轉(zhuǎn)換效率一般在19%左右。如圖1所示為單晶硅硅片，如圖2所示為多晶硅硅片。 </p><p>　　從第一塊光伏電池研發(fā)出來之后，晶體硅電池一直是行業(yè)內(nèi)的霸主地位，至今無人撼動，其成熟的技術、較為簡單的工藝制造在以后的幾十年里也不會被其他結(jié)構組成的光伏電池所取代，當然全世界各國的專家學者也在努力降低生產(chǎn)成本、提高光伏組

11、件的轉(zhuǎn)換效率，也取得了很多成績。我國科學家在04年研制出了新型硅晶體光伏電池，其轉(zhuǎn)換效率可以達到25%左右，緊隨其后日本科學家在07年也研制出了轉(zhuǎn)換效率高達23%的HIT太陽能光伏電池。晶體硅電池的轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，使得晶體硅電池在光伏電池中的地位越來越牢固。如圖3所示為光伏組件由晶體硅電池組成的實物圖。 </p><p>　　與晶體硅電池相似的有非晶體硅薄膜光伏電池，這種電池成本低，生產(chǎn)方便，其發(fā)展速度也很迅

12、速。盡管成本低、生產(chǎn)方便，但是由于其本身的波長不敏感性造成這種材料制作的光伏電池轉(zhuǎn)換效率只有晶體硅電池的三分之一甚至還不到，而且其光電轉(zhuǎn)換效率隨著時間的增長會出現(xiàn)衰退的現(xiàn)象，使得使用此材料制作的光伏電池在實際的應用中很容易出現(xiàn)不穩(wěn)定甚至失效的情況。當然，這種非晶體的太陽能電池也具有弱光響應好、重量輕、高溫性能好而且對整個光區(qū)的強弱感應適應能力強等優(yōu)點。在未來的十幾年里，如果能夠突破轉(zhuǎn)換效率低、使用壽命短的技術難點，有希望占領光伏市場的大

13、部分份額[6]。 </p><p>　　由于太陽光能量的分布密度小，而且一天之中光能也不是連續(xù)變化的，所以在對太陽光能研究時必須要對其如何進行采集、如何進行傳輸、如何進行存儲進行研究。所以有些科學家提出對分散的太陽能進行聚光式的收集，已達對其集中收集，根據(jù)熱力學第一定律和第二定律對太陽能聚光能量傳輸和利用系統(tǒng)進行熱力學分析，發(fā)現(xiàn)理想系統(tǒng)對外輸出功率最大時的集熱溫度為2464K，幾何聚光比為2617，太陽能的轉(zhuǎn)換效