太阳能电池板的应用

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1、太阳能电池简介太阳能电池简介1 1太阳能概况太阳能概况太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等 都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源 的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利 用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一 技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光 电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能 光伏技术。 二十世纪 50 年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是 1954 年美

2、国贝 尔实验室研制出 6的实用型单晶硅电池，二是 1955 年以色列 Tabor 提出选择性吸收 表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入 现代发展时期奠定了技术基础。 太阳能电池的特性：太阳能电池是一个巨大的 PN 结，它把太阳能转换为电能，对 于单片太阳能电池来说，它是一个小的 PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产 生电能外，它还具有 PN 结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。 它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降 2mV。 对于多片太阳能电池

3、组成的太阳能电池组件，太阳能电池一般都如下参数：Isc 是 短路电流，Im 是峰值电流，Voc 是开路电压。Vm 是峰值电压，Pm 是峰值功率。在使用 中，太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏，实际上我们也正是利用它的这个特性 对系统蓄电池充放电进行控制的。 太阳能电池的选择：我们所说的太阳能电池输出功率 Wp 是标准太阳光照条件下， 即：欧洲委员会定义的 101 标准，辐射强度 1000W/m2，大气质量 AM1.5，电池温度 25条件下，太阳能电池的输出功率。这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照 条件差不多， （在长江下游地区只能接近这个数值）这并不象有些人想象的那样，只要 有阳光就会

4、有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常使用。 这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时间，不同的地点，同样一块 太阳能电池的输出功率是不同的。 2 2光伏效应光伏效应 光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半 导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。 太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳能电池 是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能 的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应” ，因此太 阳能电池又称为“光伏电池” ，用于太阳能电池的半导体材料是一 种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样， 半导

5、体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体 硅原子的外层有 4 个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到 外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并 在原来的位置上留下一个“空穴” ，在纯净的硅晶体中，自由电子 和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由 于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号 P 表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号 N 代表。若把这两种半 导体结合，交界面便形成一个 PN 结。太阳能电池的奥妙就在这个“结”上，PN 结 就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，

6、电子接受光 能，向 N 型区移动，使 N 型区带负电，同时空穴向 P 型区移动，使 P 型区带正电。这 样，在 PN 结两端便产生了电动势，也就是通常所说的电压。这种现象就是上面所说 的“光生伏打效应” 。如果这时分别在 P 型层和 N 型层焊上金属导线，接通负载，则外 电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生 一定的电压和电流，输出功率。制造太阳电池的 半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种 类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值 的太阳电池要算硅太阳电池。 太阳能电池就是利用光伏效应将太阳能直接 转换为电能的一种装置。常规太阳电池简单装置 如左图所

7、示。当 N 型和 P 型两种不同型号的半导 体材料接触后，由于扩散和漂移作用，在界面处 形成由 P 型指向 N 型的内建电场。当光照在太阳 电池的表面后，能量大于禁带宽度的光子便激发 出电子和空穴对，这些非平衡的少数载流子在内 电场的作用下分离开，在电池的上下两极累积， 这样电池便可以给外界负载提供电流。3 3晶硅太阳电池向高效化和薄膜化方向发展晶硅太阳电池向高效化和薄膜化方向发展 单晶硅高效电池单晶硅高效电池单晶硅高效电池的典型代表是斯但福大学的背面点接触电池（PCC） ，新南威尔士 大学（UNSW）的钝化发射区电池（PESC，PERC，PERL 以及德国 Fraumhofer 太阳能研究

8、所的局域化背表面场（LBSF）电池等。 （1） 新南威尔士大学高效电池； （2） 斯但福大学的背面点接触电池（PCC） （3） 德国 Fraunhofer 太阳能研究所的深结局部背场电池（LBSF） （4） 日本 SHARP 的 C 一 Sic-Si 异质 pp+结高效电池 多晶硅高效电池多晶硅高效电池多晶硅太阳电他的出现主要是为了降低成本，其优点是能直接制备出适于规模化 生产的大尺寸方型硅锭，设备比较简单，制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质 要求也较低。晶界及杂质影响可通过电池加工工艺进行改善；由于材质和晶界影响， 电池效率较低。电池工艺主要采用吸杂、钝化、背场等技术。 常规铝吸杂工艺是

9、在电池的背面蒸镀铝膜后经过烧结形成，也可同时形成电池的 背场。近几年在吸杂上的工作证明，它对高效单晶硅太阳电池及多晶硅太阳电池都会 产生一定的作用。钝化是提高多晶硅质量的有效方法。一种方法是采用氢钝化，钝化硅体内的悬挂 键等缺陷。在晶体生长中受应力等影响造成缺陷越多的硅材料，氢钝化的效果越好。 氢钝化可采用离子注入或等离子体处理。在多晶硅太阳电池表面采用 PECVD 法镀上一 层氮化硅减反射膜，由于硅烷分解时产生氢离子，对多晶硅可产生氢钝化的效果。在高效太阳电池上常采用表面氧钝化的技术来提高太阳电他的效率，近年来在光 伏级的晶体硅材料上使用也有明显的效果，尤其采用热氧化法效果更明显。使用 PE

10、CVD 法在更低的温度下进行表面氧化，近年来也被使用，具有一定的效果。多晶硅太阳电池的表面由于存在多种晶向，不如（100）晶向的单晶硅那样能经由 腐蚀得到理想的绒面结构，因而对其表面进行各种处理以达减反射的作用也为近期研 究目标，其中采用多刀砂轮进行表面刻槽，对 10cmX10cm 面积硅片的工序时间可降到 30 秒，具有了一定的实用潜力。 多孔硅作为多晶硅太阳电池的减反射膜具有实用意义，其减反射的作用已能与双 重减反射膜相比，所得多晶硅电池的效率也能达到 13。4。 （1） Geogia Tech电池 （2） UNSw 电池 （3） Kysera 电池 多晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池 为了大幅

11、度降低太阳电池的成本，光伏界一直在研究开发薄膜电池，并先后开发 出非晶硅薄膜电他，硫化镐（CdTe）电池，铜钢硒（C1S）电池等。特别是非晶硅电池，（1） CVD 多晶硅薄膜电池 （2） 多层多晶硅薄膜电池 目前太阳能电池的封装形式主要有 2 种，层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能 电池工作寿命 25 年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅 12 年。 因此，1W 以下的小功率太阳能草坪灯,在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封 装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯，建议使用层压的封装形式。另外，有一种 硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到 10 年。 太阳能发

12、电系统太阳能发电系统 光伏发电系统分为独立型与并网型。 1独立型太阳能交流发电系统独立型太阳能交流发电系统一般包括以下几个部分： 太阳电池阵列：按一定方式排列和连 结组合的太阳电池组件，以及支撑这些 组件的支架和基础。 储能电池：根据使用要求，可以是不 同种类的可充电电池。 控制器：用于控制太阳电池阵列给储 能电池充电过程的设备，它具有各种保 护功能，可以确保系统安全稳定的连续 运行。 逆变器，输入从储能电池来的直流电， 输出所需要的交流电，例如：中国是 220V50Hz。 配电箱及连接导线：用于连结系统设备和管理输出电力的设备。2独立型太阳能直流发电系统独立型太阳能直流发电系统一般 包括以下

13、几个部分： 太阳电池阵列：按一定方式排列和连结组合的太阳电池组件，以及支撑这些组件的 支架和基础。 储能电池：根据使用要求，可以是不同种类的可充电电池。 控制器：用于控制太阳电池阵列给储能电池充电过程的设备，它具有各种保护功能， 可以确保系统安全稳定的连续运行。 配电箱及连接导线：用于连结系统设备和管理输出电力的设备。3并网型太阳能交流发电系统并网型太阳能交流发电系统一般包括以下几个部分： 太阳电池阵列：按一定方式排列和连结 组合的太阳电池组件，以及支撑这些组件 的支架和基础。 储能电池：根据使用要求，可以是不同 种类的可充电电池。 控制器：用于控制太阳电池阵列给储能 电池充电过程的设备，它具

14、有各种保护功 能，可以确保系统安全稳定的连续运行。 并网逆变器，输入从储能电池来的直流 电，输出所需要的交流电，例如：中国是 220V50Hz。 配电箱及连接导线：用于连结系统设备和管理输出电力的设备。太阳能照明系统太阳能照明系统 太阳能灯具的设计和灯具的使用地区有关。太阳能电池组件额定输出功率和灯具 输入功率之间关系在华东地区大约是 24:1，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对 连续阴雨天照明要求决定。太阳能电池的安装：许多的太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，这样太阳 能电池的输出功率将减少 15%20%，如果再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太 阳能电池的输出功率又将减少 5%左

15、右，太阳能电池价格昂贵，我们收集了许多国外太 阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。在长江下游太阳能电池的 最理想倾斜角度是 40 度左右，方向为正南方。单片太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。太阳电池组 件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过 程中，如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电 池在强烈阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛 效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，使树叶等不能附着，在鸟 类比较聚集的地方还要求安装防鸟针。无论太阳能灯具的款式与

16、功率如何，需要一个性能良好的充放电控制电路是必不 可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电池 过充电及深度放电，另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电 系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的 设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败，没有一个性能良 好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。储能专用铅酸蓄电池的选用储能专用铅酸蓄电池的选用 近年来，太阳电池的光伏发电技术得到了世界各国的高度重视。从欧美的太阳能 光伏“屋顶计划”到我国的西部光伏发电项目以及“光明工程” 。太阳能光伏发电已经 显示了其强劲的发展势头。随着光伏发电技术的发展和低成本光伏组件的产业化，太 阳能灯具、光伏电站和光伏户用电源，均要求蓄电池供应商能够提供全天候运行的蓄 电池，而目前光伏系统多采用阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称铅酸蓄电池缩写为 VRLAB）胶体铅酸蓄电池和免维护铅酸蓄电池（不是 VRLA 蓄电池）作为储能电源。耐