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1、薄膜太阳电池发电性能研究和T 太阳电池优化模拟专业：凝聚态物理博士生：陈菊芳导师：沈辉教授摘要太阳电池按照材料分为晶体硅太阳电池，硅基薄膜太阳电池，化合物薄膜太阳电池和光电化学太阳电池。不同太阳电池材料的特性不同，对光的吸收不同；太阳电池的发电效果也不同。光伏电站一般在户外使用，地点，环境温度，辐照和大气质量的变化对发电量有较大的影响。不同太阳电池对温度和太阳光谱的反应不同，因此，相同瓦数但不同地点或瓦数相同但不同种类的太阳电池在同一地点发电量都会不同。本文设计并建立了薄膜( C d T e ，C I G S 和a - S i ) 与H I T 四种光伏电站，采集了光伏阵列的电流电压，逆变器输
2、出的电流电压，辐照，环境温度等数据。数据采集由S M A 的数据采集卡和自带的软件完成，每3 分钟记录一次数据。根据记录的数据对四个不同的太阳电站在广州地区的发电效果进行了分析研究。H I T 太阳电池因兼有晶体硅和非晶硅太阳电池的优点而具有高效率，本论文对一种结构简单的H I T 太阳电池进行了优化模拟。本论文分别对这四个光伏系统和H I T 太阳电池进行了研究，分别叙述如下：第一章对当前的能源形势，各国光伏发展的情况以及光伏政策作了综述。对文中光伏电站用到的太阳电池技术做了概述。对光伏产业的发展作了一些预测。第二章主要讲述了光伏并网电站设计的原理和原则。该章首先介绍信息的了解，包括电站所建
3、地点的气候情况，如辐照，温度，湿度，电站所在地点的现场考察。接着对电站的设计，包括组件串并联的原理，电线的选区原则，逆变器的选取原则，电站的防雷，风载荷，电站组件之间合理距离的计算等进行了阐述。第三章介绍了薄膜( C d T e ，C I G S 和a S i ) 与H I T 光伏电站的具体情况，对四种光伏电站的年发电量，月发电量，逆变器的效率，光伏方阵的效率，晴天阴天发电情况，容量和占地面积，供电成本，社会经济效益等进行了分析。研究结果表明，C d T e 每千瓦的发电量最高达到1 11 5 9 0 k W h ，H I T 和C I G S 分别为1 0 6 7 6 1k W h 和1
4、0 6 6 9 5k W h ，a S i 最少为9 5 2 3 2k W h 。由此可见，不同种类的一千瓦的光伏电站，一年的发电量差别高达1 6 3 5 7k W h 。在一年中，C d T e 电站有八个月每千瓦的发电量居于第一位，H I T 组件效率虽然高，但是其发电量和C I G S 电站差不多。H I T 每千瓦的占地面积最少，为6 8 2 m 2 ，而a - S i 却达到2 0 1 6m 2 。电站效率只有组件标称效率的7 0 多。电站的效率主要取决于组件的效率。所建四个电站的效率排名分别为H I T ，C d T e ，C I G S 和a S i ，电站建成后系统效率相比于组
5、件效率都有一定的损耗。效率损耗最小的是非晶硅，电站效率只比组件效率下降1 2 ，最高的为H I T 效率下降3 4 。第四章对灰尘及其对发电量的影响进行了分析。采用两个公司的玻璃，按照光伏电站相同的倾角在广州的中山大学南校区S ，中山大学的东校区M ，凤凰城P 分别放置三个月、一个月取回测试玻璃的透过率，对比不同季节不同地点玻璃透过率的变化情况。根据玻璃透过率计算灰尘对辐照的影响，最后计算玻璃上的灰尘对中山人学太阳能系统研究所天台上的C I G S 光伏电站发电量的影响。实验结果表明放置在户外的时间长短不是灰尘多少的决定因素，应该和天气等其它情况有关系。灰尘主要降低玻璃4 5 0 8 8 0
6、n m 波长的透过率，测试时段内玻璃透过率降低1 3 4 。对于一千多瓦的小型光伏电站，降低的月发电量高达2 6 1 k W h 。第五章对H I T 太阳电池进行了初步探索。模拟用的太阳电池结构为a S i ( n ) a - S i ( i ) m o n o S i ( p ) A l 。H I T 太阳电池制作过程的温度较低，可以考虑用廉价的低纯度硅片作为衬底降低成本。论文对硅片中的F e 对H I T 太阳电池性能的影响作了研究，F e 对太阳电池性能影响很大。研究表明：F e 含量增加，V 刚I 。，F F 和r 1都降低。F e 主要影响电池对大于5 0 0 n m 波长的太阳光
7、的吸收。论文还研究了n ，i ，P 层厚度，n 层的掺杂浓度，P 层的电阻率等对H I T 太阳电池性能的影响，为H I T 高效太阳电池的制作提供了依据。T h ep e r f o r m a n c eo ft h eg r i d c o n n e c t e dp h o t o v o l t a i cs y s t e ma n dt h eo p t i m i z a t i o no fH I Ts o l a rc e l lM a j o r ：C o n d e n s e dM a t t e rP h y s i c sN a m e ：J u f a n g
8、C h e nS u p e r v i s o r ：H u iS h e n ，P r o f e s s o rA BS T R A C TS o l a rc e l li sc l a s s i f i e dt oc r y s t a l l i n es o l a rc e l l ，S i b a s e dt h i nf i l ms o l a rc e l l ，c h e m i c a lc o m p o u n dt h i nf i l ms o l a rc e l la n dp h o t o e l e c t r i cc h e m i c
9、a ls o l a rc e l la c c o r d i n gt ot h es o l a rc e l lm a t e r i a l s T h es o l a rc e l l sm a d eo fd i f f e r e n tm a t e r i a l sa n dd i f f e r e n tt e c h n o l o g i e sh a v ed i f f e r e n tp e r f o r m a n c es u c ha ss p e c t r u mr e s p o n s e ，e n e r g yb a n dg a p
10、e t a 1 T h es o l a rm o d u l em a d eo fs o l a rc e l li ss o l db yw a t tw h i c hi sc a l i b r a t e da tt h ea r t i f i c i a lc o n d i t i o no fA M1 5 ，2 5 “ ( 2a n d10 0 0W m 2 T h es o l a rm o d u l ei sw o r ko u t s i d ew h e r et h et e m p e r a t u r e ，t h ei r r a d i a n c e
11、a n dt h ea i rc l e a r n e s si sd i f f e r e n tg r e a t l y F o ras e l e c t e ds i t et ob u i l dt h eP Vs y s t e m ，w h i c hs o l a rm o d u l ei sa p p r o p r i a t ef o rt h ea r e aa n dg e n e r a t e sm o r ee l e c t r i c i t ya n dh o wt h ee n v i r o n m e n ta f r e c t st h
12、eP Vs y s t e m ? T h ed i s s e r t a t i o na n s w e r sa l lt h e s eq u e s t i o n s T h i sr e s e a r c hd e s i g n e da n db u i l tf o u rt h i nf i l mr e l a t e dg r i d - c o n n e c t e dP Vs y s t e m s T h ed a t ao ft h ef o l l o w i n gi sr e c o r d e db yt h ev i r t u a li n
13、s t r u m e n t s ：c u r r e n ta n dv o l t a g eo ft h eP Vg r i d ，c u r r e n ta n dv o l t a g ef r o mt h ei n v e r t e r , i r r a d i a n c e ，e n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r e T h ed a t ai sr e c o r d e de v e r y3m i n u t e s T h ep e r f o r m a n c eo ft h ef o u rg r i
14、d c o n n e c t e dP Vs y s t e m si nG u a n g z h o ua r e ai sa n a l y z e d T h ed i s s e r t a t i o ni n c l u d e ss i xc h a p t e r s ，e a c hf o c u so no n ea s p e c to ft h eP Vs y s t e m sa n dt h es o l a rc e l l T h el a s tc h a p t e ri sas u m m a r y T h ec u r r e n te n e r
15、 g yc o n d i t i o n ，t h eP Vd e v e l o p m e n ti nt h em a i nP Vc o u n t r i e s ，t h eP Vi n d u s t r i a lc o n d i t i o ni n2 0 0 8a n dt h eP Vp o l i c yo fs o m ec o u n t r i e si nt h ew o r l da r es u m m a r i z e di nc h a p t e r1 A tt h es a m et i m e ，t h eC h a p t e rd e s
16、 c r i b e st h ef a b r i c a t i o np r o c e s so fC I G S C d T ea n da - S is o l a rc e l l T h ep r e d i c t i o no ft h ef u t u r ed e v e l o p m e n t so fP Vi si n c l u d e d T h er u l e sa n dp r i n c i p l e so ft h ed e s i g no ft h eg r i d - c o n n e c t e dP Vs y s t e ma r ei nc h a p t e r2 T h ef i r s to ft h ed e s i g no ft h es y s t e mi si n f o r m a t i o nc o l l e c t i o no ft h ec l i m a t er e s o u r c es
