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1、大唐乌拉特后旗20MWp光伏电站示范工程1光伏组件选型1.1 光伏电池组件发展概况目前世界上太阳能开发应用最广泛的是太阳电池。世界上，1941 年出现有关硅太阳电 池报道，1954 年研制成效率达 6的单晶硅太阳电池，1958 年太阳电池应用于卫星供电。 在 70 年代以前，由于太阳电池效率低，售价昂贵，主要应用在空间。70 年代以后，对太 阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究，在提高效率和降低成本方面取得较大进展，地 面应用规模逐渐扩大，但从大规模利用太阳能而言，与常规发电相比，成本仍然很高。目前，世界上太阳电池的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24%(4cm2),多晶硅 电池 18.6%
2、(4cm2), InGaP/GaAs 双结电池 30.28% (AMI),非晶硅电池 14.5% (初始)、 12.8%(稳定)，碲化镉电池15.8%，硅带电池14.6%，二氧化钛有机纳米电池10.96%。我国于1958年开始太阳电池的研究， 40多年来取得不少成果。目前，我国太阳电池 的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20.4%(2cmX2cm),多晶硅电池14.5%(2cmX2cm)、 12% (10cmX 10cm), GaAs 电池 20.1% (lcmXcm), GaAs / Ge 电池 19.5% (AM0), CulnSe 电池9% (lcmX 1cm),多晶硅薄膜电池13.6%
3、 (lcmX 1cm,非活性硅衬底)，非晶硅电池 8.6% (10cmX 10cm) 7.9% (20cmX20cm) 6.2%(30cmX30cm),二氧化钛纳米有机电 池 10%(1cmX1cm)。世界光伏组件在过去15年平均年增长率约15%。90年代后期，发展更加迅速，最近 3年平均年增长率超过30%。自2004年后，中国光伏产业连续5年增长率超过100%。2010 年我国光伏电池产量已超过全球总产量的 50%。在产业方面，各国一直通过扩大规模、提 高自动化程度、改进技术水平、开拓市场等措施降低成本，并取得了巨大进展。商品化电 池组件效率从10%13%提高到12%16%。国内整个光伏产业
4、的规模逐年扩大，2009年 中国内地多晶硅产量超过了两万吨，太阳能电池产量超过了4000兆瓦，连续3年成为全 球太阳能电池的第一大国。但是国际上最大的并网应用光伏市场在国内仍然处于零星示范论证阶段，这与我国的 光伏技术水平和具体国情都有关系。中国光伏组件生产规模的大部分用于出口市场，造成 我国的光伏企业对国外市场的依存度较高，2008 年爆发的全球金融危机，导致国外的市场 发生急剧变化，使得这些企业受到重大影响，因此随着能源形势和我国产业政策的变化， 推动我国对太阳能光伏发电这种绿色可再生能源的应用是必然的趋势。我们国家所拥有的 巨大潜力，可以让自己的光伏企业、相关产品、光伏发电项目进入到我国
5、，从而形成比较 完整的光伏产业链。随着国内光伏电池组件产量的不断提高，国内光伏产品性价比上的优势越发明显，本 工程为国内第一个采用特许权招标方式开发的太阳能光伏发电厂，为达到充分示范和展示 我国光伏产业的发展成果的目的，根据要求本工程太阳能光伏电站设备必须以国内自主化 生产为主。1.2几种常用的太阳能电池1）单晶硅、多晶硅太阳能电池目前国内外使用最普遍的是单晶硅、多晶硅太阳能电池，而且国内的光伏组件生产也 主要是以单晶硅、多晶硅太阳能电池为主。商业化的多晶硅电池片效率一般在 12-16左 右，单晶硅电池片电池效率在 13-18左右。晶体硅电池片如图 1-1，1-2 所示，图 1-1 单晶硅硅片
6、 图 1-2 多晶硅硅片由电池片组成的电池组件的外形结构如图 1-3所示。自从太阳能电池诞生以来，晶体 硅作为基本的电池材料一直保持着统治地位，而且可以确信这种状况在今后 20 年中不会 发生根本的转变。但是晶体硅太阳能电池的成本较高，通过提高电池的转化效率和降低硅 材料的生产成本，以提高硅材料太阳能电池的效益，成为世界光伏技术的主流，世界各国 也在此取得诸多新的进展。2004 年中国科学家成功地在实验室完成 P 型晶体硅技术，使 得晶体硅太阳能电池的实验室转换效率达到 24.7%；2007 年日本也成功试制的 HIT 太阳 能电池，太阳能电池量产转换效率提高到22.3。提高转换效率的技术不断
7、进步，进一步 推动了晶体硅太阳能电池在光伏技术中的领先地位。Ik a,IVTrha-E-a-p -=- =-=_=_= SFJilIF- -3r W-F =-=_=_=-=-=_ -V Js_ -rBl一 =_=IIP-ST-nr UB-a_ -=-_=-=-Bi _且=_=甌召！|一一=|1_=伺=- F J-B-31 JB8 -JW-3W-W Jw-S T UISEF - *-1 JBBH-T m-FF HnTUTTF NlmmFta=HB-=_=_=-=I=3FTm nn-3FmBI-=-ml=mnsnlllrnl=II !=I 3ihi- n -3- -ER-9rm-3= =_ = =
8、_=_=_ =-=-=-=1-= =-=-=-=- = = -=- =?= = = 1= d=s=-=s-=- = = =- - = -LigiiE二s111=,=EEEtij JttEiujji i=e,iie=一Kilisjsii =5-4 非晶硅薄膜光伏组件=_i -=-=-= = = =E-=-=-= = = -=s-3=aB=-a=s= =-= =-=f=-=_=i= =-E =e,=lle,IH =E,iH!i=_ 4=me,.Eenl.E_l ieEiim, E-B- = a_1-3 多晶硅、单晶硅光伏组件外形图（左为多晶硅组件，右为单晶硅组件）（2）非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳
9、能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太 阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展。非晶硅作为 太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太 阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率 ,目前电 池转化效率一般在 5%-9%。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光 致衰退S一W效应，使得电池性能不稳定，衰减较快。非晶硅薄膜太阳能电池由于具有较 低的成本、重量轻、高温性能好、弱光响应好，充电效率高 （非晶硅材料的吸收系数在整 个可见光范围内，在实际使用中对低光强光
10、有较好的适应等特点）,有着极大的潜力，在未 来5-10年后，有望逐渐扩大其市场份额。但同时由于它的稳定性不高，使用寿命短（10-15 年），直接影响了它的实际应用。（3）数倍聚光太阳能电池数倍聚光太阳能电池片本身与其它常规平板光伏电池并无本质区别，它是利用反射或 折射聚光原理将太阳光会聚后，以高倍光强照射在光伏电池板上达到提高光伏电池的发电 功率。国外已经有过一些工业化尝试。比如利用菲涅尔透镜实现37倍的聚光，但由于 透射聚光的光强均匀性较差、且特制透镜成本降低的速度赶不上高反射率的平面镜，国外 开始尝试通过反射实现聚光，比如德国ZSW公司发明了 V型聚光器实现了 2倍聚光，美国 的Falbe
11、l发明了四面体的聚光器实现了 2.36倍聚光。尽管实现2倍聚光也可以节省50% 的光伏电池，但是相对于聚光器所增加的成本，总体的经济效益并不明显。目前国内聚光太阳能电池研究尚处于示范运行阶段，聚光装置采用有多种形式，有： 高聚光镜面菲涅尔透镜、槽面聚光器、八面体聚光器等。由于聚光装置需要配套复杂的机 械跟踪设备、光学仪器、冷却设施，且产品尚处于开发研究期，其实际的使用性能及使用 效果尚难确定。根据国外的应用经验，尽管实现多倍聚光可以节省光伏电池，但是随着电 池价格的不断下降，相对于聚光器所增加的成本，总体的经济效益并不明显。1.3 几种常用的太阳能电池技术性能比较几种常用的太阳能电池技术性能比
12、较见表 5-1。从比较结果可以看出：1. 晶体硅光伏组件技术成熟，且产品性能稳定，使用寿命长。2. 商业用化使用的光伏组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其次，但两者相 差不大。3. 晶体硅电池组件故障率极低，运行维护最为简单。4. 在开阔场地上使用晶体硅光伏组件安装简单方便，布置紧凑，可节约场地。5. 尽管非晶硅薄膜电池在价格、弱光响应，高温性能等方面具有一定的优势，但是 使用寿命期较短，只有 10-15 年。因此综合考虑上述因素，本工程拟选用晶体硅太阳能电池一一225Wp多晶硅电池组件 和180Wp单晶硅电池组件。表 5-1太阳能电池技术性能比较表序号国内自主化生产情况比较项目技术成熟性
13、光电转换效率价格对光照、温度等 外部环境适应性组件运行维护组件使用寿命外观安装方式多晶硅目前常用的是铸锭多晶硅技术，70年代末研制成功商业用电池片一般12%16%材料制造简便，节约电 耗，总的生产成本比单晶 硅低输出功率与光照强度成正 比，在高温条件下效率发 挥不充分组件故障率极低，自身免 维护经实践证明寿命期长，可保证25年使用期不规则深蓝色，可作表面 弱光着色处理。倾斜或平铺于建筑屋顶或 开阔场地，安装简单，布 置紧凑，节约场地。产业链完整，生产规模大、技术先进单晶硅商业化单晶硅电池经50多 年的发展，技术已达成熟 阶段。商业用电池片一般13% 18%。材料价格及繁琐的电池制 造工艺，使单
14、晶硅成本价 格居高不下。同左同左同左黑色、蓝黑色同左同左非晶硅薄膜70年代末研制成功，经过30多年的发展，技术日趋 成熟。商业用电池一般5%9%。生产工艺相对简单，使用 原材料少，总的生产成本 较低。弱光响应好，充电效率高 。高温性能好，受温度的 影响比晶体硅太阳能电池 要小。柔性组件表面较易积灰, 且难于清理。衰减较快，使用寿命只有10-15 年。深蓝色。柔性组件重量轻，对屋顶 强度要求低，可附着于屋 顶表面。刚性组件安装方 式同左。2007年底2008年初国内开 始生产线建设，起步晚， 产能没有完全释放。数倍聚发展起步较晚, 性相对不高。能实现2倍以上聚需要配套复杂的 设备、光学仪器 施等，未实现 产，总的生产成为保证聚光倍数 追踪精度要求高 组件温升大，影 率和使用寿命。机械跟踪设备、冷却设施需要机械跟踪设备、 、冷却等设施使 难保证带机械跟踪设备 抗风强度要求高 大，占用场地大目前，晶硅类高效太阳电池和各类薄膜太阳电池是全球新型太阳电池研究开发的两大热点和重点。已进行商业化应用的单晶硅 太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳电池、铜铟 镓硒薄膜太阳电池主要特性如表5-1所示主要商用木阳能电池组件
