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  • 太阳能发电

    太阳能的能源是来自地球外部天体的能源(主要是太阳能),是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量,人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后,再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外,水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 太阳能发电
    能源: 太阳能

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    背景/太阳能发电 编辑

    能源现状

    随着经济的发展、社会的进步,人们对能源提出越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有4种,即火电、水电、核电和风力发电。

    火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面,化石燃料蕴藏量有限、越烧越少,正面临着枯竭的危险;另一方面燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物,因此会导致温室效应和酸雨,恶化地球环境。

    水电要淹没大量土地,有可能导致生态环境破坏,而且大型水库一旦塌崩,后果将不堪设想。另外,一个国家的水力资源也是有限的,而且还要受季节的影响。

    核电在正常情况下固然是干净的,但万一发生核泄漏,后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故已使900万人受到了不同程度的损害;2011年3月11日13时46分,日本福岛发生9.0级地震,引发震惊国际的福岛核电站事故,造成核电站附近30公里成为无人区;方圆5公里的海洋资源将受到不同程度的影响或是海洋生物变异。

    风力发电作为一种清洁的可再生能源,具有广泛的发展前景。风能储量大,广泛发展风力发电是解决中国能源供应不足的有效途径;风力发电属于清洁能源的应用,是减少温室气体排放的有效途径。

    理想能源

    太阳能屋顶发电站 太阳能屋顶发电站

    新能源要同时符合两个条件:一是蕴藏丰富不会枯竭;二是安全、干净,不会威胁人类和破坏环境。找到的新能源主要有两种,一是太阳能,二是燃料电池。

    21世纪内太阳能将成为全球主要能源之一,是最原始的能源,地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能太阳能具有资源充足、长寿,分布广泛、安全、清洁,技术可靠等优点。 由于太阳能可以转换成多种其他形式的能量,因此应用范围非常广泛,在热利用方面有太阳能温室、物品干燥和太阳灶、太阳能热水器等。 经过多年的开发,太阳能发电也得到了长足的发展。

    从太阳能获得电力,需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同。要使太阳能发电真正达到实用水平,一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本,二是要实现太阳能发电同的电网联网。

    分类/太阳能发电 编辑

    太阳能光发电

    太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。 它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。 光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能,并使之转变成电能的直接发电方式,是当今太阳光发电的主流。在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池,目前得到实际应用的是光伏电池。  

    光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器组成,其中太阳能电池是光伏发电系统的关键部分,太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池主要分为晶体硅电池和薄膜电池两类,前者包括单晶硅电池、多晶硅电池两种,后者主要包括非晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池。

    单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高可达23%,在太阳能电池中光电转换效率最高,但其制造成本高。单晶硅太阳能电池的使用寿命一般可达15年,最高可达25年。多晶硅太阳能电池的光电转换效率为14%到16%,其制作成本低于单晶硅太阳能电池,因此得到大量发展,但多晶硅太阳能电池的使用寿命要比单晶硅太阳能电池要短。

    薄膜太阳能电池是用硅、硫化镉、砷化镓等薄膜为基体材料的太阳能电池。薄膜太阳能电池可以使用质轻、价低的基底材料(如玻璃、塑料、陶瓷等)来制造,形成可产生电压的薄膜厚度不到1微米,便于运输和安装。然而,沉淀在异质基底上的薄膜会产生一些缺陷,因此现有的碲化镉和铜铟镓硒太阳能电池的规模化量产转换效率只有12%到14%,而其理论上限可达29%。如果在生产过程中能够减少碲化镉的缺陷,将会增加电池的寿命,并提高其转化效率。这就需要研究缺陷产生的原因,以及减少缺陷和控制质量的途径。太阳能电池界面也很关键,需要大量的研发投入。

    太阳能热发电

    通过水或其他工质和装置将太阳辐射能转换为电能的发电方式,称为太阳能热发电。先将太阳能转化为热能,再将热能转化成电能,它有两种转化方式:一种是将太阳热能直接转化成电能,如半导体或金属材料的温差发电,真空器件中的热电子和热电离子发电,碱金属热电转换,以及磁流体发电等;另一种方式是将太阳热能通过热机(如汽轮机)带动发电机发电,与常规热力发电类似,只不过是其热能不是来自燃料,而是来自太阳能。太阳能热发电有多种类型,主要有以下五种:塔式系统、槽式系统、盘式系统、太阳池和太阳能塔热气流发电。 前三种是聚光型太阳能热发电系统,后两种是非聚光型。 一些发达国家将太阳能热发电技术作为国家研发重点,制造了数十台各种类型的太阳能热发电示范电站,已达到并网发电的实际应用水平。  

    目前世界上现有的最有前途的太阳能热发电系统大致可分为:槽形抛物面聚焦系统、中央接受器或太阳塔聚焦系统和盘形抛物面聚焦系统。在技术上和经济上可行的三种形式是:30~ 80MW聚焦抛物面槽式太阳能热发电技术(简称抛物面槽式);30~ 200MW点聚焦中央接收式太阳能热发电技术(简称中央接收式);7.5~ 25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。

    聚焦式太阳能热发电系统的传热工质主要是水、水蒸汽和熔盐等,这些传热工质在接收器内可以加热到摄氏450度然后用于发电。此外,该发电方式的储热系统可以将热能暂时储存数小时,以备用电高峰时之需。

    抛物槽式聚焦系统是利用抛物柱面槽式发射镜将阳光聚集到管形的接收器上,并将管内传热工质加热,在热换气器内产生蒸汽,推动常规汽轮机发电。塔式太阳能热发电系统是利用一组独立跟踪太阳的定日镜,将阳光聚集到一个固定塔顶部的接收器上以产生高温。

    除了上述几种传统的太阳能热发电方式以外,太阳能烟囱发电、太阳池发电等新领域的研究也有进展。

    发电装置/太阳能发电 编辑

    太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置,在广大的无电力网地区,该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电,一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目 前从民用的角度,在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术,而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。

    太阳能发电系统主要包括:太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中,太阳能电池组件和蓄电池为电源系统,控制器和逆变器为控制保护系统,负载为系统终端。

    太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元,因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

    电池单元

    由于技术和材料原因,单一电池的发电量是十分有限的,实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统,称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管,根据半导体材料的电子学特性,当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时,在一定的条件下,太阳能辐射被半导体材料吸收,在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场,因而能在光照下形成电流密度J,短路电流Isc,开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载,理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路,就有"光生电流"流过,太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。

    理论研究表明,太阳能电池组件的峰值功率Pk,由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。

    储存单元

    太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存,蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的,但其容量要受到末端需电量,日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。

    控制器

    控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近,以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式,使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障,如电池开路或接反时切断开关。目 前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm,又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器,将固定电池组件的效率提高了50%左右。

    逆变器

    逆变器按激励方式,可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路,一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等,得到与照明负载频率f,额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。

    防反充二极管

    太阳能光伏发电系统的防反充二极管又称阻塞二极管,在太阳电池组件中其作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨和夜晚不发电或出现短路故障时,擂电池组通过太阳电池方阵放电。防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中,起单向导通作用。因此它必须保证回路中有最大电流,而且要承受最大反向电压的冲击。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。一块板的话可以不用任何二极管,因为控制器本来就可防反冲。板子串联的话,需要安装旁路二极管,如果是并联的话就要装个防反冲二极管,防止板子直接冲电。防反充二极管只是保护作用,不会影响发电效果。

    效率

    在太阳能发电系统中,系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲,要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多,而且系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来,晶体硅作为主角材料保持着统治地位。对硅电池转换率的研究,主要围绕着加大吸能面,如双面电池,减小反射;运用吸杂技术减小半导体材料的复合;电池超薄型化;改进理论,建立新模型;聚光电池等。

    优势与缺点/太阳能发电 编辑

    太阳能光伏发电具有许多独有的优点:

    1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源,而且太阳能光伏发电是安全可靠的,不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响;

    2、太阳光普照大地,太阳能是随处可得的,太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用,而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失;

    3、太阳能的产生不需要燃料,使得运行成本大大降低;

    4、除了跟踪式外,太阳能光伏发电没有运动部件,因此不易损毁,安装相对容易,维护简单;

    5、太阳能光伏发电不会产生任何废弃物,并且不会产生噪音、温室及有毒气体,是很理想的洁净能源。安装1KW光伏发电系统,每年可少排放CO600~2300kg,NOx16kg,SOx9kg及其他微粒0.6kg;

    6、可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁,不需要占用大量土地,而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能,进而降低墙壁和屋顶的温度,减少室内空调的负荷;

    7、太阳能光伏发电系统的建设周期短,而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活,发电系统的能量回收周期短;

    8、不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电。

    任何事物都有其两面性,太阳能光伏发电虽然具有上述的诸多优点,但是也有其缺点:

    1、地理分布、季节变化、昼夜交替会严重影响其发电量,当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小,这就会影响用电设备的正常使用;

    2、能量的密度低,当大规模使用的时候,占用的面积会比较大,而且会受到太阳辐射强度的影响;

    3、光伏系统的造价还比较高,系统成本40000~60000元/kW,初始投资高严重制约了其广泛应用;

    4、年发电时数较低,平均1300 h;

    5、精准预测系统发电量比较困难。

    现状与应用/太阳能发电 编辑

    现状

    太阳能的使用主要分为几个方面:家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等,风光互补系统。

    太阳能的利用还不是很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨 道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km,从而可计算出,地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2,地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡,相当于有102000TW 的能量,人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外),虽然太阳能资源总量相当于现 在人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

    太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响,但可以分散地进行,所以它适于各家各户分别进行发电,而且要联接到供电网络上,使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司,不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决,关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律,保证进行太阳能发电的家庭利益,鼓励家庭进行太阳能发电。

    日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网,已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象,实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80%装上太阳能发电设备,便可满足全国总电力需要的14%,如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电,则太阳能发电将占全国电力的30%-40%。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统,需600万至700万日元,还未包括安装的工钱。有关专家认为,至少要降到100万到200万日元时,太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。

    美国德州仪器公司和SCE公司宣布,它们开发出一种新的太阳电池,每一单元是直径不到1毫米的小珠,它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上,就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1,700个这样的单元。这种新电池的特点是,虽然变换效率只有8%—10%,但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实,可以像布帛一样随意折叠且经久耐用,挂在向阳处便可发电,非常方便。据称,使用这种新太阳电池,每瓦发电能力的设备只要1.5至2美元,而且每发一度电的费用也可降到14美分左右,完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上,每年就可获得一二千度的电力。

    应用领域

    1、用户太阳能电源:小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收录机等;3-5KW家庭屋顶并网发电系统;光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

    2、交通领域:如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

    3、 通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

    4、石油、海洋、气象领域:石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

    5、家庭灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

    6、光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。

    7、太阳能建筑:将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。

    8、其他领域包括:与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;海水淡化设备供电;卫星、航天器、空间太阳能电站等。、

    设计与研究

    成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。1997年6月,美国宣布了以总统命名的"太阳能百万屋顶计划",在2010年以前为100万座住宅实施太阳能发电系统。日本"新阳光计划"已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170~210日元/W,太阳能电池年产量达10MW,电池成本降到25~30日元/W。1999年5月14日,德国仅用一年两个月建成了全球首座零排放太阳能电池组件厂,完全用可再生能源提供电力,生产中不排放CO2。工厂的南墙面为约10m高的PV阵列玻璃幕墙,包括屋顶PV组件,整个工厂建筑装有575m2的太阳能电池组件,仅此可为该建筑提供三分之一以上的电能,其墙面和屋顶PV组件造型、色彩、建筑风格与建筑物的结合,与周围的自然环境的整合达到了十分完美的协调。该建筑另有约45kW容量,由以自然状态的菜子油作燃料的热电厂提供,经设计燃烧菜子油时产生的CO2与油菜生长所需的CO2基本平衡,是一座真正意义上的零排放工厂。BIPV还注重建筑装饰艺术方面的研究,在捷克由德国WIP公司和捷克合作,建成了世界第一面彩色PV幕墙。印度西孟加拉邦为一无电岛117家村民安装了12.5kW的BIPV。国内常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功一种"太阳房",把发电、节能、环保、增值融于一房,成功地把光电技术与建筑技术结合起来,称为太阳能建筑系统(SPBS),SPBS已于2000年9月20日通过专家论证。上海浦东建成了国内首座太阳能--照明一体化的公厕,所有用电由屋顶太阳能电池提供。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。

    绿色照明系统优化设计,要求低能耗下获得高的光效输出,并延长灯的使用寿命。因此DC-AC逆变器设计,应获得合理的灯丝预热时间和激励灯管的电压和电流波形。处在研究开发中的太阳能照明光源激励方式有四种典型电路:①自激推挽振荡电路,通过灯丝串联启辉器预热启动。该光源系统的主要参数是:输入电压DC=12V,输出光效>495Lm/支,灯管额定效率9W,有效寿命3200h,连续开启次数>1000次。②自激推挽振荡(简单式)电路,该光源系统的主要参数是:输入电压DC=12V,灯管功率9W,输出光效315Lm/支,连续启动次数>1500次。③自激单管振荡电路,灯丝串联继电器预热启动方式。④自激单管振荡(简单式)电路等方式的高效节能绿色光源。

    太阳能电池/太阳能发电 编辑

    原理

    吉光光电 吉光光电

    太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相同,现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了跃迁,成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。

    这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程。

    生产

    生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。以单晶硅为例,其生产过程可分为:

    太阳能发电 太阳能发电

    工序一:硅片清洗制绒

    目的在于进行表面处理,清除表面油污和金属杂质;去除硅片表面的切割损坏层。在硅片表面制作绒面,形成减反射织构,降低表面反射率。利用Si在稀NaOH溶液中的各向异性腐蚀,在硅片表面形成3-6 微米的金字塔结构,这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射,增加了对光的吸收。

    工序二:扩散

    太阳能发电 太阳能发电

    硅片的单/双面液态源磷扩散,制作N型发射极区,以形成光电转换的基本结构:PN结。POCl3 液态分子在N2 载气的携带下进入炉管,在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换,并扩散进入硅片表面,激活形成N型掺杂,与P型衬底形成PN结。主要的化学反应式如下:POCl3 + O2 → P2O5 + Cl2 P2O5 + Si → SiO2 + P。

    工序三:等离子刻边

    去除扩散后硅片周边形成的短路环。

    工序四:去除磷硅玻璃

    太阳能发电 太阳能发电

    去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃(磷硅玻璃是指掺有P2O5的SiO2层)。

    工序五:PECVD

    目的在于减反射+钝化,PECVD即等离子体增强化学气相淀积设备,Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;制作减少硅片表面反射的SiN 薄膜(~80nm);SiN 薄膜中含有大量的氢离子,氢离子注入到硅片中,达到表面钝化和体钝化的目的,有效降低了载流子的复合,提高了电池的短路电流和开路电压。硅烷与氨气反应生成SiN 淀积在硅片表面形成减反射膜。利用高频电源辉光放电产生等离子体对化学气相沉积过程施加影响的技术。由于等离子体存在,促进气体分子的分解、化合、激发和电离,促进反应活性基团的生成,从而降低沉积温度。PECVD在200℃~500℃范围内成膜,远小于其它CVD在700℃~950℃范围内成膜。反应过程中有大量的氢离子注入到硅片中,使硅片中悬挂键饱和、缺陷失去活性,达到表面钝化和体钝化的目的。

    工序六:丝网印刷

    用丝网印刷的方法,完成背场、背电极、正栅线电极的制作,已引出产生的光生电流。给硅片表面印刷一定图形的银浆或铝浆,通过烧结后形成欧姆接触,使电流有效输出;正面电极用Ag金属浆料,通常印成栅线状,在实现良好接触的同时使光线有较高的透过率;背面通常用Al金属浆料印满整个背面,一是为了克服由于电池串联而引起的电阻,二是减少背面的复合。

    工序七:烘干和烧结

    烘干金属浆料,并将其中的添加料挥发(前3个区);在背面形成铝硅合金和银铝合金,以制作良好的背接触(中间3个区);铝硅合金过程实际上是一个对硅进行P掺杂的过程,需加热到铝硅共熔点(577℃)以上。经过合金化后,随着温度的下降,液相中的硅将重新凝固出来,形成含有少量铝的结晶层,它补偿了N层中的施主杂质,从而得到以铝为受主杂质的P层,达到了消除背结的目的。在正面形成银硅合金,以良好的接触和遮光率;Ag浆料中的玻璃添加料在高温(~700度)下烧穿SiN膜,使得Ag金属接触硅片表面,在银硅共熔点(760度)以上进行合金化。

    前景

    太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门,尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用,以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段,它的成本还很高,发出1kW电需要投资上万美元,因此大规模使用仍然受到经济上的限制。

    但是从长远来看,随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明,各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求,太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法,可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。

    分布式太阳能发电/太阳能发电 编辑

    应用

    分布式光伏发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。
      分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有电站监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。

    系统应用范围:可在农村、牧区、山区,发展中的中、小城市或商业区附近建造小型分布式电站,解决当地用电需求。  

    方案特点

    系统相互独立,可自行控制,避免发生大规模停电事故,安全性高;
      弥补大电网稳定性的不足,在意外发生时继续供电,成为集中供电不可或缺的重要补充;
      可对区域电力的质量和性能进行实时监控,非常适合向农村、牧区、山区,发展中的中、小城市或商业区的居民供电,大大减小环保压力;
      输配电损耗低,甚至没有,无需建配电站,降低或避免附加的输配电成本;土建和安装成本低;
      调峰性能好,操作简单;由于参与运行的系统少,启停快速,便于实现全自动。

    维护与保养/太阳能发电 编辑

    1、太阳能光伏发电系统中的光伏方阵:检查并紧固联结螺栓和导线,测试输出,调整倾角。

    2、跟踪器:润滑轴承,检查螺栓和减震。

    3、备用燃料系统:确定接线,并已经检查完好,随时可用。

    4、充电控制器:检查整流器电压设置,检查电压表指示正常。如果电池温度低于55°F,应该允许充电到较高的电压(对于12伏的系统至少14.8伏)。如果你的充电控制器有温度补偿功能,会自动进行调整。如果有外接的温度传感器,确保已经贴在电池上。如果没有自动调整功能,就需要进行手动的把电压调高,并在春季时调回去(调到14.3伏)。如果充电控制器不可调,就尽量保持电池处于较温暖的环境。

    5、蓄电池(铅酸的):检查每块电池的电压,排除失效的,并确定是否需要均衡充电。如果需要就进行均衡充电维护(通常,在蓄电池充满后再进行8小时的中等过充)。把蓄电池上面的液体或灰尘洗净(用干燥的苏打粉中和酸性沉淀物)。清洁或更换腐蚀的接线端子。在接线端子上涂敷凡士林油以防止进一步的腐蚀。检查电池液,如有必要补充蒸馏水或去离子水。检查通风(通风管内是否有昆虫等)。注意:检查导线的尺寸,连接,保险丝等安全措施。接地雷击保护:安装或检查接地柱或地线。

    6、负载或电器:检查隐形负载或低效率用途壁灯的变压器和带遥控的电视机只要接通电源就耗电;检查发黑的白炽灯,考虑用卤素灯或荧光灯更换;更换发黑的荧光灯管;清洁照明灯及其固定支架上的灰尘。

    7、逆变器:检查调节器,安装设置,接线。注意:带有充电功能的逆变器的充电电压应设置到14.5(29)伏。参照使用手册。如有必要增加额外的温度探测器。

    8、电池温度铅酸蓄电池的容量在30°F时损失25%。充满后,在20°F时结冰导致损坏。夏季的过热也会影响其寿命。因此电池应当避免在极端的室外温度环境下使用。根据国家标准安装在室内电池可以安全运行。  

    前景展望/太阳能发电 编辑

    日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电,并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算,到2000年、2050年、2100年,即使全用太阳能发电供给全球能源,占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积 2.3%或全部沙漠的 51.4%,甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5%。因此这一方案是有可能实现的。

    天上发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想,准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板,上面布满太阳电池,这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目 前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电,但离真正实用还有漫长的路程。

    从各国的节能减排目标和联合国的《可再生能源特别报告》中看出,到2050年实现高比例的可再生能源替代是一个世界性的趋势,这将会促进中国太阳能光伏发电产业的发展。2012年10月26日,国家电网公司发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》,大幅度降低光伏发电入网门槛;国家能源局明确指出,到2020年装机目标是1亿KW,今后几年都是超过10个GW的国内装机容量。到2030年整个能源需求达到50亿吨标准煤,2050年达到52亿吨,可再生能源在2050年的整个能源需求里占到40%,在电力需求里可再生能源达到60%的比例,光伏发电可能装机要达到10亿KW。国家政策的大力支持,将会推动中国太阳能光伏发电产业的快速健康发展。  

    国家能源局12月24日发布《国家能源局综合司关于做好太阳能发展“十三五”规划编制工作的通知》,其中,太阳能光热发电被作为重要内容予以提及,这意味着光热发电将成为我国“十三五”期间着力发展的重要产业。太阳能利用的主要类型,重点包括太阳能光伏发电和太阳能热利用,具备太阳能热发电工程建设条件的地区,还应包括太阳能热发电的内容。规划期为2016-2020年,发展目标展望到2030年。其中太阳能热发电的规划研究内容包括:太阳能热发电重点区域及规模、重点项目选址及建设条件、技术路线和技术经济性研究等。太阳能热利用规划研究内容包括:太阳能热利用目标、重点地区、发展模式、城镇和农村建筑应用推广方式和措施等。

    太阳能热利用专题规划包括研究提出“十三五”期间太阳能热利用的总体目标和任务,提出建筑热水供暖、工业热水、空调制冷等领域的分类发展目标和区域布局;研究提出我国太阳能热利用的技术发展路线图;针对中高温技术研发、关键装备制造、系统集成技术、与常规能源系统融合等重点环节,提出技术创新的发展目标、实施方案和保障措施;分析比较中外产品和系统的竞争优势和劣势,比较国内外制造业的优势和劣势,研究提出“十三五”期间提升产业竞争力的目标、任务和保障措施;提出“十三五”期间完善太阳能热利用标准、检测和认证体系的任务、目标及实施步骤,提出加强产品质量控制、运行维护体系建设的政策和措施。

    我国光热发电产业在经历了十二五期间的沉淀蓄势后,已基本完成了产业链的建设和技术的积累,部分企业也掌握了一定的项目开发经验。2015年是十二五的最后一年,虽然我们已无法完成原定的1GW装机目标,但伴随政府层面对光热发电产业的愈加重视,实质性支持政策的下发,依托现有的产业基础,我国光热发电产业也必会在十三五期间迎来爆发。  

    无疑,利用太阳能发电的光伏发电技术前景广阔。太阳能资源近乎无限,光伏发电也不产生任何环境污染,是满足未来社会需求的理想能源。随着光伏发电技术的深入发展,转换效率的逐步提高,系统成本的日趋合理,以及相关的分布式发电技术、智能电网等的完善,光伏发电这种绿色能源将成为未来社会的重要能源。  

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    扩展阅读
    1太阳能光伏并网发电
    2http://www.qianzhan.com/report/detail/b49419b09eb841db.html
    3《中国太阳能发电站市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》

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