太阳能光伏材料

太阳能光伏材料太阳能光伏材料又称太阳能电池板（Solar panel ）材料，是太阳能光伏发电不可获缺的一个应用单元，其作用是通过若干个太阳能电池组件按一定方式组装在一块板上的组装件来实现对太阳光和热的采集，达到转换为电能的目的。目前根据应用情况，太阳能电池板材料可以分为单晶硅、多晶硅、非晶硅、电磁聚光板、GaAs、GaAlAs、InP 、CdS、CdTe 等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅、电磁聚光板等，其他尚处于开发阶段。一、材料种类单晶硅光伏电池单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15左右，最高的达到 24，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达 15 年，最高可达 25 年。多晶硅光伏电池多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约 12左右 。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。非晶硅光伏电池非晶硅太阳电池是 1976 年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为 10左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。多元化合物光伏电池多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种a 高分子电磁片电池b 硫化镉太阳能电池c 砷化镓太阳能电池d铜铟硒太阳能电池新型多元带隙梯度 CuIn, GaSe2 薄膜太阳能电池二、太阳能电池板的构成1）钢化玻璃其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的， 1.透光率必须高（一般 91以上）；2.超白钢化处理。2） EVA 用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明 EVA 材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的 EVA 易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量除了 EVA 本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如 EVA胶连度不达标，EVA 与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起 EVA 提早老化，影响组件寿命。主要粘结封装发电主体和背板。3） 背板 作用，密封、绝缘、防水（一般都用 TPT、TPE 等材质必须耐老化，组件厂家都质保 25 年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。）4） 铝合金 保护层压件，起一定的密封、支撑作用。5） 接线盒 保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。6） 硅胶 密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。三、第三代聚光新材料经过数年的研发，第三代光伏电池包含各种在分子级别上具半导电特性的材料已初现端倪。其优势有三。 第一，是第三代光伏电池的效率可能是第一代晶体硅和第二代 薄膜光伏电池的两倍甚至三倍，也就是说，先前提到的 10 平方英里的太阳能电站在几年之后将可以为 60 万户家庭提供充足的电力，而不是 20 万户即 1/3 的供电规模。第二，第三代光伏电池使用价格较低的高通量印刷和涂层技术，该技术在制造期间耗能较少且设备投资较低，因此会比之前几代的成本大大降低。如，制造第一代和第二代电池时需要清洁的室内环境，而第三代则不需要。第三，第三代光伏电池具有灵活性。具体来说，其较高的吸光性可以使其厚度只有几微米，且具有高透明度，弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电（如计算器上的太阳能电池）。因此，可以通过丝网印刷印在窗户上。这样一来，我们就可以把电池直接安装在建筑物内。将来，从建筑物到大桥再到其他，所有一切都可以是一家大型发电厂，毫不费力地获取太阳能来满足我们不断增长的需求。四、太阳能聚光板 Photovoltaics 太阳能聚光板也叫电磁聚光板、高分子太阳能电磁聚光板，是利用高分子电磁新晶体材料，应用于光伏产业，效率远远高于传统硅晶板，广泛应用于航天技术，是航天和民用首选的环保材料。太阳能聚光板（PV）是聚光太阳能电池，光电电源（PP）产品的基本技术。太阳能光电板组合产品已经在纵向一体化、光学薄膜涂层、元件、设计自定义等方面的专业技术上有了重大改变，并且开始制造从太阳光中获取能量的太阳能电池和利用激光在光纤中传递能量的光电电源。凭借我们先进的半导体加工上的专业技能，电磁聚光型多结太阳能电池可以在聚光的作用下产生动力。无论是作为芯片和接收机组件，通过产品定制，我们可以提供非常可靠的电池产品，这种产品结合了我们在高质量通信上的经验和我们的在光电转换器上的技术。经过数万个光电转换器在该领域超过 10 年的应用，高分子太阳能电磁聚光板的电池在高效率上表现出持久良好的性能。基本原理电磁聚光型太阳能电池是聚光型太阳能电池Concentrator Photovoltaic、高聚光镜面菲涅尔透镜Fresnel Lenes以及太阳光追踪器Sun Tracker]的组合，其太阳能能量转换效率可达 31～40.7 ，且向阳时间长。CPV 通过聚光的方式把一定面积上的光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域（焦斑），太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减少了太阳能电池的用量。同样条件下，倍率越高，所需太阳能电池面积越小。优势极高的规模化潜力。因其光电转化效率高等特点，是在可预见的未来时间里能用于建造大型支撑电源的最理想的太阳能发电技术。1、成本下降空间巨大。CPV 技术极大地减少了光电材料的使用量，而光电材料是太阳能电池中成本最高的部分。与晶硅和薄膜太阳能发电技术相比，CPV 目前 3-4 美元/Wp 的建设成本并无优势，但作为一项新兴技术，随着生产规模的扩大、电池效率的提高、聚光模块的改进等，成本有巨大的下降空间。2、占地面积小。在同等发电量的情况下，CPV 电厂的土地占用面积比平板式太阳能要小得多。CPV 系统由支柱承载其主要结构体，占地面积极小，且由于系统在地面产生的阴影面积是移动的，所以对电厂所在地的生态影响也较小，面板下方的土地仍然可以用于畜牧等用途。3、耗水量极低。通常具有高太阳辐射的地区都比较缺水，CPV 系统的整个发电过程中完全不需要水，仅需少量水用于清洁太阳能组件的玻璃外壳。与聚光光热CST、核电、IGCC 等清洁发电技术相比， CPV 有着明显的节水优势。4、材料循环利用。CPV 技术还有另一个特别吸引人的地方该技术所使用的 97的材料（大部分为玻璃和铝）都可循环利用。由于成本降低，使用 CPV 技术的发电厂能够在 6个月之内收回成本。更为奇妙的是，CPV 技术允许接收太阳能的玻璃阵列不规则排列，从而可以最大程度地开发可利用土地，将太阳能利用最大化。而且因为该系统能够在白天跟踪太阳移动轨迹，人们甚至可以在玻璃阵列下面种植庄稼。5、与传统光伏产业的共存。尽管成本低廉，但 CPV 并不对传统的太阳能光伏产业构成威胁，因为 CPV 与传统 PV 所适用的领域不一样。前者更适合大规模设施，宜于建成发电厂；而后者更适合分散的小规模应用，如应用于房顶之上。但这项技术却对大型聚热太阳能发电厂构成了实实在在的威胁。聚光型太阳能系统模组CPV 系统模组主要由太阳能电池、高聚光镜面菲涅尔透镜等光学聚光元件、太阳光追踪器组成。应用菲涅尔透镜的作用就是将光线从相对较大的区域面积转换成相当小的面积上，这种透镜也被称做集光器或聚光器。在太阳聚光领域，菲涅尔透镜是聚光太阳能系统CPV中重要的光学部件之一。太阳菲涅尔透镜聚光镜就是，透镜的焦点刚好落在太阳能芯片上。当透镜面垂直面向太阳时，光线将会被聚焦在电池片上，汇聚了更多的能量，因而需要较小的电池片面积，大大节约了成本。应用菲涅尔透镜能够将太阳光聚焦到入光面 1/10 至 1/1000 甚至更小的接收面（高性能电池片）上，比传统平板光伏FPV发电效率提高 30以上，满足太阳能聚光发电CPV 和聚热系统TPV 中高能量高温需求。聚光太阳能系统所用的是正菲涅尔透镜，光线从一侧进入，经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点或以平行光射出。焦点在光线的另一侧，并且是有限共轭。菲涅尔透镜克服了普通透镜重量大的缺点，可省去约 80的材料成本，应用结构简单。在实际应用中，系统还应安装二次聚光设备，由于受到太阳光跟踪系统的精度和风向等影响，太阳光入射方向有可能偏离聚光轴向方向，以 400 倍菲涅尔透镜为例，如果入射角偏离 0.5 度，光学效率将降为 64，如果入射角偏离 1 度，光学效率将降为 0。为增加对太阳光入射偏离容忍度，可在太阳能电池表面加上二次聚光器，可将容忍度提高到一度。五、功率计算太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以 100W 输出功率，每天使用 6 个小时为例，介绍一下计算方法1.首先应计算出每天消耗的瓦时数包括逆变器的损耗若逆变器的转换效率为 90，则当输出功率为 100W 时，则实际需要输出功率应为 100W/90111W；若按每天使用 5小时，则耗电量为 111W*5 小时555Wh。2.计算太阳能电池板按每日有效日照时间为 6 小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为 555Wh/6h/70130W。其中 70是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。六、应用领域1.用户太阳能电源（1）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；（2）3-5KW 家庭屋顶并网发电系统；（3 ）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、宇翔路灯、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（1）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；（2）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；（3）海水淡化设备供电；（4 ）卫星、航天器、空间太阳能电站等。