太阳能光伏发电系统设计.pdf

太阳能光伏发电系统设计、施工与维护论文太阳能电池制造院系机电一体化姓名潘博班级 21115X 简介 太阳能电池板 是通过吸收太阳光， 将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置， 大部分太阳能电池板的主要材料为“ 硅 ”，但因制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。材料当前，晶体硅材料（包括 多晶硅 和 单晶硅 ）是最主要的光伏材料，其市场占有率在 90以上 ,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等 3 个国家 7 个公司的 10 家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。 多晶硅的需求主要来自于 半导体 和太阳能电池。 按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。其中，用于 电子级多晶硅 占 55左右，太阳能级多晶硅占 45，随着 光伏 产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展，预计到2008 年 太阳能多晶硅 的需求量将超过电子级多晶硅。 1994 年全世界太阳能电池的总产量只有 69MW ， 而 2004 年就接近 1200MW ， 在短短的 10 年里就增长了 17 倍。专家预测 太阳能光伏产业 在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。原理太阳能发电原理太阳电池 是一种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，使电子发生了越迁，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。 这个过程的的实质是 光子能量转换成电能的过程。一、 太阳能发电 方式太阳能发电有两种方式， 一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。（ 1） 光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电， 一般是由 太阳能集热器 将所吸收的热能转太阳能电池板换成工质的蒸气， 再驱动汽轮机发电。 前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程， 与普通的火力发电一样。 太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高， 估计它的投资至少要比普通火电站贵 5～ 10 倍。一座 1000MW 的太阳能热电站需要投资 20～ 25 亿美元，平均 1kW 的投资为 2000 ～ 2500 美元。因此，适用小规模特殊的场合， 而大规模利用在经济上很不合算， 还不能与普通的火电站或核电站相竞争。（ 2） 光电直接转换方式该方式是利用光电效应， 将太阳辐射能直接转换成电能， 光电转换的基本装置就是太阳能电池。 太阳能电池是一种由于 光生伏特效应 而将太阳光能直接转化为电能的器件， 是一个半导体光电二极管， 当太阳光照到光电二极管上时， 光电二极管 就会把太阳的光能变成电能， 产生 电流 。 当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的 太阳能电池方阵 了。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点 .太阳能电池寿命长， 只要太阳存在， 太阳能电池就可以一次投资而长期使用； 与火力发电、 核能发电相比， 太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举， 大到百万千瓦的中型电站， 小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的制作流程 切片，清洗，制备绒面，周边刻蚀，去除背面 PN结，制作上下电极，制作减反射膜，烧结，测试分档等 10 步。太阳能电池具体的制作工艺说明（ 1） 切片采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。（ 2） 清洗用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去 30－ 50um 。（ 3） 制备绒面 用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。（ 4） 磷扩散采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成 PN结，结深一般为 0.3－ 0.5um 。（ 5） 周边刻蚀 扩散时在硅片周边表面形成的扩散层， 会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。（ 6） 去除背面 PN 结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面 PN结。（ 7） 制作上下电极 用真空蒸镀、 化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。（ 8） 制作减反射膜 为了减少入反射损失， 要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。 制作减反射膜的材料有 MgF2 ， SiO2 ， Al2O3 ， SiO ，Si3N4 ， TiO2 ， Ta2O5 等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、 PECVD 法或喷涂法等。（ 9） 烧结将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。（ 10）测试分档按规定参数规范，测试分类。 生产电池片的工艺比较复杂， 一般要经过硅片检测、 表面制绒、 扩散制结、 去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、 丝网印刷、快速烧结和检测分装等主要步骤。