光伏技术及太阳电池

光伏技术及太阳电池发布日期： 2010-3-16 14:19:18 来源：中海阳光伏技术是人类在探索利用自然能源和洁净能源过程中的伟大发明，是一种可以将太阳能转化为电能的新型技术，在能源短缺和逐渐匮乏的今天有着重要的地位。早在 1839 年，法国科学家贝克雷尔 (Becqurel) 就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称 “光伏效应”。 1954 年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。上图所示为太阳电池的基本原理： 目前， 大多数太阳电池厂家都是通过扩散工艺， 在 p 型硅片上形成 n型区，在两区交界就形成了一个 p-n 结。太阳电池的基本结构就是一个大面积平面 p-n 结。由于在结区附近电子和空穴的相互扩散，从而在结区形成一个由 n 区指向 p 区的内建电场。如果光线照射在太阳电池上并且光在界面层被吸收，光子具有能量，并能够在 p 型硅和 n 型硅中将电子从共价键中激发， 以至产生电子 - 空穴对。 界面层附近的电子和空穴在复合之前，在空间电荷的电场作用下相互分离。 n 区的空穴向 p 区运动，而 p 区的电子向 n 区运动，最后造成在太阳电池受光面（上表面）有大量负电荷（电子）积累，而在电池背光面（下表面）有大量正电荷（空穴）积累。如在电池上、下表面做上金属电极，并用导线接上负载，在负载上就有电流通过。只要太阳光照不断，负载上就一直有电流通过。从上世纪 70 年代中期开始了地面用太阳电池商品化以来，晶体硅就作为基本的电池材料占据着统治地位。以晶体硅材料制备的太阳电池主要包括：单晶硅太阳电池，铸造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只能处在研发阶段。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过 80%，而这一发展趋势还在继续增长。数年前的成本分析认为：原料至硅原片的制造过程，硅原片至电池片的制造过程，电池片到组件的制造过程所占的成本均为 33％， 而现今的分析认为硅片的制造成本已经占据了 50％以上。 这主要是由于电池及其组件的制造工艺和过程已经得到了很大的改进和优化，但是整个产业链中的硅片制造工艺并没有太大的进步，所以硅片制造所占的成本比例越来越大。要想改变这种局势，降低太阳能电池的制造成本，可以采取以下三个方面：1 ．改进硅原片的生产工艺并降低消耗，在保证硅原片质量不变的情况下降低硅锭制造过程中的成本。2 ．降低线锯切割的成本。（把硅锭切割成为硅片的过程称为线锯）3 ．切割的硅片要更薄。目前商业化硅太阳电池的硅片厚度为 250-350um，这主要是切割过程中的机械稳定性不够。 据有关人士称： 日本的 sharp 公司所采用的硅原片的厚度已经达到了 150um这样的薄硅片。而据有关专业人士称：中国在今后的若干年内有可能成为世界或远东最大的光伏市场之一。由于注意到了常规能源供给将不能满足中国快速增长的经济需求， 中国政府正把注意力转移到推动可再生能源上来，包括光伏。光伏电站不仅会建在缺电的边远地区，也会建在电网完备的大都市地区。政府部门正在全力制订光伏建筑的技术标准和经济激励措施，而个人和机构将明确地被鼓励安装光伏发电装置。光伏整合一体化建筑的一些基本要求也将会被房开和建筑商所注意。将责成公用机构以立法确定的价格强制收购联网的光伏电站所发之电，若违约则将面临重罚以保护光伏电站投资者利益。价格制订原则将会体现鼓励推广利用可再生能源和经济上可行。 内蒙一个拟议中的光伏电站收购价格将会是 3.5 元 / 度， 考虑到当地情况，该价格将会是令各方面都满意的价格。该价格有可能成为全国标准的基础，同时认为在中国其他地区 4-4.5 元 / 度可能是更好的价格，价格可以随地区而不同。 除了收购政策， 其他鼓励措施可能包括指定银行提供低息贷款。中国光伏市场发展的良好基础已经奠定， 调节机制已经敲定 , 似乎已经获得政治支持。 这不仅在政治领袖谈论太阳能的正式讲话中可以看到 , 而且事实上 , 北京与各省和各地区政府已经对产业界发出强烈信号：政府愿意部分负担太阳能项目的费用，其余投资将来自短期负债、国内外私人投资等。其中在各地的《 RE上网电价政策》法规制定方面，已经开始凸现太阳能的利好消息。也希望中国政府在政策和法规上继续加以引导和规范，有关人士推荐可以采用以下三个方面： 1. 有吸引力的回贴价格，低息贷款； 2. 对投资者利益强有力的司法保护； 3.PV 项目只能由有经验的专业安装公司实施，坏的设计和安装只会大大降低 PV 电站的发电效率，从而导致投资者的损失。太阳能电池 ( 组件 ) 生产工艺发布日期： 2010-3-16 14:37:35 来源：中海阳组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。流程：1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7 、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试—— 10、组件测试—外观检验— 11、包装入库组件高效和高寿命如何保证：1、高转换效率、高质量的电池片；2、高质量的原材料，例如：高的交联度的 EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高 透光率高强度的钢化玻璃等；3、合理的封装工艺；4、员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。太阳电池组装工艺简介：工艺简介：在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识。1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。2 、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的 2 倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。3、背面串接：背面焊接是将 36 片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板， 上面有 36 个放置电池片的凹槽， 槽的大小和电池的大小相对应， 槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到 “后面电池” 的背面电极 （正极） 上， 这样依次将 36 片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的 EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（ primer ）以增加玻璃和 EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、 EVA、电池、 EVA、玻璃纤维、背板）。5 、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使 EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据 EVA的性质决定。我们使用快速固化 EVA时，层压循环时间约为 25 分钟。固化温度为 150℃。6、修边：层压时 EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。7、装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。8、焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。9、高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。10、组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。太阳能电池阵列设计步骤：1、计算负载 24h 消耗容量 P。P=H/V V——负载额定电源2、选定每天日照时数 T(H) 。3、计算太阳能阵列工作电流。IP=P(1+Q)/T Q——按阴雨期富余系数， Q=0。 21～ 1。 00 4、确定蓄电池浮充电压 VF。镉镍 ( ＧＮ ) 和铅酸 ( ＣＳ ) 蓄电池的单体浮充电压分别为 1。 4～ 1。 6V 和 2。 2V。5、太阳能电池温度补偿电压 VT。VT=2.1/430(T-25)VF 6、计算太阳能电池阵列工作电压 VP。VP=VF+VD+VT 其中 VD=0.5～ 0.7 约等于 VF 7、太阳电池阵列输出功率 WP平板式太阳能电板。WP=IP× UP 8、根据 VP、 WP在硅电池平板组合系列表格，确定标准规格的串联块数和并联组数。利用切割钢丝带动砂浆， 利用砂浆中 SiC 微粒与 晶 棒进行摩擦， 达到切割 的 目 的 。 并不是钢丝切割 晶 棒， 钢丝 的 摩尔硬度为 5.5 左右， 单 晶硅的 摩尔硬度为 6.5 左右， 而 SiC 的 摩尔硬度为 9.25-9.5 左右， 因此钢丝是切割不了 晶 棒 的 ， 这也是解释当砂浆流量异常及砂浆中 SiC含量过低时容易断线 的 原因。 切割 的 过程就是将 晶 棒固定于进给台， 进给台按一定 的 下压速度将 晶 棒与高速运动 的 线网接触， 利用线网带动砂浆中 的 SiC 切割 晶 棒， 根据不同主辊槽距和钢丝线径将 晶 棒切割成 0.2mm左右厚 的硅 片。切割材料及 作用 ：钢丝：砂浆 的 载体浆料 （砂 + 液）：冷却、悬浮砂（碳化 硅 ，菱形）：切割 作用液（乙二醇）：悬浮 作用（ PV-Tech 讯）作为全球著名硅片切割液回收处理专家，赛锡科技有限公司（ SiCProcessing GmbH ） 在刚刚过去的上海 SNEC 2011 光伏展上与多家硅片制造商签署了合作协议， 进一步扩大了其中国市场的份额。 赛锡科技分别与三家知名硅片制造商签署了五条生产线合同，总投资额达到 4500 万欧元。从目前订单看， 截止 2012 年上半年， 赛锡科技累计新增的处理量为 7.5 万吨 /年，全球范围内赛锡科技的切割废浆料回收处理年产能将达到 40 万吨。目前赛锡科技在全球废浆料处理市场中占据了 40% 的份额，新增订单将进一步巩固、扩大其硅片切割浆料回收领域的领先地位。成立于 1999 年的赛锡科技在中国以江苏无锡和河北保定两个光伏制造基地地区为中心，分别于 2005 年和 2008 年建立了两座工厂。其中保定工厂一期、二期项目已经全面投产， 三期、 四期项目将在 2011 年 4 月建成。 保定工厂由赛锡集团与瑞士梅耶博格共同投资。目前位于中国江苏扬中市的第三座工厂正在建设中，该项目投资 6100 万欧元。2010 年赛锡科技的全球销售额达到 1.6 亿欧元，增幅 54% ， EBITDA （扣除利息、税项、折旧及摊销前盈利）达到 5100 万欧元，增幅 50% 。赛锡科技首席执行官 Heckmann 先生表示， “ 我们为赛锡科技的发展感到非常高兴，同时也要深深感谢客户对我们科技与技术的信任和支持。 ”太阳能硅片切割液废砂浆是切割液（ PEG ）和砂浆的混合物，目前主要依靠离心和沉降两种回收技术， 对废砂浆进行处理， 回收其中的切割液和碳化硅微粉， 返回到太阳能线切割机重新使用。由于太阳能行业的特殊性，硅片加工对于切割力和硅片表面都有很高的技术要求，因此对切割液和碳化硅微粉的要求相应也很高， 质量要稳定可靠。 目前， 国内使用的切割液和碳化硅微粉在线切割过程中，砂浆中不可避免的会混入硅粉、铁、高聚物等杂质，部分碳化硅微粉也会因切割作用而出现破损，产生的废砂浆很难继续使用。利用沉降离心、化学清洗、絮凝过滤、精馏、萃取、旋风分级等分离原理和方法，将废砂浆中杂质和水分去除，可以得到优质合格的切割液和碳化硅微粉，从而实现二次利用。液体回收过程主要利用物理作用将其中的固体微粒去除，要求不增加任何可溶性杂质。这样得到的液体才能够保证原有的化学成分， 具有与新切割液相同的表面活性、 悬浮力和携带力，可多次重复使用。在碳化硅微粉回收时，除了利用物理作用将其中的细颗粒去除外，还必须利用多种化学作用将其中的硅粉、 铁、 胶粒去除， 这样才能保证得到的碳化硅微粉具有原砂浆中碳化硅微粉同样的品质。 且回收过程不增加任何微粉颗粒， 而切割过程会使大的颗粒变细， 因此回收到的微粉没有大颗粒，不会在以后使用过程中产生划伤硅片的现象。但是由于使用回收料的成本较低，国内从 2007 年开始，对回收液的使用越来越多，尤其是一些大厂为了节约成本，回收液的使用比例占到总的切割液使用量的 50% 左右。国内目前从事回收的厂家有无锡赛夕、 无锡佳宇、青岛海科林、 常州盈天等。 碳化硅微粉和切割液的回收率分别占废砂浆的 30% 和 35% 以上。国内的回收利用起步较晚，回收技术参差不齐，所以在使用回收液和回收砂的过程中，经常会由于回收物料的质量问题而引起脏片、 线痕片等情况。 由于在这类回收物料的使用工艺中，所涉及物料如：切割液（回收液）、碳化硅（回收的碳化硅）、清洗剂、水 等，从而可能引起污片的情况有： 1、回收液回收质量差； 2、回收的碳化硅中含有游离碳； 3、清洗剂效果不好； 4、清洗工序时间安排不合理等。总之，随着工艺的不断成熟，太阳能硅片切割液废砂浆的回收利用逐渐成为太阳能辅料市场的主流，在未来的两年内将占到该市场的 50% 。对光伏行业来说，以聚乙二醇为主要原料的切割液废砂浆的回收具有很高的经济价值。由于在应用上对太阳能硅片表面的平整度、 洁净度、 导电性等性能指标有着严格的要求， 太阳能硅片的切割过程中， 需要使用硬度高、 粒度小且粒径分布集中的碳化硅微粉作为主要切削介质。 为使碳化硅微粉在切削过程中分散均匀， 同时及时带走切削过程中产生的巨大的摩擦热，通常需先将碳化微粉按照一定比例加入到以聚乙二醇（ PEG ）为主要原料合成的水溶性太阳能硅片切割液中并充分分散，配置成均匀稳定的切割砂浆后再用于硅片切割。使用碳化硅微粉作为介质在太阳能硅片线切割过程中， 由于碳化硅颗粒与硅棒之间的碰撞和摩擦而产生的破碎碳化硅颗粒和硅颗粒也将混入切割体系中。同时 ,切割过程产生的切割热， 也会导致切割液本身的质变。 因此，切割液在使用几次后必须更换， 由此导致加工成本的增加。所以，硅片切割企业都面临着大量的废弃切割液的回收利用问题。 一般情况下，一台切割机每年产生的废弃切割砂浆高达上百吨。太阳能硅片切割市场：废砂浆回收项目可行性研究报告随着太阳能硅片切割行业的重新洗牌以及利润的持续下降， 硅片切割企业不约而同地打起来控制生产过程， 降低生产成本的牌。 最直接的就是对三大辅料中的切割液和碳化硅微粉的回收再利用。 由于通过对废砂浆的回收利用， 可以使切割液和碳化硅微粉的成本降低至少 50％，所以未来三到五年，废砂浆回收项目将会受到国内切片厂的大力追捧，回收液和回收砂的市场份额也将会有大幅度上升，最终回收液的市场需求量有望达到 50000 — 70000 吨，因此废砂浆回收项目具有相当的可行性。一、项目市场分析由于目前回收液的市场份额只占整个切割液市场份额的 20％左右，而随着废砂浆回收技术的提高和切割技术对回收液和回收砂的利用水平的提高， 回收液和回收砂的使用量至少可以上升到市场份额的 50％。 按液 8000 元 / 吨， 砂 10000元 / 吨计算，分别为液 4－ 5.6 亿人民币，砂 5－ 7 亿元人民币。1、竞争环境分析进入 2009 年以来，新液的技术壁垒已经被打破，在 2009 年的上半年，市场上涌现出了近 10 家生产新液的化工厂，使得整个新液市场竞争异常激烈，价格从年初的 16000 一降再降到现在的 13000 上下， 大有跌破 12000 的趋势。 同时，随着石油价格的上涨，成本有增无减，利润不断趋薄，货款回收周期拉长，整个行业极其惨淡。而反观废砂浆回收市场，从事该项目的企业真正上规模的只有两家，并且生意异常火爆， 业绩一直呈增长态势。 由于硅片切割厂家要节省成本， 而回收液一吨的价格只有 8000 元左右，回收砂一吨的价格也只有 10000 元左右。并且随着回收技术的提高，可以实现回收液、回收砂和新液、新砂以 1： 1 的比例混合使用，大大降低了硅片的生产成本，使得硅片切割厂家从 09 年以来对废砂浆回收越来越愿意接受，加速了废砂浆回收市场的启动。2、 项目竞争优势分析废砂浆回收主要分为在线回收和离线回收。（ 1）在线回收是指运用在线回收机直接对废砂浆进行离心分离，将杂质剔除的同时补充一定量的新液和新砂， 然后直接循环利用。 优点是通过在线回收机回收出来的直接就是砂浆， 不用将液和砂分离， 同时免去了物流等中间环节； 缺点是通过回收之后砂浆的杂质还是不可能剔除的很精细，并且加工能力有限，一台800 万的砂浆在线回收机，月加工能力最多只有 60 吨－ 100 吨。（ 2）离线回收是指通过建设废砂浆回收处理厂来对废砂浆进行分离加工。优点是可以回收出质量比较好的回收液和回收砂， 规模投资成本相对较小， 投资 800万人民币可以建成一个年处理 5000 吨－ 8000 吨的废砂浆回收处理厂。缺点是物流等中间环节较多，但是，如果是为切片厂做配套，建在大型切片厂附近，就可以规避这些不便。总之，离线回收项目，即通过建立回收工厂的模式在现有市场中更具有竞争力。二、建设条件和工程进度分析1、建设条件由于废砂浆回收项目在投入运营的过程中，涉及到比较高的物流成本，所以该项目在建设的过程中需要考虑营销的辐射半径， 最理想的建设条件是建在某一家规模比较大的切片厂附近或者某一个切片产业集群附近， 为其配套， 形成经营联合体。 这样不仅可以节省运营成本， 还可以因成本降低而降低终端产品的价格，保持比较有竞争力的区域终端价，提高该项目的整体竞争力。2、工程进度以年处理 5000 吨废砂浆的项目为例， 整个项目从土建到投入运营三到五个月就可以完成。三、技术原理与生产工艺流程1、技术原理目前国内比较成熟的工艺是将化工和矿业加工技术相融合， 结合电子材料加工的特点，利用离心分离分散、化学清洗、絮凝、萃取等分离原理和方法，将废砂浆中的杂质清除，得到合格的碳化硅微粉和切割液。2、 生产工艺流程整个回收过程可分解为三个子过程（ 1）固液分离过程利用硅粉比碳化硅微粉颗粒密度均小的特点，将废砂浆分解为碳化硅微粉和含硅粉的切割液两股物流。采用加分离剂的多级分离过程实现此分离。（ 2）液体回收过程采用沉降和过滤相结合的方法，将含硅粉的切割液分离。首先将硅粉与切割液分离，为节约能量，采用多效蒸发技术。（ 3）碳化硅微粉回收过程将多级分离中生产的精碳化硅加入适量的化学药剂，化学处理后进行分级水洗，得到的湿碳化硅微粉干燥筛分后即为干燥碳化硅微粉。3、设备（隐去）四、投资回报分析以年处理能力 5000 吨废砂浆的项目为例。1、成本厂房、设备、以及技术转让等固定成本投资约 800 万，流动资金 200 万。2、营业额5000 吨废砂浆年处理能力的项目可以服务于 30 － 40 台 NTC442 线切割机。根据目前市场上的废砂浆回收返还比例计算， 如果是为某一固定的大切片厂做配套，以 30 台为例，月处理量是 350 吨废砂浆，那么可以生产出 140 吨回收液和105 吨回收砂。以收取回收加工费液 8000 元 / 吨，砂 10000 元 / 吨计算：液的营业额为 140 吨 × 8000 ＝ 1120000 元 / 月砂的营业额为 105 吨 × 10000 ＝ 1050000 元 / 月即月营业额为 2170000 。3、回报由于在整个回收加工过程中，所有的固定投入就是人员工资、能源消耗、水和回收液以及回收砂在最后时候的添加剂等。以营业额的 20 ％计算，即为434000 元。得出月利润即为 1736000 元 .年利润为 20832000 元。投资回报率为 208.32 ％，投资回报周期为 4.6 个月。五、结论总之，废砂浆回收是目前乃至今后 5 年内太阳能光伏行业竞争压力较低，利润相对较高，投资回报周期较短的切实可行的项目。六、建议1、由于目前整个辅料市场，处于新液竞争激烈，回收方兴未艾，再加之，国内的太阳能光伏市场已经逐渐由生产向消费转型， 新的市场正处于形成阶段。 因此，2009 年－ 2010 年是建设和启动该项目的良好黄金契机。2、介于废砂浆回收是一个技术主导型的项目，因而，一定要充分考虑到回收技术的前瞻性和稳定性， 选用成熟稳定的工艺， 确保投产之后的产品质量具有强大的竞争优势。