環(huán)保能源利用

【專(zhuān)家解說(shuō)】：太陽(yáng)能電池的原理 太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。 一、太陽(yáng)能發(fā)電方式太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。 （1） 光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽(yáng)能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場(chǎng)合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競(jìng)爭(zhēng)。 （2） 光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽(yáng)能電池可以大中小并舉，大到百萬(wàn)千瓦的中型電站，小到只供一戶(hù)用的太陽(yáng)能電池組，這是其它電源無(wú)法比擬的 太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 現(xiàn)階段以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。 全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 據(jù)Dataquest的統(tǒng)計(jì)資料顯示,目前全世界共有136 個(gè)國(guó)家投入普及應(yīng)用太陽(yáng)能電池的熱潮中,其中有95 個(gè)國(guó)家正在大規(guī)模地進(jìn)行太陽(yáng)能電池的研制開(kāi)發(fā),積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品。1998年,全世界生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池,其總的發(fā)電量達(dá)1000兆瓦,1999年達(dá) 2850兆瓦。2000年,全球有將近4600 家廠商向市場(chǎng)提供光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。 目前,許多國(guó)家正在制訂中長(zhǎng)期太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)計(jì)劃,準(zhǔn)備在21世紀(jì)大規(guī)模開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能，美國(guó)能源部推出的是國(guó)家光伏計(jì)劃, 日本推出的是陽(yáng)光計(jì)劃。NREL光伏計(jì)劃是美國(guó)國(guó)家光伏計(jì)劃的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，該計(jì)劃在單晶硅和高級(jí)器件、薄膜光伏技術(shù)、PVMaT、光伏組件以及系統(tǒng)性能和工程、 光伏應(yīng)用和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)等5個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展研究工作。 美國(guó)還推出了"太陽(yáng)能路燈計(jì)劃",旨在讓美國(guó)一部分城市的路燈都改為由太陽(yáng)能供電,根據(jù)計(jì)劃,每盞路燈每年可節(jié)電 800 度。日本也正在實(shí)施太陽(yáng)能"7萬(wàn)套工程計(jì)劃"， 日本準(zhǔn)備普及的太陽(yáng)能住宅發(fā)電系統(tǒng),主要是裝設(shè)在住宅屋頂上的太陽(yáng)能電池發(fā)電設(shè)備,家庭用剩余的電量還可以賣(mài)給電力公司。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)家庭可安裝一部發(fā)電3000瓦的系統(tǒng)。歐洲則將研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電池列入著名的"尤里卡"高科技計(jì)劃，推出了"10萬(wàn)套工程計(jì)劃"。 這些以普及應(yīng)用光電池為主要內(nèi)容的"太陽(yáng)能工程"計(jì)劃是目前推動(dòng)太陽(yáng)能光電池產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的重要?jiǎng)恿χ弧? 日本、韓國(guó)以及歐洲地區(qū)總共8個(gè)國(guó)家最近決定攜手合作,在亞洲內(nèi)陸及非洲沙漠地區(qū)建設(shè)世界上規(guī)模最大的太陽(yáng)能發(fā)電站,他們的目標(biāo)是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區(qū)的長(zhǎng)時(shí)間日照資源有效地利用起來(lái),為30萬(wàn)用戶(hù)提供100萬(wàn)千瓦的電能。計(jì)劃將從2001年開(kāi)始，花4年時(shí)間完成。 目前,美國(guó)和日本在世界光伏市場(chǎng)上占有最大的市場(chǎng)份額。 美國(guó)擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠,其功率為7MW,日本也建成了發(fā)電功率達(dá)1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬(wàn)座光伏發(fā)電設(shè)備,以色列、澳大利亞、新西蘭居于領(lǐng)先地位。 20世紀(jì)90年代以來(lái),全球太陽(yáng)能電池行業(yè)以每年15%的增幅持續(xù)不斷地發(fā)展。據(jù)Dataquest發(fā)布的最新統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示,美國(guó)、日本和西歐工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能方面的總投資, 1998年達(dá)570億美元;1999年646億美元;2000年700億美元;2001年將達(dá)820億美元;2002年有望突破1000億美元。 我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能電池的研究開(kāi)發(fā)工作高度重視,早在七五期間,非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國(guó)家重大課題;八五和九五期間,我國(guó)把研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)放在大面積太陽(yáng)能電池等方面。2003年10月，國(guó)家發(fā)改委、科技部制定出未來(lái)5年太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)計(jì)劃，發(fā)改委"光明工程"將籌資100億元用于推進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計(jì)劃到2005年全國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到300兆瓦。 2002年，國(guó)家有關(guān)部委啟動(dòng)了"西部省區(qū)無(wú)電鄉(xiāng)通電計(jì)劃"，通過(guò)太陽(yáng)能和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無(wú)電鄉(xiāng)的用電問(wèn)題。這一項(xiàng)目的啟動(dòng)大大刺激了太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)建起了幾條太陽(yáng)能電池的封裝線(xiàn)，使太陽(yáng)能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。我國(guó)目前已有10條太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線(xiàn),年生產(chǎn)能力約為4.5MW,其中8條生產(chǎn)線(xiàn)是從國(guó)外引進(jìn)的,在這8條生產(chǎn)線(xiàn)當(dāng)中,有6條單晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線(xiàn),2條非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線(xiàn)。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè),目前我國(guó)光伏市場(chǎng)需求量為每年5MW,2001～2010年,年需求量將達(dá)10MW,從2011年開(kāi)始,我國(guó)光伏市場(chǎng)年需求量將大于20MW。 目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能硅生產(chǎn)企業(yè)主要有洛陽(yáng)單晶硅廠、河北寧晉單晶硅基地和四川峨眉半導(dǎo)體材料廠等廠商，其中河北寧晉單晶硅基地是世界最大的太陽(yáng)能單晶硅生產(chǎn)基地，占世界太陽(yáng)能單晶硅市場(chǎng)份額的25％左右。 在太陽(yáng)能電池材料下游市場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的企業(yè)主要有保定英利新能源、無(wú)錫尚德、開(kāi)封太陽(yáng)能電池廠、云南半導(dǎo)體器件廠、秦皇島華美光伏電子、浙江中意太陽(yáng)能、寧波太陽(yáng)能電源、京瓷（天津）太陽(yáng)能等公司，總計(jì)年產(chǎn)能在120MW以上。 太陽(yáng)能電池及太陽(yáng)能發(fā)電前景簡(jiǎn)析 目前,太陽(yáng)能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、 通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門(mén)，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線(xiàn)路。但是在目前階段，它的成本還很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬(wàn)美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟(jì)上的限制。 但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，太陽(yáng)能電池仍將是利用太陽(yáng)輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類(lèi)未來(lái)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能開(kāi)辟?gòu)V闊的前景。 太陽(yáng)能電池的分類(lèi) 太陽(yáng)能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式(以下表示為a-)兩大類(lèi)，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。 按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化鋅 (Zn 3 p 2 )等。 太陽(yáng)能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池還可分為：硅太陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池、納米晶太陽(yáng)能電池四大類(lèi)，其中硅太陽(yáng)能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。 （1） 硅太陽(yáng)能電池 硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。 單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽(yáng)能電池的替代產(chǎn)品。 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池與單晶硅比較,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率問(wèn)題，那么，非晶硅大陽(yáng)能電池?zé)o疑是太陽(yáng)能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。 （2） 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。 硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽(yáng)能電池最理想的替代產(chǎn)品。 砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強(qiáng),對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。 銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱(chēng)CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類(lèi)電池的發(fā)展又必然受到限制。 （3） 聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池 以有機(jī)聚合物代替無(wú)機(jī)材料是剛剛開(kāi)始的一個(gè)太陽(yáng)能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽(yáng)能電池的研究?jī)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。 （4） 納米晶太陽(yáng)能電池 納米TiO2晶體化學(xué)能太陽(yáng)能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10％以上，制作成本僅為硅太陽(yáng)電池的1/5～1/10．壽命能達(dá)到2O年以上。 但由于此類(lèi)電池的研究和開(kāi)發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來(lái)會(huì)逐步走上市場(chǎng)。 太陽(yáng)能電池（組件）生產(chǎn)工藝 組件線(xiàn)又叫封裝線(xiàn)，封裝是太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒(méi)有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶(hù)滿(mǎn)意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。 流程： 1、電池檢測(cè)——2、正面焊接—檢驗(yàn)—3、背面串接—檢驗(yàn)—4、敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)）——5、層壓——6、去毛邊（去邊、清洗）——7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）——8、焊接接線(xiàn)盒——9、高壓測(cè)試——10、組件測(cè)試—外觀檢驗(yàn)—11、包裝入庫(kù) 組件高效和高壽命如何保證： 1、高轉(zhuǎn)換效率、高質(zhì)量的電池片 ； 2、高質(zhì)量的原材料，例如：高的交聯(lián)度的EVA、高粘結(jié)強(qiáng)度的封裝劑（中性硅酮樹(shù)脂膠）、高透光率高強(qiáng)度的鋼化玻璃等； 3、合理的封裝工藝 4、員工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)； 由于太陽(yáng)電池屬于高科技產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程中一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，一些不起眼問(wèn)題如應(yīng)該戴手套而不戴、應(yīng)該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)是非常重要的。 太陽(yáng)電池組裝工藝簡(jiǎn)介： 工藝簡(jiǎn)介：在這里只簡(jiǎn)單的介紹一下工藝的作用，給大家一個(gè)感性的認(rèn)識(shí). 1、 電池測(cè)試：由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來(lái)的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類(lèi)；電池測(cè)試即通過(guò)測(cè)試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。 2、 正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線(xiàn)上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點(diǎn)的形式點(diǎn)焊在主柵線(xiàn)上。焊接用的熱源為一個(gè)紅外燈（利用紅外線(xiàn)的熱效應(yīng)）。焊帶的長(zhǎng)度約為電池邊長(zhǎng)的2倍。多出的焊帶在背面焊接時(shí)與后面的電池片的背面電極相連 3、 背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個(gè)組件串，我們目前采用的工藝是手動(dòng)的，電池的定位主要靠一個(gè)膜具板，上面有36個(gè)放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對(duì)應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計(jì)好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負(fù)極焊接出引線(xiàn)。 4、 層壓敷設(shè)：背面串接好且經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強(qiáng)度。敷設(shè)時(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。 5、 組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過(guò)抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時(shí)，層壓循環(huán)時(shí)間約為25分鐘。固化溫度為150℃。 6、 修邊：層壓時(shí)EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。 7、 裝框：類(lèi)似與給玻璃裝一個(gè)鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長(zhǎng)電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹(shù)脂填充。各邊框間用角鍵連接。 8、 焊接接線(xiàn)盒：在組件背面引線(xiàn)處焊接一個(gè)盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。 9、 高壓測(cè)試：高壓測(cè)試是指在組件邊框和電極引線(xiàn)間施加一定的電壓，測(cè)試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。 10、 組件測(cè)試：測(cè)試的目的是對(duì)電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級(jí)。 檢舉 自備）， 全自動(dòng)太陽(yáng)能控制器一臺(tái)，12V3W的LED燈2盞。