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第20章 恒星中的代表:太阳(4)

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联在太阳能电池板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:钢化玻璃、EVA、电池片、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。目前主要就是模拟太阳光的测试Standardtestcondition(STC),一般一块电池板所需的测试时间在7-8秒左右。

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。

新型太阳电池

目前市场上大量产的单晶与多晶硅的太阳电池平均效率约在15%上下,也就是说,这样的太阳电池只能将入射太阳光能转换成15%可用电能,其余的85%都浪费成无用的热能。所以严格地说,现今太阳电池,也是某种型式的“浪费能源”。当然理论上,只要能有效的抑制太阳电池内载子和声子的能量交换,换言之,有效的抑制载子能带内或能带间的能量释放,就能有效的避免太阳电池内无用的热能的产生,大幅地提高太阳电池的效率,甚至达到超高效率的运作。而这样简易的理论构想,在实际的技术上,却可以用不同的方法来执行这样的原则。超高效率的太阳电池(第三代太阳电池)的技术发展,除了运用新颖的元件结构设计,来尝试突破其物理限制外,也有可能因为新材料的引进,而达成大幅增加转换效率的目的。

薄膜太阳电池包括非晶硅太阳电池,CdTe和CIGS(copperindiumgalliumselenide)电池。虽然目前多数量产薄膜太阳电池转换效率仍无法与晶硅太阳电池抗衡,但是其低制造成本仍然使其在市场有一席之地,且未来市场占有率仍会持续成长。

染料敏化太阳电池

染料感光太阳电池(Dye-sensitizedsolarcell,DSSC)是最近被开发出来的一种崭新的太阳电池。DSsC也被称为Gr?;tzelcell,因为是在1991年由Gr?;tzel等人发表的构造和一般光伏特电池不同,其基板通常是玻璃,也可以是透明且可弯曲的聚合箔(polymerfoil),玻璃上有一层透明导电的氧化物(transparentconductingoxide,TCO)通常是使用FTO(SnO2:F),然后长有一层约10微米厚的porous纳米尺寸的TiO2粒子(约10~20nm)形成一nano-porous薄膜。然后涂上一层染料附着于TiO2的粒子上。通常染料是采用rutheniumpolypyridylcomplex。上层的电极除了也是使用玻璃和TCO外,也镀上一层铂当电解质反应的催化剂,二层电极间,则注入填满含有iodide/triiodide电解质。虽然目前DSC电池的最高转换效率约在12%左右(理论最高29﹪),但是制造过程简单,所以一般认将大幅降低生产成本,也同时降低每度电的电费。

串叠型电池

串叠型电池(TandemCell)属于一种运用新颖原件结构的电池,借由设计多层不同能隙的太阳能电池来达到吸收效率最佳化的结构设计。目前由理论计算可知,如果在结构中放入越多层数的电池,将可把电池效率逐步提升,甚至可达到50%的转换效率。

太阳能电池发展市场

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,越来越多的国家开始实行“阳光计划”,开发太阳能资源,寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下,各国的太阳能电池制造业争相投入巨资,扩大生产,以争一席之地。

全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍,太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW,较2005年成长19%,整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW,较2006年增长了56%。

中国对太阳能电池的研究起步于1958年,20世纪80年代末期,国内先后引进了多条太阳能电池生产线,使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW,这种产能一直持续到2002年,产量则只有2MW左右。2002年后,欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。

目前,我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW,同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上,我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区,已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

中国的太阳能电池研究比国外晚了20年,尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入,但投入仍然不够,与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励,尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验,在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能,充分发挥政府的示范作用,推动国内市场尽快起步和良性发展。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,可再生能源将占总能耗的50%以上,太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末,可再生能源在能源结构中将占到80%以上,太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出,太阳能电池市场前景广阔。

光伏发电的特点

优点:①无枯竭危险;

②安全可靠,无噪声,无污染排放外,绝对干净;③不受资源分布地域的限制,可利用建筑屋面的优势;④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电;⑤能源质量高;

⑥使用者从感情上容易接受;

⑦建设周期短,获取能源花费的时间短。

缺点:①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

③产生的电力接入电网需要增加无功补偿设备

④储能困难

光伏发电系统

太阳能

电池板

在光生伏特效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,是能量转换的器件。

控制器

能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备

逆变器

是将直流电转换成交流电的设备

光伏发电系统所面临的关键技术

光电池组件的系统结构

光伏阵列的最大功率跟踪

并网逆变器的类型

孤岛保护技术

电能的双向计量

夜间零耗电技术

电磁兼容性

其他的安全问题(如防雷)等

我国光伏产业现状(1)电池产量2007年国内太阳能电池产量达到1088MWp(其中非晶硅电池为28.3MWp),比上年增长148.1%,超过日本(920MWp)和欧洲(1062.8MWp),成为世界第一大太阳能电池生产国组件产量2007年我国光伏组件产量也达到世界第一。据不完全统计,截至2007年底,国内光伏组件产量达到1717MWp,比上年增长138%。

我国光伏产业现状(2)

光热转换陶瓷:伊原等人经研究发现,第四过渡族金属的碳化合物具有吸收波长在2微米以下的光线,全部反射波长在2微米以上光线的特点「4〕。在太阳的辐射光谱中,其中波长在0.3至2微米范围的太阳光占总能量的95%以上,因此太阳光的大部分能量可被这类金属元素的碳化物吸收,而人体热辐射的波长为4一14微米,不能被其吸收,大部分被反射。

由北京丰盈科技生产的远红外服装,它的红外发射率可高达92%,光热转换率达到了99%,而且红外光子波的范围扩展到1/vm——20/vm波光的范围,使用这种纤维做成的织物不仅具有发射红外能量波的效果,还可以更好的促进人体吸收转换皮肤周围的光热量。

采用三靶镀膜技术生产的不锈钢--氮化铝双层陶瓷镀膜全玻璃真空集热管,与普通真空集热管相比,具有高温(高温管可高达500℃)、高效(热吸收比可达0.96)低热损(可低至0.04)的优点。

光电转换材料

半导体材料为基础,利用光照产生电子-空穴对,在附结上可以产生光电流和光电压的现象(光伏效应),从而实现太阳能光电转换的目的。通常所用的半导体材料为硅、锗和三-五族化合物等。

在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷、砷、锑等),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。这类杂质提供了带负电(Negative)的电子载流子,称他们为是主杂质或n型杂质。在N型半导体中,自由电子为多子,空穴为少子,主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供,空穴由热激发形成。掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能就越强。

采用高科技光电转换材料---太阳能硅晶片,可以在任何生活光源下聚集不同角度的光线,进行电力转换并实现为手机充电,可彻底摆脱充电器。不仅在太阳光照射下,在房间里的灯光、室内自然光、甚至烛光下都能实现充电。

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