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主要光伏设备

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  光伏组件
 
  太阳能光伏系统中最重要的是太阳电池(即光伏电池),它是实现光电转换的 基本单位。若干片光伏电池合成在一起构成光伏组件。
 
  光伏组件主要分为晶硅组件和薄膜组件。晶硅组件包括单晶硅、多晶硅和带状 硅等;薄膜组件包括非晶硅、微晶硅、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)等。
 
  根据统计资料,2011年,晶硅组件产量占光伏组件市场总量的86%,其余 14%为薄膜组件。多晶硅组件占光伏组件市场总量的45.4%,单晶硅组件占 40. 1%,带状硅组件占0.5%,碲化镉组件占8.3%,铜铟镓硒组件占3.0%,其余2. 7%为非晶硅组件,如图3-1所示。
 
  图3-1 2011年各种类型光伏组件及所占市场份额 2012年全球光伏组件出货量前十名见表3-1,这十个厂家的总出货量占全球总量的将近50%。这前十名厂家中,除了美国第一太阳能专业生产碲化镉薄膜电池 组件,其他厂家均为晶硅组件厂家。排名第一的英利绿色能源2012年出货总量超过 2. 2GW。
 
  表3-1 2012年全球光伏组件出货量前十名
 
  
排名 厂家 国别 排名 厂家 国别
1 英利绿色能源 中国 6 夏普太阳能 日本
2 美国第一太阳能 美国 7 晶科太阳能 中国
3 尚德太阳能 中国 8 晶澳太阳能 中国
4 天合光能 中国 9 美国 SunPower 美国
5 阿特斯太阳能 中国 10 韩华太阳能 中国
  晶硅电池及组件
 
  单晶硅电池制造
 
  单晶硅电池是最早出现、工艺最为成熟的太阳能光伏电池,也是大规模生产 的硅基太阳电池中光电转换效率最高的。将单晶硅棒进行切割、打磨制成单晶硅 片,单晶硅片经过清洗、扩散、沉积减反膜、丝印电极和烧结等工序制成太阳电 池。半导体产业中成熟的拉制单晶、切割打磨等技术以及清洗、扩散等工艺都可 以在单晶硅电池生产中直接应用。大规模生产的单晶硅电池效率可以达到20%。 由于采用了切割、打磨等工艺,会造成硅原料的损失;受单晶硅棒形状的限制, 单晶硅电池必须做成圆形或圆角方形,这会降低组件的填充率,影响组件的 效率。
 
  单晶硅电池的生产一般需要经过以下步骤:冶金级硅的生产一冶金级硅到太 阳能级硅——太阳能级硅到单晶硅——单晶硅切片——单晶硅片到单晶硅光伏 电池。
 
  其中,冶金级硅的生产,一般是在大型电弧炉中,二氧化硅原材料(如石英或 砂子)与碳进行还原反应生成硅,同时放出一氧化碳或二氧化碳。纯度为98%? 99%的1500°C液态硅出炉,并经吹氧或氧/氯混合气体以进一步提纯到卯.5%。
 
  从冶金级硅提纯至太阳能级硅的标准方法是改良西门子法:将冶金级硅碾碎成 粒度小于0.5mm的细微颗粒,在300?400°C反应器中液化冶金级硅,在Cu的催 化作用下,与HCl反应生成SiHCl3和H2。SiHCl3在反应器中被氢还原,在 1000'C电加热的杵棒上沉淀成细粒状太阳能级硅,纯度可以达到99. 9999%。
 
  从太阳能级硅到单晶硅的商业化生产的方法是直拉法,太阳能级硅料在坩埚里熔化,并掺杂微量杂质。在过饱和的硅熔融液中,缓慢直拉硅晶种,即可在硅籽晶上生成大的单晶硅。
 
  为了吸收大部分波长的太阳光辐射,要求光伏电池的厚度应达到0. 2mm左右。因此,必须将大的柱状单晶硅体切割成薄片。多数情况下,为了尽量高效率利用硅片,四个角保留圆弧状,称为准方片。目前常见的标准单晶硅电池尺寸是 125mmX125mm 或 156mmX 156mm。
 
  从单晶硅片到单晶硅光伏电池一般需要以下几步:清洗、扩散、沉积减反膜、 丝印电极和烧结等。
 
  单晶硅电池到组件
 
  目前单块单晶硅光伏组件一般由60片或72片156mmX 156mm电池片构成。
 
  由于光伏电池易碎、耐候性差,通常将光伏电池嵌入到塑料膜(一般采用厚度 约为0. 3mm的TPT塑料膜)和盖板玻璃(一般采用3?4mm低铁高透光钢化玻璃)中间形成光伏组件。光伏电池上表面与玻璃之间以及光伏电池下表面与塑料膜 之间一般采用EVA作为黏结材料,这样就形成了玻璃、EVA、光伏电池、EVA、 TPT膜的结构。这样的复合结构一般使用真空层压机在145?200°C下进行层压, EVA在层压过程交联固化,并且为不可逆过程,将复合结构紧密相连。
 
  多晶硅太阳电池和组件制造
 
  多晶硅太阳电池是通过浇铸、定向凝固的方法制成多晶硅的晶锭,再经过切 割、打磨等工艺制成多晶硅片,进一步经过清洗、扩散、沉积减反膜、丝印电极和 烧结等工序制成的。浇铸方法制造多晶硅片不需要经过单晶拉制工艺,消耗能源较 单晶硅电池少,并且形状不受限制,可以做成方便光伏组件'布置的方形;除不需要 单晶拉制工艺外,制造单晶硅电池的成熟工艺都可以在多晶硅电池的制造中得到应 用。多晶硅电池的效率能够达到18%,略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池 相比,多晶硅电池虽然效率有所降低,但是节约能源,节省硅原料,达到工艺成本 和效率的平衡。
 
  晶硅电池组件主要规格
 
  目前晶硅组件的主要规格有2种:一种为60片156mmX 156mm太阳电池光 伏组件,典型尺寸在1650mmX990mm左右;另一种为72片156mmX 156mm太 阳电池光伏组件,典型尺寸在1950mmX990mm左右,目前60片装主流水平为 245?255W,72片装主流水平为290?300W。根据现有的路线技术图,未来三年 到五年,每个季度行业的电池转换效率平均可提升0.1%,每半年市场终端组件可 平均提升5W。国外顶级水平现在已能在60装的组件中量产305-325W的组件。
 
  
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