國內(nèi)外光伏發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)綜述

1、國內(nèi)外光伏發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)綜述摘要：在面臨著能源減少和環(huán)境污染雙重壓力的今天，太陽能因為其獨特的優(yōu)勢而得到青睞。為有效利用太陽能，需 要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行系統(tǒng)的研究并加以有效的控制。首先，本文對國內(nèi)外光伏電池的發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結(jié)；接著， 為了更好的理解光伏電池的本質(zhì)，本文從光伏電池的性能技術(shù)參數(shù)入手，以薄膜光伏電池為例，列舉了光伏電池的性 能技術(shù)參數(shù)；然后根據(jù)光伏太陽能電池的發(fā)展?fàn)顩r將光伏電池分為三類，并選取目前應(yīng)用比較廣泛、技術(shù)比較成熟的 硅型光伏電池、薄膜光伏電池、高分子光伏電池、聚光型光伏電池四種進行詳細介紹，分別從生產(chǎn)應(yīng)用情況、生產(chǎn)廠 家、應(yīng)用主要技術(shù)對這幾種光伏電池進行概括總結(jié)；再次，

2、對光伏電池的生產(chǎn)技術(shù)進行了簡要概括，主要介紹了 MPPT 技術(shù)、孤島檢測技術(shù)和最后，根據(jù)光伏電池現(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顩r總結(jié)目前光伏太陽能電池關(guān)鍵問題，并對以后的發(fā)展進行 預(yù)測和展望。Abstract Nowadays, in the face of energy reduction and environment pollution, the solar energy is gaining favor for its unique advantages. In order to use solar energy effectively, it is necessary to carry on the

3、photovoltaic system and make effective control. Fist, this paper concludes the current situation of the photovoltaic development domestic and overseas; next, so as to understand the essence of photovoltaic cells, this paper shows from the performance parameter of photovoltaic battery, and take the f

4、ilm photovoltaic battery to list the performance; then, the photovoltaic is divided into three categories from the aspect of structure, material and photoelectric conversion mechanism. This paper makes a detailed introduction about silicon photovoltaic cells, film photovoltaic cells, polymer photovo

5、ltaic cells, spotlighting type photovoltaic cells. These four types have proven technique and is widely used and they are concluded respectively from the application situation, production factory, the main technology. Then, the production technology of photovoltaic cells are summarized, mainly intro

6、duced the MPPT technology, island testing technology. Finally, according the current development situation of photovoltaic production technology, this paper summarizes and makes a future development forecast of photovoltaic battery.當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。人類在21世紀(jì)面對的最大困難就是不可再生能源的日漸

7、減少和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重。如何解決 這一對難題成為困擾世界經(jīng)濟發(fā)展的首要任務(wù)。太陽時時刻刻都在向地球發(fā)送著能量，并且這種能量是取之不盡，用之不竭的。如果僅僅將太陽發(fā) 射到地球的總輻射功率換算成電功率，可以高達1.77X1012千瓦，比目前全世界平均消費電力還要大 數(shù)億倍。太陽能不但數(shù)量巨大，而且源于太陽的各種綠色能源，如:風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能、水力能 都屬于可再生能源，只要有太陽的存在，能源就像陽光一樣源源不斷。太陽能發(fā)電主要有太陽能光伏發(fā) 電和太陽能光熱發(fā)電兩種形式。由于太陽能光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、故障率低、維護簡便等 優(yōu)點，是一種被看好的能源利用形式。國內(nèi)外光伏發(fā)展史與發(fā)展現(xiàn)狀1

8、.1國內(nèi)外光伏發(fā)展史1954年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，并首先應(yīng)用于空間技術(shù)。當(dāng)時太陽 能電池的轉(zhuǎn)換效率為8%。1973年世界爆發(fā)石油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關(guān)注，近 10幾年來，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命， 免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達國家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，并 實施龐大的光伏工程計劃，為太陽能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇和巨大的市場空間，太陽能電池 產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展時期，并帶動了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽能電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在1997- 2006年的10年中，世界光伏產(chǎn)

9、業(yè)擴大了 20倍，今后10年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年30%以上的增長速 度發(fā)展。表1是世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點。表1世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點1954美國貝爾實驗室發(fā)明單晶硅太陽能電池，效率為6%1955第一個光伏航標(biāo)燈問世，美國RCA發(fā)明Ga As太陽能電池1958太陽能電池首次裝備于美國先鋒1號衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8%o1959第一個單晶硅太陽能電池問世。1960太陽能電池首次實現(xiàn)并網(wǎng)運行。1974突破反射絨面技術(shù)，硅太陽能電池效率達到18%。1975非晶硅及帶硅太陽能電池問世1978美國建成100KW光伏電站1980單晶硅太陽能電池效率達到20%多晶硅為14.5%，Ga As為22.5%1

10、986美國建成6.5KW光伏電站1990德國提出“2000光伏屋頂計劃”1995高效聚光Ga As太陽能電池問世，效率達32%o1997美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃，日本提出“新陽光計劃”1998單晶硅太陽能電池效率達到24.7%，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計劃”2000世界太陽能電池總產(chǎn)量達287MW，歐洲計劃2010年生產(chǎn)60億瓦光伏電池1.2國內(nèi)外光伏發(fā)展現(xiàn)狀全球光伏行業(yè)過去幾十年在電池及組件方面的生產(chǎn)有著驚人的發(fā)展速度，含2008年的10年復(fù) 合年增長率（CAGR）為46%, 5年CAGR為56%o20072008年的年增長率為87%,高于20062007 年的年增長率51%。過

11、去幾十年，歐洲和日本的生產(chǎn)增長率一直很強,1998-2008年的10年CAGR 分別為50%和38%,這也是他們主導(dǎo)光伏市場的主要原因。歐洲和日本的共同市場份額從1980年的 24%增長到2004年的76% 3。近年來，我國的光伏電池產(chǎn)業(yè)在國外市場的拉動下發(fā)展迅速，2009年，我國光伏電池產(chǎn)量已突破 200萬千瓦，位居世界首位。中國的增長率在近幾年是最高的，其中2003-2008年的5年CAGR為 170%o 2001年中國對全球的生產(chǎn)貢獻僅有大約1%，直到2005年中國才變成全球主要的生產(chǎn)商， 當(dāng)時的市場份額達到7%。中國臺灣地區(qū)的增長率也非?？焖?，其5年的CAGR大約為119%，在2007

12、 年超過美國的生產(chǎn)水平，成為世界第四大制造地區(qū)。2008年，中國臺灣地區(qū)繼續(xù)趕超國，獲得更多 的市場份額。中國臺灣地區(qū)的生產(chǎn)量從2007年的大約0.37GW （10%的市場份額）增長到2008年的 0.85GW（12%的市場份額）。美國在2007年制造了 0.27GW（7%的市場份額），2008年制造了 0.41GW （6%的市場份額）。太陽能光伏電池簡介作為太陽能電池工作基本原理的光伏效應(yīng)（Photovoltaic Effect縮寫PV）是1839年被發(fā)現(xiàn)的。由太 陽光的光量子與材料相互作用而產(chǎn)生電勢，從而把光的能量轉(zhuǎn)換成電能，此種進行能量轉(zhuǎn)化的光電元件 稱為太陽電池（Solar Cell）

13、，也可稱之為光伏電池。1954年Bell實驗室研發(fā)出第一個太陽能電池,不過由 于效率太低，造價太高,缺乏商業(yè)價值。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，使太陽能電池的作用不可替代，太陽能電池 成為太空飛行器中不可取代的重要部分。研究發(fā)現(xiàn)，光照使不均勻的半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間，產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，這 種現(xiàn)象被稱為光生伏特效應(yīng)（Photovoltaic effect）。簡稱光伏效應(yīng)。后來就把能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的 器件稱為光伏器件。由于半導(dǎo)體PN結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率比較高，所以通常把這類基于半 導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)的、能夠?qū)⑻柲苤苯愚D(zhuǎn)換成電能的光伏器件稱為太陽能電池（solar cell

14、）， 也稱光伏電池。圖1形象的描述了并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理。交流胞網(wǎng)光伏組件 逆變器習(xí)土圖1并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理光伏太陽能電池的性能技術(shù)參數(shù)對于大多數(shù)太陽能電池得性能技術(shù)參數(shù)都由一下幾個：Pmax （最大功率），Imax （最大電流）， Vmax （最大電壓），Isc （短路電流），Voc （開路電壓），F(xiàn)F （填充因子），Eff（效率值），Rs （串聯(lián)電 阻），Rsh （并聯(lián)電阻）。我們以硅型太陽能電池為例，說明部分性能技術(shù)參數(shù)的含義與計算方法。（1）開路電壓VOC：硅光電池處于開路狀態(tài)，RL 8時電池兩極之間的電位差。（2）短路電流ISC：硅光電池處于短路狀態(tài)，RL0時測量的電流。（3）

15、最大輸出功率Pm：硅光電池I-U特性曲線上，電流與電壓乘積的最大值。（4）最佳工作電流Im和最佳工作電壓Um：硅光電池IU特性曲線上最大功率所對應(yīng)的電流 和電壓，如圖2中M點（Im、Um）。圖2硅光電池IU特性曲線轉(zhuǎn)換效率門受光照硅光電池的最大輸出功率Pm與入射到該硅光電池上的全部輻射功率Psr 的比，門=p /p填充因子FF：受光照硅光電池的最大輸出功率Pm與該電池的開路電壓Uoc和短路電流Isc 乘積之比，即：FF=Pm/Voc Isc硅光伏電池的特性參數(shù)通常都是在AM1.5太陽光譜，溫度為25C, 光源輻射照度為1000W/m2的標(biāo)準(zhǔn)測試條件下得到的，其特性曲線受溫度和入射光譜、輻射照度

16、影 響很大，硅光電池內(nèi)部等效二極管反向飽和電池，可用下式計算：10 = AT 3exP qEg/irL(1)式(1)中：A為常數(shù)；Ego為絕對零度下外插禁帶寬度。硅光伏電池的工作溫度，可由下式計算：T=Ta+ Tc S(2)式(2)中：Ta為環(huán)境溫度；Tc為硅光電池的溫度系數(shù)；S為太陽輻射照度。硅光伏電池的溫度特性， 可參看文獻6的討論，開路電壓Voc隨溫度升高而下降，短路電流Isc隨溫度升高而上升，但電池的 轉(zhuǎn)換效率n隨溫度升高而下降，溫度每升高1C，硅光電池電池轉(zhuǎn)換效率下降0.35%0.45%，由此 推算，在25CX作的硅型光伏電池的轉(zhuǎn)換效率比70CX作時高20%以上7。光伏電池的類型至今

17、太陽能電池已經(jīng)發(fā)展到了第2代。第1代太陽能電池包括單晶硅和多晶硅2種,工業(yè)化產(chǎn)品 效率一般為13%15%,目前可工業(yè)化生產(chǎn)、可獲得利潤的太陽能電池就是指第1代電池。但是由于生 產(chǎn)工藝等因素使得該類型的電池生產(chǎn)成本較高。第2代太陽能電池是薄膜太陽能電池,其成本低于第1 代，可大幅度增加電池板制造面積，但是效率不如第1代。在將來的第3代太陽能電池應(yīng)該具有以下特 征:薄膜化、高效率、原材料豐富和無毒性?？赏麑崿F(xiàn)的第3代電池效率的途徑包括:疊層電池、多帶 光伏電池、碰撞離化、光子下轉(zhuǎn)換、熱載流子電池、熱離化、熱光伏電池等。單晶硅太陽能電池f第一代太陽能電池多晶硅太陽能電池多晶硅薄膜太陽能電池太陽能電池

18、第二代太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池聚合物薄膜太陽能電池第三代太陽能電池薄膜化、高效率、原材料豐富太陽能電池一般來說，對光伏太陽能電池進行分類方法有很多種，圖3、圖4、圖5分別從結(jié)構(gòu)、材料、光電轉(zhuǎn)換原理三個方面對太陽能電池進行了分類:按 結(jié) 構(gòu) 分 類圖3按結(jié)構(gòu)分類圖4按材料分類傳統(tǒng)太陽電池按 光 電 轉(zhuǎn) 換 機 理激子 太陽電 一池一圖5按光電轉(zhuǎn)換原理分類4.1硅型光伏電池4.1.1硅型光伏電池簡介在品種繁多的光伏電池中，晶體硅光伏電池最受用戶青睞，其光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定，幾乎 所有的大型光伏電站都采用晶體硅太陽電池發(fā)電。20世紀(jì)80年代，很多國家開始多晶硅光伏電

19、池的研發(fā)工作，當(dāng)時美、歐等國家的多晶硅光伏電 池轉(zhuǎn)換效率一般穩(wěn)定在7%8%之間，硅錠質(zhì)量在3050kg左右。與單晶硅光伏電池相比，多晶硅 光伏電池轉(zhuǎn)換效率較低，優(yōu)勢并不明顯；但是隨著技術(shù)的進步、新設(shè)備的研發(fā)成功，硅錠質(zhì)量已經(jīng)達 到500kg甚至更多，其轉(zhuǎn)換效率已接近單晶硅光伏電池，由于克服了單晶硅電池準(zhǔn)方片的不足，制成 光伏組件的轉(zhuǎn)換效率已與單晶硅電池一致。目前國內(nèi)外晶體硅光伏電池的單晶與多晶產(chǎn)能大致相當(dāng)， 國內(nèi)眾多廠家開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多晶硅硅片專用設(shè)備，如多晶硅結(jié)晶爐、線鋸、剖錠機等4。4.1.2硅型太陽能電池的類型單晶硅太陽能電池在品種繁多的光伏電池中，晶體硅光伏電池最受用戶青睞，

20、其光電轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定，幾乎 所有的大型光伏電站都采用晶體硅太陽電池發(fā)電。單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，電耗很大，在 太陽能電池生產(chǎn)總成本中己超1/2。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片制作太陽能電池也是圓片， 組成太陽能組件平面利用率低。因此，80年代以來，歐美一些國家投入了多晶硅太陽能電池的研制。多晶硅太陽能電池與單晶硅光伏電池相比，多晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率較低，優(yōu)勢并不明顯；但是隨著技術(shù)的進步、 新設(shè)備的研發(fā)成功，硅錠質(zhì)量已經(jīng)達到500kg甚至更多，其轉(zhuǎn)換效率已接近單晶硅光伏電池，由于克 服了單晶硅電池準(zhǔn)方片的不足，制成光伏組件的轉(zhuǎn)換效率已與單晶

21、硅電池一致。目前，太陽能電池使用的多晶硅材料,多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶 金級硅材料熔化澆鑄而成。其工藝過程是選擇電阻率為100-300M - cm的多晶塊料或單晶硅頭尾料， 經(jīng)破碎，用1: 5的氫氟酸和硝酸混合液進行適當(dāng)?shù)母g，然后用去離子水沖洗呈中性,并烘干。用石英坩 堝裝好多晶硅料,加人適量硼硅，放人澆鑄爐，在真空狀態(tài)中加熱熔化。熔化后應(yīng)保溫約20min，然后注入 石墨鑄模中,待慢慢凝固冷卻后,即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池 片，可提高材制利用率和方便組裝。4.1.3生產(chǎn)硅型太陽能電池的廠家我國主要生產(chǎn)單晶硅太陽能電池的廠家主要有

22、中山市斯蓋譜光伏電子有限公司、深圳市萬旭科技 有限公司、深圳市欣明通太陽能科技有限公司、深圳市華日通太陽能有限公司。4.2薄膜太陽能電池4.2.1薄膜太陽能電池簡介薄膜光伏電池作為一種新型光伏電池，由于其原材料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、便于大規(guī)模生產(chǎn)， 因而具有廣闊的市場前景。盡管薄膜光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率還有待進一步提高，但其價格優(yōu)勢抵消 了光電轉(zhuǎn)換效率不足的缺點。據(jù)預(yù)測，市場對于薄膜光伏電池的需求增長速度將是傳統(tǒng)硅片光伏電池 的2倍。薄膜光伏電池特別是非晶硅薄膜光伏電池具有晶體硅片光伏電池所不具備的低成本、對原材料硅 的用量極少、較短的能量回收周期、生產(chǎn)過程無污染、弱光下可以發(fā)電、襯底可用柔性

23、材料等優(yōu)勢， 適合大面積生產(chǎn)，適合應(yīng)用于大規(guī)模、大面積的光伏電站及光伏建筑一體化，具有巨大的發(fā)展空間。 2013年之前薄膜光伏電池和硅片光伏電池將齊頭并進，2013年以后薄膜光伏電池將成主流。生產(chǎn)薄膜太陽能電池的廠家由于薄膜太陽能電池需要非常昂貴的設(shè)備投資，的技術(shù)經(jīng)驗，到2009年為止，生產(chǎn)薄膜太陽能 電池的廠家并不多。從技術(shù)上講，最為成熟的薄膜太陽能電池當(dāng)屬硅基薄膜太陽能電池，包括非晶硅薄膜太陽能電池 和非晶硅/微晶硅雙疊層薄膜太陽能電池，在進行薄膜電池投資或研究時，應(yīng)著重考慮原材料擁有量 和技術(shù)進步的風(fēng)險。薄膜電池會首先在歐美日等國家和地區(qū)大規(guī)模開發(fā)，晶體硅太陽能電池等較為成 熟的技術(shù)將向

24、中國及其他發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。美國的FirstSolar公司在2007年就將碲化鎘薄膜太陽能電池產(chǎn)量擴大到207MW，成為世界第四 大太陽能電池制造商，其產(chǎn)能超過300MW，成為目前世界上發(fā)展最快的薄膜太陽能電池企業(yè)，其宣 布的成本僅為每瓦1.47美元，遠遠低于同期的晶體硅太陽能電池成本。而在世界范圍內(nèi)也出現(xiàn)了硅 基薄膜太陽能電池生產(chǎn)廠，包括美國的UnitedSolar公司、日本的Kenaka公司和三菱公司、德國的Schott 公司等都已推出非晶硅薄膜太陽能電池的生產(chǎn)線。日本夏普公司在2007年晶體硅太陽能電池的生產(chǎn) 出現(xiàn)了 16%的下滑，公司推出了新的太陽能電池發(fā)展戰(zhàn)略，即大力推進硅薄膜太陽能電

25、池生產(chǎn)線的建 設(shè)，并將晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)基地向中國或其他制造成本較低的國家轉(zhuǎn)移。銅銦鎵硒薄膜太陽 能電池由于其制造難度較大，目前還沒有真正形成大氣候的太陽能電池廠，但是世界多家太陽能電池 公司或研發(fā)單位都在加緊研究，使這種太陽能電池盡早進入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)階段。4.2.3薄膜太陽能電池的市場應(yīng)用情況由于薄膜光伏電池制造成本相對較低，同時大面積的封裝成本、系統(tǒng)安裝成本也較低，因此與晶 體硅光伏電池相比，薄膜光伏電池更適合在可以大面積安裝的大型光伏發(fā)電站以及建筑光伏一體化領(lǐng) 域應(yīng)用。另外由于該種產(chǎn)品易于切割，也可以將其切割成小塊，應(yīng)用于太陽能消費類電子產(chǎn)品。將薄 膜制作在導(dǎo)電玻璃上，通過封裝

26、整體組合成發(fā)電玻璃，可直接替代建筑用普通玻璃幕墻，從而做到標(biāo) 準(zhǔn)化的光伏電池芯片、標(biāo)準(zhǔn)化的光伏電池模組、標(biāo)準(zhǔn)化的安裝結(jié)構(gòu)。光伏幕墻除了并網(wǎng)發(fā)電外，在低 輻射功能、無光污染、環(huán)保、節(jié)能、發(fā)電過程無噪音等性能方面超過普通玻璃幕墻8。類別應(yīng)用領(lǐng)域用途推電幼通五屯地區(qū)居民生活用電 丸伏成型與牧車配苴航夫供暗訕itUili信翎域石油、海洋、氣郎期域照呷、視、收來批等.無11坦區(qū)的球水并恢用.夜既.眩衍燈、完迥F凱別信訃燈、堂通警示.-懷志燈、路燈+丸叫能妝1/電功車.電汕充電逮備.汽車空調(diào)、樵氣企.矜盈折。!星.骯天群，空間太陽前電站箸+太陽能無Mtft守做姓中淮拈.費撤淺護姑、-播近訊電游系統(tǒng).石油首

27、道和木版僻門馴椎仗護太陽能電溟底統(tǒng).并平臺生活度. ij.fi.海祥檢M設(shè)MS驟制設(shè)格等推電其它怦通牡城冷孩系城火陽酷建豆一體化BIPW 光伏電拈何式電器,海術(shù)謖化段備供電昨捋光優(yōu)奈統(tǒng)安裝在居民和缶.乓姓技項上，可供建筑本身用電.也可材老余電力回害電網(wǎng)將丈陽能發(fā)電與注筑材料相雄臺技得掛甄實現(xiàn)電力口給。建中大觀檜Si電再通過電網(wǎng)佬摘，如同傳統(tǒng)電站薄膜光伏技術(shù)正在快速進入商業(yè)市場。多家CIGS薄膜公司也將功率模塊推進市場。在美國，2006 年薄膜太陽能的市場分額約為44%，2007年超過硅型太陽能市場的銷量。根據(jù)薄膜光伏的全球產(chǎn)能 規(guī)劃，預(yù)計到2010年將超過3 700 MW，而First Sol

28、ar公司全球目標(biāo)是2009年達到450 MW，夏普 公司在2010年達到1000 MW。因擴大規(guī)模而降低成本的產(chǎn)能會大幅度降低薄膜光伏產(chǎn)品的制造價 格，并有可能在不遠的將來使太陽能電力價格與電網(wǎng)相比更有優(yōu)勢9。4.3高分子光伏電池4.3.1高分子光伏電池簡介近年來，以高分子等有機材料制作的太陽能電池，越來越受到研究單位與工業(yè)界的重視。高分子 太陽能電池(polymer solar cells)以具有類似塑料特性的高分子材料所制成，其重量輕且具有極佳的可 撓性(flexibility)，并且耐摔、耐沖擊、低成本，也可制作在軟性塑料或薄金屬基板上，同時可以旋轉(zhuǎn) 涂布(spin-coating域是刮

29、刀涂布(doctor-blading)等低成本的方式制作。由于有這些優(yōu)點，已成為備受 矚目的新世代太陽能電池。高分子光伏電池要達到實際應(yīng)用最關(guān)鍵的是要提高能量轉(zhuǎn)換效率(PCE )。八十年代中期以前，基 本上是單層電池，能量轉(zhuǎn)化效率一直不高(低于1%);隨后，給電子和受電子物質(zhì)組成的異質(zhì)結(jié)電池通 過不斷改進優(yōu)化，光電轉(zhuǎn)化效率最高達到了 5 %；盡管外量子效率達到了甚至80%，但由于吸收光譜 和太陽能不匹配等一些原因，造成總能量效率一直不高。4.3.2高分子太陽能電池的市場應(yīng)用情況目前有最高效率的高分子太陽能電池是以3-己基哈吩和PCBM的混合材料所制，在2005年，已 有報導(dǎo)指出高分子太陽能電池

30、之光電轉(zhuǎn)換效率可高達5%11，到了 2007年，更有高達6%光電轉(zhuǎn)換效 率的相關(guān)報導(dǎo)12。太陽光的發(fā)射光譜分散范圍很廣泛，而目前最好的高分子材料P3HT的能帶間隙約為1.9eV，最 長的吸收波長僅達600nm，所以若能將主動層吸收材料的能帶間隙降低，可以幫助有效吸收更長波長 的太陽光，進而增加光電轉(zhuǎn)換效率。一般來說，光電轉(zhuǎn)換效率至少要達到10%才可能進入實用階段13。但現(xiàn)在報告的高分子光伏電池 的EQE最好為80%，能量轉(zhuǎn)化率為5%，和應(yīng)用還存在較大差距。如果新穎的光伏材料不僅對太陽光 總能量有很大的吸光度，而且電子在材料中易于傳輸;再通過優(yōu)化電池設(shè)計，則可以使之有很高的量 子效率，因此開發(fā)具

31、有更高能量轉(zhuǎn)換率的高分子光伏電池是很有希望的。4.4聚光光伏電池4.4.1聚光型光伏電池簡介聚光光伏發(fā)電采用便宜的聚光器來部分代替昂貴的光伏電池可充分利用光伏電池的光電轉(zhuǎn)換能 力，降低光伏發(fā)電的成本。14聚光型光伏電池利用菲涅爾透鏡或碟式反射鏡等將太陽輻射聚焦到太陽 能電池上，太陽能電池表面按受太陽的輻照強度可以增強2002000倍。這樣，太陽能電池的單位面積輸 出功率將大幅提高,從而使發(fā)電成本下降。目前有報道的磷化銦-鎵銦砷-鍺三結(jié)電池轉(zhuǎn)化效率已達 41.1%15。4.4.2聚光型光伏電池的主要技術(shù)選擇聚光型光伏電池的冷卻方式需要考慮很多方面因素包括冷卻系統(tǒng)成本、泵功率、重量、使 用材料、制

32、造和維護的方便性、對電池的遮擋等。在這里我們重點說明聚光型光伏電池的冷卻技術(shù)。雖然聚光型光伏電池的轉(zhuǎn)化效率比較高，但在這樣高的轉(zhuǎn)化效率下，由于光伏電池工作于高光強 和大電流下溫度會很快升高，仍然會有60%左右的能量轉(zhuǎn)化為熱量。這樣長時間的高溫將導(dǎo)致電池不 可逆轉(zhuǎn)地損壞，對于人為增強輻照強度的聚光型光優(yōu)電池更是這樣。因此,電池的冷卻方式是聚光型電 池研究和制造中非常重要的一個環(huán)節(jié)15。在總結(jié)了前人實驗和理論分析的基礎(chǔ)上給出不同冷卻方式的大致熱阻范圍。一般聚光光伏電池按 結(jié)構(gòu)分為單個電池、線性聚光和電池陣列。風(fēng)冷方式由于安裝方便在單個電池中使用較廣。1000倍 下使用被動風(fēng)冷都是有效的。而水冷方式

33、一般需要加上泵有額外的功率消耗，但是冷卻效果比風(fēng)冷好 很多，可以用在倍數(shù)不高的線性聚光系統(tǒng)中。熱管冷卻方式的適用范圍較廣在倍數(shù)不是特別高的系統(tǒng) 中都能應(yīng)用，而且具有較好的均溫性。微通道和射流沖擊冷卻方式由于換熱系數(shù)非常大適合高聚光倍 數(shù)(150)下的電池陣列。表2聚光電池冷卻方式的選擇電池類型聚焦倍數(shù)冷卻方式單個電池現(xiàn)行聚光1-1000風(fēng)冷，熱管 25水冷，熱管N25水冷，液浸電池陣列 150微通道，熱管N 150微通道，射流沖擊，液浸冷卻方式的選擇是聚光型光伏系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的一個環(huán)節(jié)。合適的冷卻系統(tǒng)要求不僅能夠降 低電池的表面溫度，平衡光斑的不均勻性,還要安裝方便，使用起來穩(wěn)定可靠，同時

34、還要兼顧成本等方面 因素。4.4.3聚光型光伏電池的生產(chǎn)廠家由于聚光型光伏電池的高效率優(yōu)點，國內(nèi)外廠商對其關(guān)注也與日俱增，表3列舉了國際上生產(chǎn)聚 光型光伏電池的廠商。表3國際主要聚光型光伏電池生產(chǎn)廠商Abengou Solar西班牙、美國多種設(shè)計類型-Americau CPV透鏡基座式Boeiug(SpectioLab)以研制單體電池和電池模塊為主Coucentiatiou SolarLa西班牙透鏡基座式美國鏡片反射基座式Mancha公司位置聚光方式系統(tǒng)類型Concentrating Techuologies Cool Earth Solar Daid o Steel Energy Innov

35、ations Eufocus Eugiueering ENTECH Greeuvolts Guasoor Fotou MenovaOPEL Internatioual Pyron Sharp Sol3g Solar Tec AG Soliaut Energy牙大 牙 國本國國國國班爭國國本班國國 美H美關(guān)關(guān)美西加關(guān)關(guān)H西德美反 槽TH 身 身球 反反脹鏡鏡鏡鏡片鏡軸鏡鏡鏡鏡鏡鏡膨透透透透鏡透極透透透透透透式 式 - 式式式格式式式式式式式式樞 座座盤平座盤座 座盤座座座平 基基轉(zhuǎn)水基轉(zhuǎn)基-基轉(zhuǎn)基基基水5光伏電池的相關(guān)技術(shù)5.1光伏發(fā)電中的MPPT技術(shù)所有光伏系統(tǒng)都希望光伏電池陣列在同樣日照、溫

36、度的條件下輸出盡可能多的電能，這也就在理 論上和時間上提出了太陽電池陣列的最大功率點跟蹤問題。太陽能光伏應(yīng)用的日益普及、太陽電池的 高度非線性和價格仍相對昂貴加速額人們對這一問題的研究。MPPT 簡介最大功點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，簡稱MPPT)系統(tǒng)是一種通過調(diào)節(jié)電氣模塊的工作 狀態(tài)，使光伏板能夠輸出更多電能的電氣系統(tǒng)能夠?qū)⑻柲茈姵匕灏l(fā)出的直流電有效地貯存在蓄電池 中，可有效地解決常規(guī)電網(wǎng)不能覆蓋的偏遠地區(qū)及旅游地區(qū)的生活和工業(yè)用電，不產(chǎn)生環(huán)境污染。MPPT的原理給蓄電池充電，太陽板的輸出電壓必須高于電池的當(dāng)前電壓，如果太陽能板的電壓低于電池的電 壓，那么輸出電流就會接近0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓 (Vpp)大約在17V左右，這是以環(huán)境溫度為25 C時的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的。當(dāng)天氣非常熱的時候，太陽能 板的峰值電壓Vpp會降到15V左右，但是在寒冷的天氣里，太陽能的峰值電壓Vpp可以達到18V。現(xiàn)在，我們再回頭來對比MPPT太陽能控制器和傳統(tǒng)太陽能控制器的區(qū)別。傳統(tǒng)的太陽能充放電 控制器就有點象手動檔的變速箱，當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應(yīng)提高的話， 勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設(shè)定好的，就是說，MPPT 控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功