光伏基础知识介绍.ppt

光伏基础知识介绍 Allrightreservedbyheshuai2010 11 01 CompanyLogo 主要内容 光生伏特效应示意图 光伏发电的应用 1839年 法国Becqueral 贝克勒尔 第一次发现 在光照条件下 某些系统的两端具有电压 用导线将两端连接起来后 有电流输出 这就是光生伏特效应 photovoltaics 简称PV 1954年 贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6 的单晶硅太阳电池 现代硅太阳电池时代从此开始 光伏发电的应用 天宫一号与神九对接 大众汽车太阳能天窗 光伏发电的应用 太阳能飞行器 太阳能汽车 光伏发电的应用 小型光伏系统 大型光伏系统 光伏发电的应用 通过光伏供电的通讯基站 太阳能电池充电器 光伏产业链介绍 光伏产业链介绍 一 硅片 光伏产业链介绍 光伏产业链介绍 多晶硅碇 单晶硅棒 光伏产业链介绍 单晶硅片 多晶硅片 光伏产业链介绍 破锭 光伏产业链介绍 切片 光伏产业链介绍 1 型号 P型和N型 P型多晶硅是掺B N型多晶硅是掺P 2 电阻率3 少数载流子寿命4 硅片边长5 对角线长度6 倒角7 厚度8 总厚度变化 硅片性能参数 光伏产业链介绍 总体来说 单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长 单晶的转换效率高 但产能低 能耗大 多晶的转换效率相对较低 但能耗低 产能大 适合于规模化生产 单多晶硅片比较 光伏产业链介绍 二 电池片 光伏产业链介绍 单晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池 多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池的最大差别在于硅片 多晶硅片是许多硅晶粒的集合体 光伏产业链介绍 正面和背面的金属电极用来收集光激发的自由电子和空穴 对外输出电流 减反射薄膜的作用是减小入射太阳光的反射率 pn结的作用是将光激发的自由电子输送给n型硅 将自由空穴输送给p型硅 晶体硅太阳电池结构 光伏产业链介绍 掺磷原子 P 掺硼原子 B P杂质原子最外层的电子数比硅原子多一个 P杂质原子多余的电子很容易挣脱原子核的束缚 成为自由移动的电子 掺P杂质的Si半导体主要依靠电子导电 称为n型Si P杂质称为施主杂质 B杂质原子最外层的电子数比硅原子少一个 相当于B杂质原子最外层多了一个空穴 在常温条件下 B杂质原子多余的空穴很容易挣脱原子核的束缚 掺B杂质的Si半导体主要依靠空穴导电 称为p型Si B杂质称为受主杂质 单晶硅的晶体结构 单晶硅体内的每个硅原子 Si 最近邻有四个Si原子 未掺杂的硅称为本征硅 PN结 光伏产业链介绍 PN结 n型硅中有数量较多的电子 p型硅中有数量较多的空穴 当n型硅和p型硅结合在一起后 n型硅中有部分电子往p型硅中扩散 p型硅中有部分空穴往n型硅中扩散 使得n型硅在交界处附近留下带正电的离子实 p型硅在交界处附近留下带负电的离子实 这两种离子实在交界处附近的区域内产生电场 称为内建电场 电场方向由n型硅指向p型硅 n型硅和p型硅交界处附近的区域称为pn结 光伏产业链介绍 光生伏特效应 光伏产业链介绍 在太阳光的照射下 硅片中激发出自由电子和自由空穴 自由电子和空穴扩散到p n结附近 受到内建电场的作用 电子往n型硅中漂移 空穴往p型硅中漂移 电子带负电 空穴带正电 漂移到n型硅中电子使n型硅带多余的负电荷 对外表现出负电性 漂移到p型硅中的空穴使p型硅带多余的正电荷 对外表现出正电性 n型硅和p型硅之间对外具有一定的电势差 称为光生电压或者光生电动势 光生伏特效应 光伏产业链介绍 光伏发电原理 当太阳光照射到太阳电池表面时 由于光生伏特效应 太阳电池的正面电极和背面电极之间产生光生电压 用金属导线接上电灯 电器等负载 可为这些负载提供电流 光伏产业链介绍 太阳能电池制造流程 光伏产业链介绍 I V曲线 将太阳电池接上负载 在光照条件下 改变负载的电阻 太阳电池的输出电压V 输出电流I和输出功率P将随之变化 记录下V I P的变化情况 并将数据绘成曲线 将得到上图的曲线 称为太阳电池的电流 电压特性 光伏产业链介绍 电池电性能参数 短路电流Isc 负载的电阻为零时 太阳电池的输出电流 开路电压Voc 负载的电阻无穷大时 太阳电池的输出电压 最大功率点Pm 太阳电池的最大输出功率 最大功率点电流Im 输出功率最大时 太阳电池的输出电流 最大功率点电压Vm 输出功率最大时 太阳电池的输出电压 转换效率 太阳电池的最大输出功率Pm与入射光功率的比值 是衡量太阳电池性能的最重要参数 填充因子FF 太阳电池的最大输出功率Pm与短路电流Isc 开路电压Voc乘积的比值 串联电阻Rs 主要是太阳电池的体电阻 表面电阻 电极导体电阻 电极与硅表面的接触电阻组成 并联电阻Rsh 为旁漏电阻 它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面缺陷引起 光伏产业链介绍 各种太阳能电池比较 光伏产业链介绍 各种太阳能电池比较 光伏产业链介绍 三 组件 光伏产业链介绍 组件设计分三步走 确定需求 单晶 多晶 常规 双玻 电压及功率 有框 无框等等 根据需求设计组件图纸 根据组件电流电压要求确定是否切片 串并联数量 确定外形尺寸等 选择合适的材料进行封装并评估其性能 电性能 可靠性等 组件设计 光伏产业链介绍 组件设计 常规单片电池的性能参数 一般组件采用串联设计 串联的数量决定了组件的输出电压 组件的功率 单片电池功率 电池片数量 CTM值 光伏产业链介绍 组件设计 例1 某客户想用125单晶电池片制备一种组件 要求其工作电压为12V 功率60W 请问该组件如何设计 解答 因为其工作电压为12V 得知单串电池的数量为24片 设计组件CTM为98 可知单片电池功率为60 0 98 24 2 55W 某些特殊情况下 组件内部也会同时有串并联的结构 电池串联 电流不增加 电压叠加 电池并联 电压不增加 电流叠加 光伏产业链介绍 组件设计 某型组件设计图纸 光伏产业链介绍 组件设计 物料选择背板 很大程度上决定了组件的使用寿命 我司组件背板选材极为慎重 这也是我们公司产品的一大亮点 接线盒 接线盒是故障率较高的部件之一 主要是二极管发热导致接线盒热熔甚至烧毁 EVA 容易黄变 粘结性能下降后会出现脱层 边框 决定了组件机械载荷能力 也是组件各部件 电池片除外 中目前成本最高的零部件 涂锡带 涂锡带越厚 组件串阻越小 组件功率约高 但同时也会导致生产过程中较高的破片率 硅胶 硅胶主要起密封防水用 我司组件硅胶型号稳定 质量可靠 玻璃 南玻太阳能玻璃国内领先 光伏产业链介绍 组件封装 光伏产业链介绍 组件封装 目的 为何需要将电池封装成组件 防止太阳能电池破损 防止太阳能电池被腐蚀失效 满足负载要求 串联或并联成一个能够独立作为电源使用的最小单元 光伏产业链介绍 组件封装 目的 晶体硅呈脆性硅太阳电池面积大硅太阳电池厚度小 太阳电池极易破碎 光伏产业链介绍 组件封装 目的 太阳电池长期暴露在空气中会出现效率的衰减太阳电池对紫外线的抵抗能力较差太阳电池不能抵御冰雹等外力引起的过度机械应力所造成的破坏太阳电池表面的金属化层容易受到腐蚀太阳电池表面堆积灰尘后难以清除 光伏产业链介绍 组件封装 目的 电池单片功率一般为2 4W 电压仅为0 5V 难以满足常规用电需求 需要将其串联或者并联以达到负载的电压及功率要求 光伏产业链介绍 组件封装 历史 第一代室温硫化硅橡胶封装第二代聚乙烯醇缩丁醛 PVB 封装第三代乙烯 醋酸乙烯共聚物 EVA 封装 组件封装历史 光伏产业链介绍 组件封装 示意图 光伏产业链介绍 组件封装 示意图 光伏产业链介绍 组件封装 焊接 将单个电池片组成电池串的过程焊接保证电池的电性能的稳定焊接过程是重要的一个工艺过程 光伏产业链介绍 组件封装 焊接 焊接温度在250 370 之间 其中机焊温度较低 手工焊温度高 焊点要求平滑 无毛刺 焊接牢固 可靠 无漏焊 虚焊现象 焊带要求和电池表面栅极重合 光伏产业链介绍 组件封装 焊接 手工焊接 适用性好 适合各种类型组件 焊接质量不确定性大 机器焊接 适合常规组件 批量稳定化生产 焊接质量稳定 目前我司全部采用机器焊接 光伏产业链介绍 组件封装 焊接 将电池串用汇流条连接起来以便于将来进行层叠的过程互连条焊接的质量直接影响到组件电性能的输出 其外观要求也较高 光伏产业链介绍 组件封装 层叠 层叠的过程是将电池组和钢化玻璃 EVA TPT叠在一起的过程层叠过程将直接影响组件的外观质量 层叠后要做细致的检查 光伏产业链介绍 组件封装 层压 层压的过程是将层叠件通过在145 的温度下将EVA熔融后固化的过程层压过程是组件生产过程中的特殊工艺过程 它对组件产品的质量起关键性的影响 层压 光伏产业链介绍 组件封装 装配 装框及装接线盒是将固化层压件变成便于电性能输出和便于安装的组件的过程该过程用于提高组件的机械性能和用于保证组件的电性能输出 光伏产业链介绍 组件测试 EL 隐裂 明暗不均 光伏产业链介绍 组件测试 电性能测试 太阳能电池组件把接收的光能转换成电能 其输出电流 电压的特性如下图 这个曲线也称I V曲线 最大输出功率 Pm 最大输出工作电压 Vpm 最大输出工作电流 Ipm 开路电压 Voc 正负极间为开路状态时的电压短路电流 Isc 正负极间为短路状态时的电流 最大输出工作电压 Vpm 输出功率最大时的工作电压最大输出工作电流 Ipm 输出最大功率时的工作电流填充因子 FF Pm Voc Isc FF越接近1 太阳能电池的质量就越好组件转换效率 Pm 1000 S 100 S为组件面积 光伏产业链介绍 组件测试 PID 一些电站实际应用表明 光伏发电系统的系统电压似乎存在对晶体硅电池组件有持续的 电位诱发衰减 效应 它的直接后果是电站实际发电量下降 严重的时候它可以引起一块组件功率衰减50 以上 从而影响整个电站的功率输出 严重损害投资者的收益 最终会导致组件厂遭遇投诉甚至是退货 赔偿 光伏产业链介绍 碳足迹 我司多晶60片已取得碳足迹认证 氨水测试 我司单晶156级多晶156各板型已通过耐氨水测试 PID 2个月左右取得相关认证 8000Pa机械载荷测试 目前边框改型试验中 初步反馈结果良好 组件测试 进程 光伏产业链介绍 由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度 太阳能光谱的分布和太阳能电池的温度 因此太阳能电池组件的测量在标准条件下 STC 进行 测量条件被欧洲委员会定义为101号标准 其条件是 太阳能电池组件表面温度25 光谱分布AM1 5 辐照度1000W m2 AM airmass 当天空晴朗 太阳在头顶直射且阳光在大气中经过的光程最短时 到达地球表面的太阳辐射最强 如图所示 这个光程可用1 cos z近似 是太阳光与本地垂线的夹角 这个光程被定义为太阳辐射到达地球表面必须经过的大气光学质量AMAM 1 cos 当 0时 大气光学质量等于1或称AM1当 60时 则大气光学质量等于2或称AM2AM1 5相当于太阳光和垂线方向成48 2 为光伏业界的标准 STC 标准测试条件 光伏产业链介绍 NOCT NormalOperatingCellTemperature 额定电池工作温度 当组件电池处于开路状态 并在一下具有代表性情况时所达到的温度电池表面光强强度 800W m2空气温度 20 风速 1m s支架结构 后背面打开 NOCT 额定工作温度 光伏产业链介绍 温度 太阳能电池的工作温度由环境温度 封装电池的组件特性 照射在组件上的日光强度以及其他一些变量 如风速等因素决定 如果太阳能组件表面温度升高 则输出功率下降 呈现负的温度特性 晴天受到辐射的组件表面温度比外接气温高20 40 所以此时组件的输出功率比标准状态低 如果辐照度相同 冬季比夏季输出功率大 辐照度不变时 温度上升 开路电压 Voc 与最大输出功率下降 影响组件电性能的因素 温度 光伏产业链介绍 辐照度 组件温度不变时 短路电流 Isc 与辐照度成正比 与之伴随最大输出功率 Pm 与辐照度大致成正比 影响组件电性能的因素 辐照度 光伏产业链介绍 非相同特性的电池在实际情况中 所有电池都具有不同的特性 输出最小的电池限制了整个组件的总输出 组件中电池的最大输出的总和与组件实际到达的最大输出之间的差别就是失谐损耗 影响组件电性能的因素 电池串中的 坏 电池的反偏 导致这种情况的原因是 好 电池试图以高于 坏 电池所能承载的电流导通 坏 电池 即使在短路的情况下也是如此 光伏产业链介绍 对于热点问题和失谐电池 一个解决办法是在原电路基础上加装旁路二极管 通常情况下 例如光线不被遮挡时 每个二极管处于反偏压 每个电池都在产生电能 当一个电池被遮挡时会停止产生电能 成为一个高组织电阻 同时其他电压促使其反偏压 导致连接电池两端的二极管导通 原本流过被遮挡的电池的电流被二极管分流 影响组件电性能的因素 二极管 光伏产业链介绍 传统双玻幕墙组件特点 玻璃较厚