光伏基础知识介绍（完整版）

1、LOGO光伏基础知识介绍光伏基础知识介绍All right reserved by heshuai 2010.11.01Company Logo主要内容主要内容1.光伏产品的应用光伏产品的应用 2.光伏光伏产业链产业链介介绍绍-硅片硅片3.光伏光伏产业链产业链介介绍绍-电电池池4.光伏光伏产业链产业链介介绍绍-组组件件5.光伏光伏产业链产业链介介绍绍-系系统统光生伏特效应示意图光伏发电的应用光伏发电的应用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）。

2、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太阳能级多晶硅（太阳能级多晶硅（6N）单晶硅碇单晶硅碇多晶硅碇多晶硅碇类单晶硅碇类单晶硅碇单晶硅片单晶硅片多晶硅片多晶硅片类单晶硅片类单晶硅片单晶单晶125/156多晶电池

3、片多晶电池片类单晶电池片类单晶电池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光伏产业链介绍单晶硅片多晶硅片光伏产业链介绍光伏产业链介绍 破锭光伏产业链介绍光伏产业链介绍 切片光伏产业链介绍光伏产业链介绍v 1、型号（、型号（ P型和型和N型，型， P型多晶硅是掺型多晶硅是掺B，N型多晶硅是掺型多晶硅是掺P）v 2、电阻率、电阻率v 3、少数载流子寿命、少数载流子寿命v 4、硅片边长、硅片边长v 5、对角线长度、对角线长度v 6、倒角、倒角v 7、厚度、厚度v 8、总厚度变化、总厚度变化 硅片性能参数光伏产业链介绍光伏产业链介绍 总体来说，单晶和多晶硅锭的生长方法各有所长，单晶

4、的转换总体来说，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、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。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光伏产业链介绍（二）电池片光伏产业链介绍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

5、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

6、链介绍光伏产业链介绍 PN结Si原子P杂质B杂质电子空穴内建电场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。 光伏产业链介绍光伏产业链介绍 光生伏特效应光伏产业链介绍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

7、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。光伏产业链介绍光伏产业链介绍 太阳能电池制造流程光伏产业链介绍光伏产业链介绍 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

8、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。光伏产业链介绍光伏产业链介绍电池电性能参数v 短路电流短路电流 Isc ：负载的电阻为零时，太阳电池的输出电流；：负载的电阻为零时，太阳电池的输出电流；v 开路电压开路电压 Voc ：负载的电阻无穷大时，太阳电池的输出电压；：负载的电阻无穷大时，太阳电池的输出电压；v 最大功率点最大功率点 Pm ：太阳电池的最大输出功率；：太阳电池的最大输出功率；v 最大功率点电流最大功率点电流 Im ：输出功率最大时，太阳电池的输出电流；：输出功率最大时，

9、太阳电池的输出电流；v 最大功率点电压最大功率点电压 Vm ：输出功率最大时，太阳电池的输出电压；：输出功率最大时，太阳电池的输出电压；v 转换效率转换效率 ：太阳电池的最大输出功率：太阳电池的最大输出功率 Pm 与入射光功率的比值，与入射光功率的比值，是衡量太阳电池性能的最重要参数；是衡量太阳电池性能的最重要参数；v 填充因子填充因子 FF ：太阳电池的最大输出功率：太阳电池的最大输出功率 Pm 与短路电流与短路电流 Isc 、开路电开路电压压 Voc 乘积的比值；乘积的比值；v 串联电阻串联电阻 Rs ：主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻、主要是太阳电池的体电阻、表面电阻、电极

10、导体电阻、电极与硅表面的接触电阻组成。电极与硅表面的接触电阻组成。v 并联电阻并联电阻 Rsh ：为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或硅片表面：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。缺陷引起。光伏产业链介绍光伏产业链介绍 各种太阳能电池比较具体分类具体分类转换效率转换效率%优点优点缺点缺点产业化产业化阶段阶段单晶硅单晶硅17-20技术工艺最为成熟，市场主导产品，技术工艺最为成熟，市场主导产品，转换效率高，性能稳定转换效率高，性能稳定原料成本高，目前受上游原料成本高，目前受上游晶体硅供应瓶颈所困晶体硅供应瓶颈所困大规模大规模商业化商业化生产生产多晶硅多晶硅15-18多晶硅成本比单

11、晶硅低多晶硅成本比单晶硅低转化率相对较低；原料成转化率相对较低；原料成本仍相对较高本仍相对较高大规模大规模商业化商业化生产生产多晶硅薄膜多晶硅薄膜10-12可在多种廉价衬底材料上制备，成本可在多种廉价衬底材料上制备，成本低于晶体硅电池低于晶体硅电池转化率相对较低转化率相对较低中小规中小规模商业模商业化生产化生产非晶硅薄膜非晶硅薄膜6-10对太阳光的吸收系数高，因此材料需对太阳光的吸收系数高，因此材料需求量少，可沉积在各种廉价衬底材料求量少，可沉积在各种廉价衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，上，生产成本低，单片电池面积大，适宜于大规模生产适宜于大规模生产禁带宽度较大，对太阳光禁带宽度较大，

12、对太阳光辐射的长波区域不敏感，辐射的长波区域不敏感，致使转换效率难以提高；致使转换效率难以提高；有光致衰退现象有光致衰退现象中小规中小规模商业模商业化生产化生产光伏产业链介绍光伏产业链介绍 各种太阳能电池比较铜铟硒类铜铟硒类直接带隙材料，带隙宽度小，具有大范围直接带隙材料，带隙宽度小，具有大范围太阳光谱响应特性，性能稳定太阳光谱响应特性，性能稳定铟硒都是稀有金属，大规铟硒都是稀有金属，大规模生产的原料来源有问题模生产的原料来源有问题实验室中实验室中试阶段试阶段碲化镉碲化镉10-14光谱响应特性好，弱光和高温条件下性能光谱响应特性好，弱光和高温条件下性能相对较好，耐辐射相对较好，耐辐射镉及其化合

13、物有毒，污染镉及其化合物有毒，污染环境环境规模商业化规模商业化生产生产（First solar）砷化镓砷化镓光吸收率极高，转换效率高，性能稳定光吸收率极高，转换效率高，性能稳定生产成本高，现用于太空生产成本高，现用于太空领域，未来有希望应用于领域，未来有希望应用于聚热式太阳能发电系统聚热式太阳能发电系统太空和聚光太空和聚光太阳能发电太阳能发电燃料敏化燃料敏化TiO2纳米薄纳米薄膜膜理论转换效率高，透明性好，工艺简单，理论转换效率高，透明性好，工艺简单，生产成本低生产成本低使用液体电解质，使用不使用液体电解质，使用不便，且对环境有潜在影响便，且对环境有潜在影响实验室阶段实验室阶段光伏产业链介绍光

14、伏产业链介绍（三）组件光伏产业链介绍光伏产业链介绍组件设计分三步走：v 确定需求（单晶/多晶、常规/双玻、电压及功率、有框/无框等等）。v 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）。v 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 电池片类型开压/V工作电压/V功率/W单晶125小圆角0.60.52.5-2.8单晶1560.60.54.3-4.6多晶1560.60.53

15、.9-4.3光伏产业链介绍光伏产业链介绍 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600.9824=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光伏产业链介绍 组件设计物料选择v 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。v 接

16、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。v EVA：容易黄变，粘结性能下降后会出现脱层。v 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。v 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。v 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。v 玻璃：南玻太阳能玻璃国内领先。光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-目的为何需要将电池封装成组件？v 防止太阳能电池破损；v 防止太阳能电池被腐蚀失效；v 满足负载要求，串联或并联成一个能够独

17、立作为电源使用的最小单元。光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-目的v 晶体硅呈脆性v 硅太阳电池面积大v 硅太阳电池厚度小太阳电池极易破碎！光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-目的v 太阳电池长期暴露在空气中会出现效率的衰减v 太阳电池对紫外线的抵抗能力较差v 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v 太阳电池表面的金属化层容易受到腐蚀v 太阳电池表面堆积灰尘后难以清除光伏产业链介绍光伏产业链介绍 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。光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-

18、历史v 第一代室温硫化硅橡胶封装v 第二代聚乙烯醇缩丁醛（PVB）封装v 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光伏产业链介绍 组件封装-示意图TPTEVA玻璃互连条电极接线柱太阳电池光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-示意图太阳电池的焊接太阳电池串的排列层叠层压装边框、接线盒检验包装入库玻璃清洗光伏产业链介绍光伏产业链介绍 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焊接光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-焊接v 焊接温度在250370之间，其中机焊温度较低，手工焊温度高。v 焊点要求平滑、无毛刺。v 焊

19、接牢固、可靠、无漏焊、虚焊现象。v 焊带要求和电池表面栅极重合。光伏产业链介绍光伏产业链介绍 组件封装-焊接v 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。v 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光伏产业链介绍 组件封

20、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光伏产业链介绍 组件封装-装配边框装配接线盒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（

21、Ipm） 开路电压（Voc）：正负极间为开路状态时的电压 短路电流（IscIsc）：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/（VocIsc）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

22、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光伏产业链介绍v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/m2vAM

23、（air mass）v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/cosz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AMvAM=1/cosv当=0时，大气光学质量等于1或称AM1v当=60时，则大气光学质量等于2或称AM2vAM1.5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光伏产业链介绍v NOCT（Normal Operating Cell Temperature ）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v 电池表面光强强度=800W/m2v 空气温度=20v 风速=1m/sv 支架结构=后背面打开 NOCT-额定工作温度光伏产业链介绍光伏产业链介绍v 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。v 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2040，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