单晶硅太阳能电池硅片转换效率提高对并网电能质量的改善.硕士论(3)

２．２太阳能电池发展历程及发展趋势

２．２．１．太阳能电池发展历史

对光伏发电技术的研究始于ｌＯＯ多年前。１８３９年，法国科学家Ａ．Ｅ．Ｂｅｃｑｕｒｅｌ６

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意外的发现光生伏打效应。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起了积极推进的作用。对太阳能电池的实际应用起到决定性作用的是１９５４年美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功，在太阳能电池发展史上起到了里程碑的作用。至今为止，太阳电池的基本结构和机理没有改变，太阳能电池后来的发展主要是薄膜电池的研发，如非晶硅太阳能电池、ＣＩＳ太阳能电池、ＣｄＴｅ太阳能电池和纳米敏化太阳能电池等，此外主要的是生产技术的进步，如丝网印刷、多晶硅太阳能电池生产工艺的成功开发，特别是薄膜的减反射和钝化技术的建立以及生产工艺的高度自动化等。

２．２．２．中国太阳能电池发展简史

１９５８年我国开始研制太阳能电池，１９５９年中国科学院半导体研究所研制成功第一片有实用价值的太阳能电池；１９７１年开始了太阳能电池的空间应用，１９７３年开始太阳能电池的地面应用；１９７９年我国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能电池；１９８０—１９９０年期间我国引进国外太阳能电池关键设备和成套生产线及技术，先后建立了单晶硅电池生产企业；到２０世纪８０年代后期，初步形成我国太阳能电池产业，进入２１世纪，我国光伏产业迅速发展，初步形成了一个光伏产业规模化生产，高技术产业链不断扩大。

２．２．３．世界光伏技术发展趋势

进入２１世纪，光伏电料工艺上都得到了新的发展。从材料上说，基于薄膜技术的光伏电池，采用了新型的纳米技术使得转换效率更高；从结构上说，叠层光伏电池和玻璃光伏电池的发展使得吸收太阳能范围更广，效率更高；这些新的突破都使光伏电池发展进入新的阶段。

ｉ，商业化电池的电池效率不断提高；

ｉｉ，商业化电池的硅片厚度不断降低；

ｉｉｉ，生产规模不断扩大；

ｉｖ，太阳能电池组件成本大幅降低；

ｖ，晶硅电池技术持续进步，薄膜电池技术发展迅速；

访，光伏工业的专用设备制造业及检测设备的技术提升。

２．３光伏发电系统的组成

光伏发电是指利用光伏电池方阵将太阳光辐射能量转化为电能的直接发电方式，光伏发电系统是由光伏电池方阵、控制器和电能存储和变换环节构成的发电与电能变换系统。光伏电池方阵产生的电能经过电缆、控制器、储能等环节与以储存和转换，转换为负载所能使用的电能。其构成如图２．２所示。７

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图２．２光伏发电系统组成示意图

①．太阳能电池方阵

太阳能电池单体是光电转换的最小单元，其工作电压约为Ｏ．４５一Ｏ．５Ｖ，远远低于实际所需要的电压，一般不能单独作为电源使用。为了满足实际应用的需要，将太阳能电池单体进行串联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至７几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联并架在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所需要的输出功率。

②．防反充二极管其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚由于光线不足不发电或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵放电。它串联在太阳能电池方阵电路中，起单向导通作用。

③．蓄电池组

其作用是储存太阳能电池方阵受光照时所发出电能并可随时向负载供电。蓄电池是光伏发电中的关键部件，蓄电池的失效和短寿命也是阻碍光伏发电独立系统扩大应用的主要原因之一。目前我国用于光伏发电系统的蓄电池多数是铅酸蓄电池，也有少量用于高寒户外的系统采用镉镍电池。

④。控制器

是光伏发电系统的核心部件之一。光伏发电系统在控制器的管理下运行。光伏发电系统的控制器一般应具有如下功能：ｉ，信号检测；ｉｉ，蓄电池最优充电控制：ｉｉｉ，蓄电池放电管理：ｉｖ，设备保护；ｖ，故障诊断定位；ｖｉ，运行状态指示。控制器可以采取多种技术方式实现其控制功能，比较常见的有逻辑控制和计算机控制两种方式。

⑤．逆变器

逆变器是将直流电变换成交流电的设备，由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是交流电时，逆变器是不可缺少的。按照其运行方式，可分为独立运８

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行逆变器和并网逆变器。前者用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。后者用于并网运行的太阳能电池发电系统，将发出的电能馈入电网。

⑥．测量设备

对于太阳能通信电源系统等工业电源系统和中大型太阳能光伏电站，往往要求对大量参数进行测量，如太阳辐射、环境气温等，有些甚至要求有远程数据输入、遥控功能等，这就要求太阳能电池发电系统配备数据采集系统和微机监控系统。

⑦．最大功率点跟踪技术（ＭＰＰＴ）

太阳能电池方阵的输出随太阳辐照度和太阳能电池方阵表面温度而变动，因此需要跟踪太阳能电池方阵的工作点并进行控制，使方阵始终处于最大输出，以获得最大的功率输出。

２．４太阳能电池的分类

太阳能电池的种类很多，但目前对于多数批量生产和研制的太阳能电池，还没有公认的命名法。光伏系统分为独立系统、并网系统和混合系统。如果根据太阳能光伏系统的应用形式、应用规模和负载的类型，对光伏供电系统进行比较细致的划分，还可以将光伏系统细分为如下六种类型：小型太阳能供电系统；简单直流系统；大型太阳能供电系统；交流、直流供电系统；并网系统；混合供电系统；并网混合系统。现把它们大致的分类情况介绍如下。

２．４．１小型太阳能供电系统（ＳｍａＩｌＤＣ）

该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。其主要用途是一般的家庭户用系统，各种民用的直流产品以及相关的娱乐设备。在我国西部地区就大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流灯，用来解决无电地区的家庭照明问题。

２．４．２简单直流系统

该系统的特点是系统中的负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求，负载主要是在白天使用，所以系统中没有使用蓄电池，也不需要使用控制器，系统结构简单，直接使用光伏组件给负载供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程，以及控制器中的能量损失，提高了能量利用效率。其常用于ＰＶ水泵系统、一些白天临时设备用电和一些旅游设施中。

２．４．３大型太阳能供电系统

与上述两种光伏系统相比，这种光伏系统仍然是适用于直流电源系统，但是这种太阳能光伏系统通常负载功率较大，为了保证可以可靠地给负载提供稳定的电力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的光伏组件阵列以及较大的蓄电池９

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组，其常见的应用形式有通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电，航标灯塔、路灯等。

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