第三章 太阳电池、光伏组件与光伏阵列.ppt

第三章太阳电池、光伏组件和光伏阵列光伏发电技术基础光电工程学院学习内容一、太阳电池二、光伏组件三、光伏阵列第一节太阳电池70年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年,美国制定了政府级的阳光发电计划,1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达8亿多美元。1992年,美国政府颁布了新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”,1993年将“月光计划”(节能计划)、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。第一节太阳电池90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。自“六五”以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划,大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。二十多年来,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展,成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。太阳电池产业是进几年来发展最快的产业之一,最近5年以超过40%的速度增长。在各类太阳电池中,晶体硅太阳电池由于起转化效率高,技术成熟而继续保持领先地位,占据90%以上的份额,预计今后十年内晶体硅太阳电池仍占主导地位。,实现这一技术关键的就是光电转换器件——太阳电池。太阳电池是太阳能光伏发电技术的基础和核心。太阳电池的发展主要经历了以下几个阶段:20世纪70年代:开发初期太阳电池发电技术开发初期的20世纪70年代,太阳电池的价格昂贵(1500美元/瓦),只能用于人造卫星、差转电台、海岛灯塔等场所。20世纪80年代-20世纪90年代:小容量太阳电池的广泛应用太阳电池主要应用在手表、计数器、照明(路灯、庭院灯)、交通标志和防灾电源上。虽然太阳电池的价格不断降低,但仍然比较贵,还不能应用于民用电器。太阳能光伏发电的高速发展和大容量应用阶段随着世界各国制订光伏发展计划、大量研究经费的投入、财政补贴、免税等优惠政策鼓励下,20多年来,太阳能光伏发电技术得到了迅猛发展。太阳电池价格已降低至低于5元/瓦,大容量的应用已成为现实。将光伏组件作为屋顶或贴于向阳的墙面上,使建筑与太阳能光伏发电一体化,为大楼的照明、空调、电梯供电,并与市电并网。太阳能光伏发电系统的未来:建在太空的超级太阳能发电站在太空建立巨大的太阳能发电站,把产生的电力变换成微波后传输到地面。太阳电池利用半导体材料的电子特性,把阳光直接转换为电能。,半导体具有很多自身的重要特性:光照特性:适当波长照射时,光照强度越大,半导体的电阻率越低。掺杂特性:掺杂含量可以显著改变半导体的导电能力。比如纯硅(Si),每100万个原子掺进一个V族元素(比如磷)其电阻率在室温下的大约214,000Ω··cm以下。晶体硅太阳电池是把光能转换成电能的一种半导体器件。,会发生电子-空穴对分离,电子、空穴均为载流子,即在半导体中可以载运电流的带点粒子,其中电子带负电荷,空穴带正电荷。,电池吸收光能,产生电子-空穴对,在电池内建电场的作用下光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生光生电压,这就是光生伏特效应。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,于是负载中就有电流,从而获得输出功率,这样太阳能就转化成了电能。光伏发电的本质是“光--电转换”。————光电转换效应根据硅晶体结构的不同,太阳电池可分为:单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池以及带状硅太阳电池。由于多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池在成本及效率上具有的优势,所以,目前市场上晶体硅太阳电池占所有太阳电池的90%以上。第一节太阳电池