太阳能光伏：基本知识普及手艺知识详解
太阳能光伏手艺是指一种可直接将太阳的光能转换为电能并加以充分使用的前瞻性手艺 ，其辽阔的应用远景让众人为之向往而一直地起劲举行开发、立异与应用。本期将为各人先容太阳能发电原理、太阳能电池、太阳能电池组件、光伏控制器、光伏逆变器等内容。
太阳能发电原理
太阳能电池是一对光有回应并能将光能转换成电力的器件。能爆发光伏效应的质料有许多种 ，如：单晶硅 ，多晶硅 ，非晶硅 ，砷化镓 ，硒铟铜等。它们的发电原理基内情同 ，现以晶体为例形貌光发电历程。P型晶体硅经由掺杂磷可得N型硅 ，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池外貌时 ，一部分光子被硅质料吸收 ；光子的能量转达给了硅原子 ，使电子爆发了越迁 ，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差 ，当外部接通电路时 ，在该电压的作用下 ，将会有电流流过外部电路爆发一定的输出功率。这个历程的实质是：光子能量转换成电能的历程。
晶体硅太阳能电池的制作历程
“硅”是我们这个星球上蕴藏最丰量的质料之一。自从19世纪科学家们发明了晶体硅的半导体特征后 ，它险些改变了一切 ，甚至人类的头脑。20世纪末 ，我们的生涯中随处可见“硅”的身影和作用 ，晶体硅太阳能电池是近15年来形成工业化最快的。生产历程大致可分为五个办法：a、提纯历程b、拉棒历程c、切片历程d、制电池历程e、封装历程。
太阳能电池的应用
上世纪60年月 ，科学家们就已经将太阳电池应用于空间手艺——通讯卫星供电 ，上世纪末 ，在人类一直自我反省的历程中 ，关于光伏发电这种云云清洁和直接的能源形式已愈加亲热 ，不但在空间应用 ，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的自力系统、光伏水泵（饮水或浇灌）、通讯电源、石油输油管道阴极� ；ぁ⒐饫峦ㄑ侗谜镜缭础⒑Ｋ低场⒊钦蛑新繁辍⒏咚俟仿繁甑�。西欧等先进国家将光伏发电并入都会用电系统及边远地区自然界墟落供电系统纳入生长偏向。太阳电池与修建系统的连系已经形成工业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙元件得应用越来越多 ，随着上海和北京的几个项目进入实质性运转 ，这种方法将会取代通俗玻璃幕墙 ，它具有反射光强度小、保温性能好等特点！
太阳能电池组件
太阳能电池组件（光伏组件）是由一定命目的太阳能电池片通过导线串、并联毗连并加以封装而成。一个组件中 ，太阳电池的标准数目是36片（10cmx10cm） ，这意味着一个太阳电池组件约莫能爆发17V的电压 ，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池举行有用充电。现在的光伏元件输出功率大到数百瓦不等。
太阳能电池片封装成组件后能够提供足够的机械强度、抗振和抗攻击能力 ；具有优异的密封性 ，能够防腐、防风、防雹、防潮 ；具有优异的电绝缘性 ；能够抗紫外线辐射等。其潜在的品诘责题可能爆发在边沿的密封以及组件背面的接线盒。
凭证光伏工程装置的需要 ，当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不可知足要求时 ，可把多个组件通过串联、并联组装成“太阳电池方阵”也叫“光伏阵列” ，以获得所需要的电压和电流 ，其功率可以凭证现实需求组合确定。
太阳能光伏控制器
光伏充电控制器基本上可分为五种类型：并联型光伏控制器、串联型光伏控制器、脉宽调制型光伏控制器、智慧型光伏控制器和最大功率跟踪型光伏控制器。
1、并联型光伏控制器。当蓄电池充满时 ，使用电子部件把光伏阵列的输出分流到内部并联电阻器或功率模组上去 ，然后以热的形式消耗掉。并联型光伏控制器一样平常用于小型、低功率系统 ，例如电压在12V、20A以内和系统。这类控制器很可靠 ，没有继电器之类的机械部件。
2、串联型光伏控制器。使用机械继电器控制充电历程 ，并在夜间切断光伏阵列。它一样平常用于较高功率系统 ，继电器的容量决议充电控制器的功率品级。较量容易制造一连通电电流在45A以上的串联型光伏控制器。
3、脉宽调制型光伏控制器。它以PWM脉冲方法开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时 ，脉冲的频率和时间缩短。凭证美国桑地亚国家实验室的研究 ，这种充电历程形成较完整的充电状态 ，它能增添光伏系统中蓄电池的总循环寿命。
4、智慧型光伏控制器� ；贛CU（如intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）对光伏电源系统的运行参数举行高速即时收罗 ，并凭证一定的控制纪律由软件程式对单路或多路光伏阵枚举行切离和接通控制。对中、大型光伏电源系统 ，还可通过MCU的RS232接口配合MODEM调制解调器举行距离控制。
5、最大功率跟踪型控制器。将太阳能电池电压V和电流I检测后相乘获得功率P ，然后判断太阳能电池此时的输出功率是否抵达最大 ，若不在最大功率点运行 ，刚调解脉宽 ，调制输出占空比D ，改变充电电流 ，再次举行即时采样 ，并作出是否改变占空比的判断 ，通过这样的寻优历程可包管太阳能电池始终运行在最大功率点 ，以充分使用太阳能电池方阵的输出能量。同时接纳PWN调制方法 ，使充电电流成为脉冲电流 ，以镌汰蓄电池的极化 ，提高充电效率。
光伏逆变器
作为一个自力的光伏系统 ，其直流发电电压较量低 ，因此功率调理装置 ，也就是逆变器 ，是绝对不可或缺的。
在并网系统中主要使用两种类型的逆变器来实现交流发电。
①线路整流可以用电网中的信号作为同步的基准。
②自整流通过逆变器内部电路结构确定信号波形 ，然后输入电网。
也可以凭证产品的应用对其分类。
①中央逆变器用来对额定功率在20～400kWp规模内的大型光伏系统的输出举行整流。现阶段的主流产品具有自整流设计 ，通过双极性电晶体和场效应电晶体来实现。
②串联逆变器只允许吸收通过自力串行运送的信号 ，以是额定功率在1～3kWp。
③复式串联逆变器配备种种自力的直流-直流逆变器 ，这些逆变器把信号回馈给一其中央逆变装置。
这样的设计可以适用于州差别的元件毗连结构 ，从而可以使每条串联线路上的太阳能电池都输出最大功率。
④交流元件逆变器配套装置于每个光伏元件上 ，进而将所有元件的输出转化成交流。
在第一期中 ，我们为各人归纳综合先容了太阳能发电原理、太阳能电池、太阳能电池组件、光伏控制器、光伏逆变器等内容。接下来将最先深入地解说。本期我们将着重说明太阳能电池的制造工艺详细流程、单晶硅和多晶硅的区别、单晶硅和多晶硅电池片的区别以及逆变器的看法 ，将知识勾通起来以便读者学习和相识。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下：
（1）切片：接纳多线切割 ，将硅棒切割成正方形的硅片。
（2）洗濯：用通例的硅片洗濯要领洗濯 ，然后用酸（或堿）溶液将硅片外貌切割损伤层除去30－50um。
（3）制备绒面：用堿溶液对硅片举行各向异性侵蚀在硅片外貌制备绒面。
（4）磷扩散：接纳涂布源（或液态源 ，或固态氮化磷片状源）举行扩散 ，制成PN＋结 ，结深一样平常为0.3－0.5um。
（5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边外貌形成的扩散层 ，会使电池上下电极短路 ，用遮蔽湿法侵蚀或等离子干法侵蚀去除周边扩散层。
（6）去除背面PN＋结。常用湿法侵蚀或磨片法除去背面PN＋结。
（7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极 ，然后制作上电极。铝浆印刷是大宗接纳的工艺要领。
（8）制作减反射膜：为了镌汰入反射损失 ，要在硅片外貌上复盖一层减反射膜。制作减反射膜的质料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工艺要领可用真空镀膜法、离子镀膜法 ，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。
（9）烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
（10）测试分档：按划定参数规范 ，测试分类。
由此可见 ，太阳能电池芯片的制造接纳的工艺要领与半导体器件基内情同 ，生产的工艺装备也基内情同 ，但工艺加工精度远低于积体电路芯片的制造要求 ，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
单晶硅和多晶硅的区别
单晶硅和多晶硅的区别是 ，当熔融的单质硅凝固时 ，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核 ，若是这些晶核长成晶面取向相同的芯片 ，则形成单晶硅。若是这些晶核长成晶面取向差别的芯片 ，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差别主要体现在物理性子方面。例如在力学性子、电学性子等方面 ，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的质料。单晶硅可算得上是天下上最纯净的物质了 ，一样平常的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。
大型积体电路的要求更高 ，硅的纯度必需抵达九个9。现在 ，人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。单晶硅是电子电脑、自动控制系统等现代科学手艺中不可缺氨赡基实质料。
高纯度硅在石英中提取 ，以单晶硅为例 ，提炼要经由以下历程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。
冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99% ，但半导体工业用硅还必需举行高度提纯（电子级多晶硅纯度要求11个9 ，太阳能电池级只要求6个9）。而在提纯历程中 ，有一项“三氯氢硅还原法（西门子法）”的要害手艺我国还没有掌握 ，由于没有这项手艺 ，我国在提炼历程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了 ，不但提炼本钱高 ，并且情形污染很是严重。我国每年都从石英石中提取大宗的工业硅 ，以1美元／公斤的价钱出口到德国、美国和日本等国 ，而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅质料 ，以46-80美元／公斤的价钱卖给我国的太阳能企业。
获得高纯度的多晶硅后 ，还要在单晶炉中熔炼成单晶硅 ，以后切片后供积体电路制造等用。
单晶硅与多晶硅电池片的区别
由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的差别 ，使它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看：单晶硅电池片四个角呈圆弧状 ，外貌没有花纹 ；多晶硅电池片四个角为方角 ，外貌有类似冰花一样的花纹。
关于使用者来说 ，单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳固性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高l％左右 ，可是由于单晶硅太阳能电池只能做成准正方形（其4个角是圆�。� ，当组成太阳能电池元件时就有一部分面积填不满 ，而多晶硅太阳能电池是正方形 ，不保存这个问题 ，因此关于太阳能电池元件的效率来讲险些是一样的。另外 ，由于两种太阳能电池质料的制造工艺纷歧样 ，多晶硅太阳能电池制造历程中消耗的能量要比单晶硅太阳能电池少30%左右 ，以是多晶硅太阳能电池占全球太阳能电池总产量的份额越来越大 ，制造本钱也将大巨细于单晶硅电池 ，以是使用多晶硅太阳能电池将更节能、更环保。
逆变器的看法
逆变是针对整流而言的 ，整流器把交流电能变换成直流电能的历程称为整流。那么把直流电能变换成交流电能的历程就称为逆变了 ，把完成逆变功效的电路称为逆变电路 ，把实现逆变历程的装置称为逆变器。
在太阳能光伏发电系统中为什么一定要接纳光伏逆变器呢？现在我国发电系统主要是直流系统 ，即将太阳能电池发出的电给蓄电池充电 ，而蓄电池直接给负载供电 ，如我国西北地方使用较多的太阳照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简朴 ，本钱低廉 ，但由于负载直流电压的差别（如12v、24v、48V等） ，很难实现系统的标准化和相容性。特殊是家用电器 ，如日光灯、电视机、电冰箱、电电扇和大大都动力机械都是使用交流电事情的 ，即大大都为交流负载 ，以是使用直流电力供电的光伏电源 ，很难作为商品进入市场。太阳能光伏系统设置逆变器的目的就是将直流电转换为交流电 ，便于知足大大都使用者负载的需要。
别的 ，若是电力线受到破损或被迫关闭 ，逆变器就要阻止向用电装备或电网供电。若是电力线电压偏低或欠压 ，或泛起较大的扰动时 ，要接纳一种用于“非孤岛”逆变器的传感器来传感这种情形。当泛起这种情形时 ，逆变器将自动地关闭向电网供电 ，或把电力传输到其他地方 ，从而避免它成为电力发电的“孤岛”。所谓孤岛效应 ，即电网泛起故障后 ，并联在电网上的光伏并网发电系统依旧可以事情 ，处于自力运行状态。
