新能源发电系统设计 (2).pdf

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1、-0-光伏科技发展评述与未来展望光伏科技发展评述与未来展望-1-2019/7/30主要内容主要内容 光伏理论建立与发展 太阳电池技术与产业发展 光伏组件技术与产业发展 光伏发电未来展望-2-2019/7/30光伏理论建立与发展光伏理论建立与发展1800 A.Volta（Voltaic pile）1839 A.E.Becquerel（Photovoltaic effect？）-A.E.Becquerel Prize1905 A.Einstein(Lichtquant-photon,h=mvh=mvm m2 2+A+A）-A.Einstein,1921 Nobel Prize in physics

2、1921 Nobel Prize in physics1948 J.Bardeen,W.H.Brattain (Transistor)1949 W.Shockley（Theory of p-n Junctions）-W.Shockley,J.Bardeen,W.H.Brattain,1956 Nobel Prize in physics1956 Nobel Prize in physics1954 Daryl M.Chapin,Calvin S.Fuller,Gerald L.Pearson (c-Si solar cells)1955 W.B.Cherry (PV systems for s

3、pace satellites)-W.B.Cherry Award1961 W.Shockley and H.J.Queisser (Limit of Efficiency)1974 P.F.Varadi (Solarex-c-Si solar cells for terrestial applications)1981 A.Goetzberger,the founder of FhG-ISE 1980s M.Green,(High efficiency c-Si solar cells)1990s Grtzel,(DSSC:Dye-sensitized nano-crystalline so

4、lar cell)2006 Tsutomu Miyasaka，（Perovskite，0.4%-2%）-3-2019/7/30光伏理论建立与发展光伏理论建立与发展1954电话机供电需求，单晶硅太阳电池研制1957卫星供电（苏联57、美国58，法国60，日本70，中国70，84）1973第一次石油危机，1978第二次1974第一家地面用太阳电池企业 Solarex 在美国成立1980非晶硅、多晶硅电池1997气候大会，京都协议书2007多晶硅电池产量超过单晶硅20世纪 爱迪生时代：电转光与电气化，大量消耗化石燃料21世纪 新能源时代：光转电成为发展主旋律，直接利用太阳能-4-2019/7/301

5、9711971年年3 3月月3 3日长征一号运载火箭发射了中国日长征一号运载火箭发射了中国第二颗第二颗人造地球卫星，即“实践人造地球卫星，即“实践一号一号”。这是中国。这是中国“实践实践”系列科学探测与技术试验卫星中的第一颗。系列科学探测与技术试验卫星中的第一颗。卫星星体是直径卫星星体是直径1 1米的近球形米的近球形7272面体，上下半球梯形平面上各安装了面体，上下半球梯形平面上各安装了1414块硅太块硅太阳电池板，共计阳电池板，共计2828块电池板。块电池板。中国卫星电池研究中国卫星电池研究“实践一号实践一号”卫星”卫星中国科学院半导体研究所廖显伯研究院提供资料中国科学院半导体研究所廖显伯研

6、究院提供资料-5-2019/7/30“实践一号”卫星采用“实践一号”卫星采用硅太阳电池硅太阳电池供电，进行了多种空间物理环境参数供电，进行了多种空间物理环境参数测量，还进行了硅太阳电池供电系统等试验。测量，还进行了硅太阳电池供电系统等试验。“实践一号”卫星在太空正常运行了“实践一号”卫星在太空正常运行了8 8年多，远超过原定年多，远超过原定1 1年的设计寿命年的设计寿命，为中国设计和制造长寿命卫星提供了宝贵经验。这在，为中国设计和制造长寿命卫星提供了宝贵经验。这在2020世纪世纪6060年代国外研年代国外研制的卫星中也是不多见的。制的卫星中也是不多见的。早在早在19651965年前后，有关研制

7、单位就对卫星采用的一些关键技术和部件，年前后，有关研制单位就对卫星采用的一些关键技术和部件，开展了预研工作，并先后解决了电源系统中太阳电池片和镉镍蓄电池的可靠开展了预研工作，并先后解决了电源系统中太阳电池片和镉镍蓄电池的可靠组合等一系列技术问题。中国科学院半导体研究所就是早期开展预研工作的组合等一系列技术问题。中国科学院半导体研究所就是早期开展预研工作的单位之一。单位之一。中国科学院半导体研究所廖显伯研究院提供资料中国科学院半导体研究所廖显伯研究院提供资料-6-2019/7/30太阳电池技术与产业发展太阳电池技术与产业发展-7-2019/7/30概述高效晶体硅太阳电池技术：高效晶体硅太阳电池技

8、术：美国美国Sunpower Sunpower 公司的背电极（公司的背电极（IBC：Interdigitated Back Contact）电池电池日本三洋公司日本三洋公司的的HITHIT（Heterojunction with Intrinsic ThinHeterojunction with Intrinsic Thin-layerlayer）电池）电池澳大利亚新南威尔士大学澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心光伏研究中心PERCPERC（Passivated emitter and rear cellPassivated emitter and rear cell）、）、PERLPERL（

9、Passivated emitterPassivated emitter，rear locally diffusedrear locally diffused）、）、PERTPERT（Passivated emitterPassivated emitter，rear totally rear totally diffuseddiffused）电池）电池BPBP公司的刻槽埋栅公司的刻槽埋栅(Buried contact)(Buried contact)电池电池德国德国ISFHISFH的的OECOOECO电池、电池、COSIMACOSIMA背接触电池、背接触电池、RISERISE-EWTEWT 电

10、池等电池等德国德国FraunhoferFraunhofer-ISEISE的的LFCLFC、TOPCon 电池电池-8-2019/7/30硅片硅片电池结构电池结构面积面积（cm2）效率效率（%）研发研发机构机构n型单晶硅型单晶硅IBC（Interdigitated Back Contact）7926.7Kanekap型单晶硅型单晶硅POLO（Polysilicon on Oxide）junction426.1ISFHn型多晶硅型多晶硅TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）422.3Fraunhofer ISEp型多晶硅型多晶硅PERC（Passivated

11、 Emitter Rear Cell）245.8322.04Jinko Solar-9-2019/7/30IBC 电池结构电池结构与特点与特点IBC太阳电池具有较低的电压-温度系数；优越的弱光工作性能；对整个太阳光谱上的光线的高灵敏度这种电池不但效率高，而且温度系数较低，只有-0.38/，所以这种电池很适合于在聚光下使用。IBC电池正面与背面常规单晶硅电池正面与背面-10-2019/7/30p-type c-SiFront Ag contactEmitter(P-Doped Si)BSF(Al-Doped Si)ARC：SiNxBack Al/Ag contactp-type c-SiFron

12、t Ag contactEmitter(P-Doped Si)BSF(Al-Doped Si)ARC：SiNxBack Al/Ag contactAl2O3/SiNxPERC电池比常规结构主要区别：背面采用叠层电介质钝化层。电池比常规结构主要区别：背面采用叠层电介质钝化层。注：电介质钝化层不局限于注：电介质钝化层不局限于Al2O3/SiNx结构。结构。Al-BSF电池与电池与PERC 电池对比电池对比-11-2019/7/30Voc(mV)Jsc(mA/cm2)FF(%)Rs(cm2)Rsh(kcm2)Eff(%)726.61.842.620.484.280.590.170026.100.31

13、基于基于p型硅片的最高效率为型硅片的最高效率为26.1%，UNSW 制备的制备的p-PERL电池效率为电池效率为25%，这说明，这说明PERC电池还有很大提升空间；电池还有很大提升空间；PERC电池进一步效率的提升需要基于各种优化工艺的电池进一步效率的提升需要基于各种优化工艺的叠加。叠加。ISFH：p-Mono Si-12-2019/7/30（1）采用RCA清洗和热氧钝化；（2）利用反应离子刻蚀RIE（Reactive Ion Etching）技术；（3）背面PERC结构，Al2O3/SiNx叠层膜作为背面钝化层；（4）金属电极采用丝网印刷；（5）电池的氢钝化技术P 型多晶硅PERC太阳电池的

14、结构Jin J,Shen H,Zheng P,et al.20.5%Diamond Wire Sawn Multicrystalline Silicon Solar Cells With Maskless Inverted Pyramid Like Texturing.IEEE Journal of Photovoltaics,2017,7(5):1264-1269.Voc（mV）Jsc（mA/cm2）FF（%）Eta（%）671.740.580.9322.04Jinko Solar p-Poly-Si-13-2019/7/30太阳电池发展的经验教训太阳电池发展的经验教训认识误区：晶体硅高耗能

15、、高污染薄膜硅、带硅技术相继失败，美国1366？第三代光伏概念？太阳电池基本特点：半导体、p-n 结、欧姆接触这三点没有改变！染料敏化太阳电池：发源地-瑞士 EPFL硅薄膜太阳电池：中国曾经是一个大试验场杜邦生产太阳电池的一次尝试：硅薄膜电池染料敏化、非晶硅电池的文章最多，但产品没有取得成功？！-14-2019/7/30新型硅基异质结太阳电池新型硅基异质结太阳电池基本思路基本思路-硅片是基本材料硅片是基本材料，材料稳定材料稳定，资源丰富资源丰富，技术技术、市场成熟市场成熟-没有高温过程没有高温过程，节能节能，对硅片损伤小对硅片损伤小-没有扩散过程没有扩散过程，不用危险气体不用危险气体、物品物品

16、-PVD 工艺工艺，安全安全、环保环保、量产量产其它材料其它材料硫化物硫化物（Sulfide：CdS,ZnS,In2S3)p-Si氧化物氧化物（Oxide：CrOx,WOx,MoOx)n-Si金属金属/氧化物氧化物/金属金属 空穴选择性接触空穴选择性接触MgFx/Mg/Al 电子选择性接触等多层膜结构电子选择性接触等多层膜结构-15-2019/7/30光伏组件技术与产业发展光伏组件技术与产业发展-16-2019/7/30晶体硅电池与组件技术特征晶体硅电池与组件技术特征197519761976197719781979 1980198119811985(From Flat-Plate Solar

17、Array Projet of the U.S.Department of Energys National Photovoltaics Program)SENSOR TECHSOLAREXSOLAR POWERSPECTROLABARCO SOLARMOTOROLASENSOR TECHSOLAREXSOLAR POWERARCO SOLARASECG.E.MOTOROLAPHOTOWATTSOLAREXSPIREARCO SOLARG.E.MSECSOLAREXSPIRE-17-2019/7/30太阳电池组件质保发展历程太阳电池组件质保发展历程太阳电池组件生产商并购历史？太阳电池组件生产商

18、并购历史？Solarex(1974)Solarex(1974)BP Solar(1981BP Solar(1981-2011)2011)-?ARCO Solar(1977)ARCO Solar(1977)-Siemens Solar(1990Siemens Solar(1990-01)01)-Shell Solar(2002Shell Solar(2002-06)06)Solar WorldSolar World时间时间198219851990s19972014生产商ARCO SolarKyoceraBP SolarSiemens SolarBYD质保期5年10年20年25年40年-18-20

19、19/7/30Solarex旧组件再利用旧组件再利用-19-2019/7/30Aus den bisherigen Betriebserfarungen mit Solarstromanlagen liegen heute keine gesicherten Erkenntnisse ber die langfristige Zuverl ssigkeit der Modultechnologie vor.Die Wahrheit ist:Niemand weiss,wie lange ein Solarmodul wirklich lebt.Was bedeuten denn 1000 St

20、unden in der Schreckenskammer des Feuchte-Hitze-Tests(Damp-Heat-Test)bei 85 Grad Celsius und 85 Prozent Luftfeutigkeit?-20-2019/7/3020德国，太阳电池组件可作为遮阳挡德国，太阳电池组件可作为遮阳挡部件，部件，14.2 kW14.2 kW-21-2019/7/3021德国，光伏幕墙德国，光伏幕墙1010 kW-22-2019/7/3022荷兰，装饰性光伏屋顶荷兰，装饰性光伏屋顶-23-2019/7/3023德国太阳电池与太阳电池组件工厂，德国太阳电池与太阳电池组件工

21、厂，Gelsenkirchen-24-2019/7/30德国科隆步行街一家商店的光伏幕墙，12 kW，中空玻璃结构-25-2019/7/302015年，德国斯图加特附近购物中心-26-2019/7/302016年，德国慕尼黑宝马总部-27-2019/7/302016年，德国慕尼黑宝马总部-28-2019/7/30晶体硅电池组件技术发展晶体硅电池组件技术发展（中国光伏行业协会）双玻璃（双面电池）、半片（减少电损耗）、叠片（增大功率密度）光伏建筑构件、光伏建筑集成交通工具：汽车、船、无人机等需要光伏组件配套发展-29-2019/7/30光伏发电未来展望光伏发电未来展望-30-2019/7/30表面

22、安装了太阳电池的人造卫星使用太阳电池组件的人造卫星贝尔实验室科学家发展太阳电池的初衷是为了解决电话供电需求贝尔实验室科学家发展太阳电池的初衷是为了解决电话供电需求，但没有想到，太阳电池在人造卫星上得到最好的应用！，但没有想到，太阳电池在人造卫星上得到最好的应用！-31-2019/7/30光伏技术未来展望光伏技术未来展望高效晶体硅电池产业化发展高效晶体硅电池产业化发展（产业升级）多主栅线（4-15），无主栅PERC、HIT（SHJ、）IBC、BJBC高效、高可靠性光伏组件高效、高可靠性光伏组件（产业升级）双玻双面发电光伏组件半片电池组件叠片组件哪种技术将成为主流？哪种技术将成为主流？以硅片为基片

23、的太阳电池仍有很大发展空间（异质结、叠层等）以硅片为基片的太阳电池仍有很大发展空间（异质结、叠层等）新材料：钙钛矿电池？新材料：钙钛矿电池？(Tsutomu Miyasaka,Nam-Gyu Park,Henry Snaith)-32-2019/7/30光伏技术未来展望光伏技术未来展望我国光伏产业与应用推广将继续引领世界发展与光伏配套的储能技术有待突破光伏光伏+家电（格力光伏空调）光伏+渔业（通威集团）光伏+能源互联网（天合光能、远景）光伏+建筑（兴业、蓝波）光伏+农业（中利腾晖）光伏+精准扶贫光伏发电作为未来重要能源之一已经得到共识（何时实现 5%，10%？）-33-2019/7/30我国光

24、伏产业突飞猛进四部曲我国光伏产业突飞猛进四部曲晶体硅太阳电池、组件（2003-2007）-尚德、天合、英利、晶科、阿特斯、林洋等，背景：光伏灯具等应用产品，我国西部市场，德国及后来整个欧洲市场，主要采用德国设备。引导太阳电池国内发展潮流，同时带动超白玻璃、银、铝浆料、EVA、背板等相关产业单、多晶硅片（2006-2009）-赛维LDK、晶龙、隆基、中环、锦州阳光等发展晶体硅电池的上游产品，即单晶硅片、多晶硅片。高纯多晶硅材料（2007-2011）-保利协鑫、特变电工、通威永祥、重庆大全、宜昌南玻等，晶体硅光伏产业链最基础、最艰难的一环，失败企业众多（与非晶硅电池相似）。光伏电站建设（2009-2017）合肥阳光、华为等逆变器企业发展强劲，从中广核的敦煌10 MW 电站开局，众多央企与民企投入此中，我国领跑光伏电站建设速度与规模。新型太阳电池、新型光伏技术？新型太阳电池、新型光伏技术？-34-2019/7/30谢谢谢谢！