光伏发电cpv_太阳能光伏发电的发展背景

大家好！今天让小编来大家介绍下关于光伏发电cpv_太阳能光伏发电的发展背景的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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日芯光伏科技有限公司的公司简介

日芯光伏科技有限公司是淮南市重大招商引资项目，项目计划投资80亿元，在淮南市建立国内规模最大的光伏产业基地。公司由国内光电龙头企业三安光电（中国：上证证券代码600703）和世界著名的 III-V族半导体制造厂商Emcore（美国：纳斯达克证券代码EMKR）共同出资成立的合资企业。

日芯光伏科技有限公司位于安徽省淮南市山南高新技术开发区，占地1600亩。依托两家母公司强大的技术研发以及领先的自动化生产制造技术，日芯光伏垂直整合了集设计、研发、生产、销售、服务及分销地面太阳能应用 CPV组件和系统的全产业链，致力于为全球客户提供性能卓越、品质优良的 CPV产品与服务。公司批量生产的高性能三结太阳电池芯片光电转换效率高达41%，为世界一流水平；自主设计生产的500倍和1000倍聚光光伏发电系统效率分别高达26%和28.5%，是目前国内光学效率最高、组件转换效率最高的CPV系统。

日芯光伏高倍聚光多结太阳能发电技术将使世界更环保，让地球更健康。

太阳能光伏发电的发展背景

该太阳能跟踪系统的主要应用领域：

（1）光伏领域的平板光伏发电和500倍以下的CPV系统；

（2）光热领域的抛物面跟踪（如太阳灶、高温太阳能采暖、太阳能热化工等）；

（3）太阳能槽式集热；

（4）太阳能塔式热电等。

太阳能电池片制造的生产工艺

太阳能光伏发电是目前发展最为迅速、并且前景最为看好的可再生能源产业之一。自1990年以来，全球光伏组件年度产量从46兆瓦增加至2010年的23.5GW，20年期间增加了500倍以上，年均复合增长率[1]超过36.5%。截至2010年全球光伏发电累积装机容量达到了40GW，近5年的增长率超过了49%。这一增速使得光伏产业成为到目前为止增长最快的产业之一。展望未来，国际能源署预计到2020年光伏发电在许多地区能够实现电网平价，到2050年能够提供全球发电量的11%。

一、发展现状

2011年9月5日，欧盟联合研究中心能源与交通研究所发布了其年度统计分析报告《光伏现状报告2011》，对全球超过300家相关企业的调查结果进行总结和评估。根据报告，从光伏组件生产情况来看，过去数年经历了重大变化，中国大陆已成为全球主要的太阳能电池和组件制造中心，其后是中国台湾、德国和日本。全球前20位太阳能电池制造商中，有8家中国大陆企业、5家欧美企业、4家台湾企业、3家日本企业，中国大陆有6家企业进入前十位。而从光伏装机情况来看，欧盟凭借其累计装机容量超过29 GW，领先于其他国家和地区。截至2010年底，欧洲光伏装机占到全球光伏装机总量的70%以上。

在价格方面，受光伏市场从供应受限向需求驱动转变，以及光伏组件产能过剩的影响，过去3年内光伏组件价格大幅降低，降幅接近50%。未来光伏系统成本的降低将不仅取决于太阳能电池和组件的技术改进和规模扩大效益，还取决于系统组件成本以及整体安装、规划、运行、许可与融资成本的降低。预计，光伏技术领域的投资将从2010年的350～400亿欧元翻倍增长至2015年的700亿欧元，组件终端价格还将持续下降。

在技术发展方面，结晶硅太阳能电池仍是主流技术，2010年其市场份额约占85%，目前，该技术主要优势是能够在相对较短的时间内提供、组装和开工生产。但由于硅原料的阶段性短缺和为新进企业直接提供交钥匙生产线的出现，使得2005～2009年，薄膜太阳能电池的投资有大幅度的增加，目前该行业已有超过200家企业。此外，聚光光伏（CPV）是一个新兴市场，包括两种技术途径：一种是高聚光倍数，超过300个日照强度；另一种是中低聚光倍数，聚光系数在2～300之间。目前CPV的市场份额还很低，但有越来越多的企业开始关注该领域。2008年CPV产量约为10兆瓦，2010年预计在10～20兆瓦之间，到2011年有望达到100～200兆瓦。此外，受到光伏市场整体增长驱动，染料敏化太阳能电池也已准备进入市场，此种电池主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成，欧、美、日等发达国家已投入大量资金对其进行研发。

二、竞争力

2011年9月6日，欧洲光伏产业协会（EPIA）发布了最新光伏竞争力分析报告《太阳能光伏在能源部门的竞争在竞争的道路上》，全面分析了5个太阳能光伏产业主要市场，包括法国、德国、意大利、西班牙和英国。分析结果表明，一些国家最早于2013年可实现光伏产业竞争力，到2020年可在更广泛的市场实现竞争力。近年来已证明在合适的监管框架下，太阳能光伏发电技术可以成为达到欧盟2020年能源目标的一个主要贡献力量。

报告主要结论包括：在未来10年内，所有国家和各细分市场的光伏发电系统价格将下降36%～51%；考虑到光伏发电效率的提高、规模经济和光伏市场的发展成熟，以及所有电力来源发电成本的增长趋势，2020年前光伏可在欧盟5个最大的电力市场中具有竞争力；鉴于多数欧盟大国从南到北的太阳能辐射水平不同，以及不同的细分市场，欧洲各地不会在同一时间实现光伏技术的竞争力；整个欧洲范围光伏竞争力的实现将需要监管框架的政治承诺，支持技术发展，并消除市场畸变。

三、制约因素

如同其他任何新兴产业一样，光伏产业也存在着若干不容忽视的问题，将会制约其进一步发展。国际社会对光伏产业发展的制约因素也有着不同声音：

聚光光伏的技术难点

一、硅片检测

硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低，因此需要对来料硅片进行检测。该工序主要用来对硅片的一些技术参数进行在线测量，这些参数主要包括硅片表面不平整度、少子寿命、电阻率、P/N型和微裂纹等。该组设备分自动上下料、硅片传输、系统整合部分和四个检测模块。其中，光伏硅片检测仪对硅片表面不平整度进行检测,同时检测硅片的尺寸和对角线等外观参数；微裂纹检测模块用来检测硅片的内部微裂纹；另外还有两个检测模组，其中一个在线测试模组主要测试硅片体电阻率和硅片类型，另一个模块用于检测硅片的少子寿命。在进行少子寿命和电阻率检测之前，需要先对硅片的对角线、微裂纹进行检测，并自动剔除破损硅片。硅片检测设备能够自动装片和卸片，并且能够将不合格品放到固定位置，从而提高检测精度和效率。

二、表面制绒

单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结。

三、扩散制结

太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。因为正是PN结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。

四、去磷硅玻璃

该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法也即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。在扩散过程中，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。

五、等离子刻蚀

由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。

六、镀减反射膜

抛光硅表面的反射率为35%,为了减少表面反射,提高电池的转换效率,需要沉积一层氮化硅减反射膜。现在工业生产中常采用PECVD设备制备减反射膜。PECVD即等离子增强型化学气相沉积。它的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体SiH4和NH3，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜即氮化硅薄膜。一般情况下，使用这种等离子增强型化学气相沉积的方法沉积的薄膜厚度在70nm左右。这样厚度的薄膜具有光学的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，电池的短路电流和输出就有很大增加，效率也有相当的提高。

七、丝网印刷

太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成PN结，可以在光照下产生电流，为了将产生的电流导出，需要在电池表面上制作正、负两个电极。制造电极的方法很多，而丝网印刷是目前制作太阳电池电极最普遍的一种生产工艺。丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程

八、快速烧结

经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基片上。

九、外围设备

在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线，仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20℃。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设施。

CPV太阳能发电系统原理比较简单，为什么到现在全世界也没有几家公司做出特别稳定且便宜的发电系统呢!在CPV领域原则上讲聚光倍数越高造价就越便宜但是使用聚光的方式就会出现以下问题。

1、让单晶硅承受较高倍聚光

虽然砷化镓可以承受1000倍的光强，但是现在砷化镓价格昂贵，并且砷化镓中的砷是剧毒物质，不可能大幅度的降低制造成本，另外在以环保为主题的国际环境下也不可能大量使用，最后只能是单晶硅;但是单晶硅一般只能承受3到5倍的光强，在CPV领域3到5倍的聚光几乎不怎么能降低成本，要想大幅度降低成本必须达到10左右。为了达到10倍的聚光必须用特制的单晶硅。

2、散热：

普通的硅光电池板在夏日中午时温度能到75度以上，普通的硅电池板在两倍太阳光强下时间一长就会起泡，在5倍太阳光强下10分钟就会就会起泡，在10倍太阳光强下5分钟就会起泡，起泡后太阳能电池片就会被氧化，在很短的时间内就会大幅降低效率，另外起泡后由于受热不均匀，常常有电池片炸裂的，这样系统就完全不可用。

如果太阳能电池板使用铝或者铜制的散热片进行自然散热，需要大量的散热片，造价特别贵，贵到比硅光片还要贵;如果使用强制风冷，就要使用大量的电能，得不偿失，并且风扇的寿命与可靠性不高，要想达到高可靠性必须有错误检查与冗余设置，这样就会成几倍增加造价，如果在夏天的中午风扇坏了，整个硅光电池板有可能被彻底烧坏。如果使用水冷除了要使用电力外，造价也不便宜，水冷由于管路多，连接点多，还需要水泵，故障点必然多，可靠性还不如风冷，当然水冷的效率要高于风冷，但是在故障率决定一票否决制的太阳能系统中不可用。

3、反光板：

普通的镜子，塑料反光板由于反射层与骨架层(比如玻璃)热胀冷缩系数不一样在室外2-4年反射面就会脱落，在沙漠高温差地方可能几个月就完全不能使用了，并且反光率会慢慢下降。

另外国内外也有用高反射率的薄铝板，但是这种铝板不能经受冰雹，并且不能擦洗，如果擦洗会产生永久性损伤，这种铝板使用期限为8年左右，并且反光率逐年降低，8年就基本只有40%的反光率了，远远不能达到太阳能系统要求的25年;铝板有贴保护膜的，但是保护膜造价高，也不防冰雹，不能解决所有问题。另外为了降低成本铝板一般都为0.3毫米左右，这样加工特别困难，加工成本特别高。

4、跟踪器：

光伏电池只有在聚光器的焦点才能工作，因为地球阳每时每刻都在转动，所以必须使用跟踪器才能保证光伏电池处于聚光器的焦点;跟踪器是CPV系统的主要系统之一，没有跟踪器系统就不能运行，跟踪器除了保证系统能运行外还能比不带跟踪的系统平均多30-40%的电。但是跟踪器是机械结构，长年累月的运行会出故障，并且会有磨损，跟踪器如果出现故障系统就不能运行(发不出电)，如果有磨损了跟踪精度就会降低，由于CPV系统对跟踪精度是有要求的，如果精度降低整个发电系统就不能正常运行。