單晶硅光伏發(fā)電的前景和問題

呂 濤 趙科巍 申開愉 張 波

前言

自然能源匱乏是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的主要因素，同時，煤炭等主要能源的CO2排放量也對環(huán)境造成了不可小覷的危害。我國人口眾多、幅員遼闊，使得能源消耗量很大，太陽能利用技術的開發(fā)與應用對國民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生深遠的影響，對我國整體經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用，運用節(jié)能環(huán)保的太陽能資源開展相關活動對整個地球村具有重要意義。太陽能是信息時代最高效環(huán)保的能源之一，目前，應用最廣泛的太陽能主要有兩種，一種是單晶、多晶硅，另一種是太陽能電池。從世界范圍看，這兩方面成為各研究機構研究的重點問題。在我國能源研究過程中，逐步對此方面進行深入探討，這些研究對我國太陽能利用的發(fā)展具有重要影響。因此，本文對太陽能能源利用問題進行了深入的分析，此次課題的研究對豐富我國太陽能方面的知識具有理論性意義，對指導太陽能利用方面的工作具有現(xiàn)實意義。

1 單晶硅光伏發(fā)電相關問題概述

1.1 單晶硅發(fā)電電池簡介

在目前的光伏發(fā)電發(fā)展中，對單晶硅光伏發(fā)電的運用較多，單晶硅電池主要由單晶硅原料制造，屬于早期進行太陽能開發(fā)的一種電池品種。在現(xiàn)階段太陽能電池制造的種類中，單晶硅原料的太陽能電池，具備最高的電力轉換效率，其擁有較為成熟的生產(chǎn)應用技術，在國內太陽能發(fā)電的實際應用與工業(yè)生產(chǎn)中所占比重最大。由于太陽能電池未用其進行普通硅的制造，主要目的是為了實現(xiàn)高純度目標，并在制作過程中增加其復雜性，容易導致能源的過度消耗，從而增加其對生態(tài)環(huán)境的嚴重污染。

1.2 單晶硅發(fā)電的基本原理

單晶硅太陽能發(fā)電電池在發(fā)電過程中，單體片應進行抽查檢驗，應按照需要的規(guī)格進行太陽能電池的組裝，利用并聯(lián)與串聯(lián)的方式，建立輸出電流與電壓，再對其進行框架與材料的封裝，而單晶硅發(fā)電時，能夠將電池的轉換率提升到15%[1]。單晶硅發(fā)電時，其屬于將太陽能直接轉化成電能的設備，其是利用單晶硅制作而成。單晶硅光伏發(fā)電的工作原理一般歸納為四個轉換過程：①需要陽光照射，通常是單色、陽光，或者為模擬狀態(tài)的太陽能光源；②將光子注入單晶硅形態(tài)的半導體中，使其激活電子狀態(tài)的空穴對，在其死去分開之前，此種電子洞具備充足的生命；③具備靜電場，靜電場具有將電子洞分開的功能，形成電子集中一側，而洞集中于另一側的現(xiàn)象，諸多單晶硅材料的太陽能電池在進行使用時，P-N結對電子孔進行分離，實現(xiàn)阻擋層的效果，PN結屬于單晶硅材料太陽能電池核心部分；④對電子與孔進行分離，運用電極采集，并輸出于電池體外，逐漸形成電流。

1.3 單晶硅光伏發(fā)電的應用現(xiàn)狀和改進的技術探究（略）

1.4 晶硅光伏發(fā)電的應用現(xiàn)狀

在現(xiàn)有的科技水平下，單晶硅當作能量轉換器而被廣泛使用。其不但在衛(wèi)星空間站、信號導航等領域有著重要的作用，而且還在農(nóng)業(yè)、通信等行業(yè)具有重要作用。除此之外，單晶硅是太陽能供電系統(tǒng)的重要組成部分。太陽能作為可再生能源不但具有取之不盡用之不竭的特點，這樣利用單晶硅組成的供電系統(tǒng)也會具備使用范圍廣、無法產(chǎn)生環(huán)境污染的特征。但是該供電系統(tǒng)具有一個致命地缺點，即對太陽能的轉化效率低，一般情況下只能達到15%左右。因此，如何有效地提升單晶硅對太陽能地轉化效率成為當下研究的一個重要課題。在現(xiàn)在的科學技術水平下，由單晶硅構成的供電系統(tǒng)中，需要使用大量的單晶硅，這樣不但會造成成本過高，并且還會使其更加的復雜。例如：對一個12V的鉛酸蓄電池進行充電時，只需要一個單晶硅就可以，但是對24V的蓄電池進行充電時，就需要用到雙倍的單晶硅來組成供電系統(tǒng)。當蓄電池的額電電壓上升時，單晶硅的使用數(shù)量也會成倍的增加，這會使供電成本顯著的提高。除此之外，成倍的單晶硅不是簡單的串并聯(lián)，其需要經(jīng)過復雜的計算之后進行科學的連接，這樣會使供電系統(tǒng)變得復雜且脆弱，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的技術問題，對其修復也成為一個重大的難題。

1.5 晶硅光伏發(fā)電未來技術改進的方向

經(jīng)過多年設計供電系統(tǒng)的線路，以及單晶硅電池的使用經(jīng)驗得來，單晶硅太陽能電池供電存在一些問題，其供電系統(tǒng)的太陽能電池組件沒有設計V曲線的特性，也就是單晶硅電池組件的發(fā)電力缺少電源供電系統(tǒng)。因此，晶硅光伏發(fā)電應設計配套的發(fā)電系統(tǒng)，或者有三種與其他電池串聯(lián)共用電源的方法：①將單晶硅電池與12V的鉛酸蓄電池組成一套并聯(lián)充電；②可以24V的鉛酸蓄電池為荷，用單晶硅太陽能的兩個組件進行串聯(lián)；③單晶硅太陽能電池的前四個組件與48V的鉛酸蓄電池為荷進行并聯(lián)連接。在單晶硅電池的原料和制造工藝上進行改造，其原先材料是以高純的單晶硅棒為原料，在硅片上摻雜和擴散一些微量的硼、磷、銻等，更新加工技術，簡化制作程序，降低生產(chǎn)成本。結合入射光減反技術、鈍化技術、選擇性發(fā)射極技術、背面局部重摻技術等優(yōu)點，研發(fā)出更高效率的太陽能電池，遵循提高效率、重視檢測、降低成本、促進應用的原則，推動單晶硅光伏電向更高效更科學環(huán)保的方向發(fā)展。

2 結論

通過本文的論述得知，單晶硅屬于太陽能發(fā)電中重要的組成部分，其發(fā)電需要具備充足的光照、需要光子傳輸?shù)絾尉Ч璋雽w中來激活其中的電子空穴、要具備靜電場。研究結果表明現(xiàn)階段單晶硅光伏發(fā)電仍然存在轉換效率低、生產(chǎn)成本高、光伏發(fā)電造價高的問題。鑒于這樣的狀況，在太陽能發(fā)電時使用單晶硅要注重對其電池的改進，才能更好的提升單晶硅在市場使用率，真正的實現(xiàn)綠色經(jīng)濟的發(fā)展愿景。