（宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏回族自治区银川市 750001）
摘要：太阳能光伏系统中最重要的是太阳能电池，是收集太阳能的基本单位。大量的太阳能电池合成在一起构成光伏组件。太阳能电池主要有：晶体硅电池（包括单晶硅、多晶硅）和薄膜电池（包括非晶硅电池、硒化铜铟、碲化镉）。目前市场生产和使用的太阳能光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的，占87％左右；薄膜电池中非晶硅薄膜电池占据薄膜电池大多数的市场。选择合适的光伏组件是降低投资，增加发电量的前提条件。
关键字：太阳能电池；单晶硅；多晶硅；薄膜电池
引言：
为落实国家制定的“开发与节约并存，重视环境保护，合理配置资源，开发新能源，实现可持续发展的能源战略”的方针，充分利用广东丰富的太阳能资源，广东省阳江具有较丰富的太阳能资源且外部建设条件较好。工程项目的建设，符合国家制定的能源发展战略，在向电网输送绿色能源的同时将极大促进地区的经济发展。
1、广东省太阳能资源简介
太阳能作为最有发展潜力的新能源，是一种取之不尽用之不竭的天然能源。我国政府已制定出“开发与节约并存，重视环境保护，合理配置资源，开发新能源，实现可持续发展的能源战略”的方针。根据《太阳能资源评估方法》（QXT 89-2008）确定的标准，光伏电站所在地区属于 “资源很丰富”区。
广东省太阳能资源较为丰富，年辐射时数2200小时左右，年辐射总量4200-5800 MJ/m2，从地域分布来看，广东省太阳能资源呈南高北低的格局，南部属于太阳能资源三类地区，以粤东、粤西沿海地区为主，主要是汕尾、揭阳、汕头、潮州、湛江和阳江；其他地区属于太阳能资源四类地区，主要是珠三角地区和北部山区，年辐射总量4200-5000 MJ/m2。
根据推算得到的场址区域辐射数据显示：阳江光伏电站项目场址区域多年平均年总辐射为5081MJ/m2。根据《太阳能资源评估方法》（QXT 89-2008）确定的标准，分布式光伏项目所在地区属于“资源丰富”区。从太阳能资源利用角度上来说，在场区建设并网光伏电站是可行的。
2、太阳能电池简介
太阳能光伏系统中最重要的是太阳能电池，是收集太阳能的基本单位。大量的太阳能电池合成在一起构成光伏组件。太阳能电池主要有：晶体硅电池（包括单晶硅、多晶硅）和薄膜电池（包括非晶硅电池、硒化铜铟、碲化镉）。目前市场生产和使用的太阳能光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的，占87％左右；薄膜电池中非晶硅薄膜电池占据薄膜电池大多数的市场。
3、晶体硅光伏电池
晶体硅仍是当前太阳能光伏电池的主流。
单晶硅电池是将硅单晶进行切割、打磨制成单晶硅片，在单晶硅片上经过印刷电极、封装等流程制成的，现代半导体产业中成熟的拉制单晶、切割打磨，以及印刷刻版、封装等技术都可以在单晶硅电池生产中直接应用。大规模生产的单晶硅电池效率可以达到13～20%。由于采用了切割、打磨等工艺，会造成硅原料的损失；受硅单晶棒形状的限制，单晶硅电池必须做成圆形或圆角方形，对光伏组件内部电池的布置也有一定的影响。
多晶硅电池的生产主要有两种方法，一种是通过浇铸、定向凝固的方法，制成多晶硅的晶锭，再经过切割、打磨等工艺制成多晶硅片，进一步印刷电极、封装，制成电池。浇铸方法制造多晶硅片不需要经过单晶拉制工艺，消耗能源较单晶硅电池少，并且形状不受限制，可以做成方便光伏组件布置的方形；除不需要单晶拉制工艺外，制造单晶硅电池的成熟工艺都可以在多晶硅电池的制造中得到应用。另一种方法是在单晶硅衬底上采用化学气相沉积（CVD）等工艺形成无序分布的非晶态硅膜，然后通过退火形成较大晶粒，以提高发电效率。多晶硅电池的效率能够达到10～18%，略低于单晶硅电池的水平。和单晶硅电池相比，多晶硅电池虽然效率有所降低，但是节约能源，节省硅原料，达到工艺成本和效率的平衡。
4、薄膜光伏电池
非晶硅电池是在不同衬底上附着非晶态硅晶粒制成的，工艺简单，硅原料消耗少，衬底廉价，并且可以方便的制成薄膜，具有弱光性好，受高温影响小的特性。自上个世纪70年代发明以来，非晶硅太阳能电池，特别是非晶硅薄膜电池经历了一个发展的高潮。80年代，非晶硅薄膜电池的市场占有率一度高达20%，但受限于较低的效率，非晶硅薄膜电池的市场份额逐步被晶体硅电池取代，非晶硅组件产量占光伏组件总产量的比例约为5%。
图2-1 单晶硅组件 图2-2 多晶硅组件 图3-1 非晶硅组件
硒化铜铟(CIS)薄膜是一种Ｉ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体，硒化铜铟薄膜光伏电池属于技术集成度很高的化合物半导体光伏器件，由在玻璃或廉价的衬底上沉积多层薄膜而构成。CIS 薄膜电池具有以下特点：光电转换效率高，效率可达到17%左右，成本低，性能稳定，抗辐射能力强。目前，CIS光伏电池实现产业化的主要障碍在于吸收层CIS薄膜材料对结构缺陷过于敏感，使高效率电池的成品率偏低。这种电池的原材料铟是较稀有的金属，对这种电池的大规模生产会产生很大的制约。
碲化镉是一种化合物半导体，其带隙最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的光伏电池有很高的理论转换效率。碲化镉的光吸收系数很大，对于标准AM0太阳光谱，只需0.2微米厚即可吸收50％的光能，10微米厚几乎可吸收100％的入射光能。碲化镉是制造薄膜、高效光伏电池的理想材料，碲化镉薄膜光伏电池的制造成本低，是应用前景最好的新型光伏电池，它已经成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。目前，已获得的最高效率为16.5%。但是，有毒元素Cd对环境的污染和对操作人员健康的危害是不容忽视的，各国均在大力研究加以克服。
5、光伏组件国产化情况
晶体硅电池、非晶硅薄膜电池目前均可以实现国产；铜铟硒、碲化镉等非硅薄膜光伏电池目前国内尚处在中试或小批量生产阶段。虽然美国第一太阳能公司在碲化镉领域一枝独秀，但是该种组件制造所需的碲、镉等元素储量较小，很难代替硅基光伏组件的位置。铜铟硒目前产量还较低，并且也存在生产所需元素储量较小，含有重金属等问题。
6、光伏组件的选择
目前国内市场上主流的太阳能电池产品主要是晶硅型（含单晶和多晶）和非晶硅型,晶硅型组件市场价格与非晶硅组件价格相当。但是，非晶硅组件的效率只有晶硅组件的40～50%，同样容量的光伏发电系统，非晶硅的占地、支架用钢量和基础数量是晶硅的2～2.5倍，两者的发电量基本接近。
在单晶硅电池和多晶电池选择上：单晶硅与多晶硅是太阳能光伏晶硅组件的两条技术路线，因晶格排列不同而区分为单晶、多晶。普遍的观点认为，单晶硅具有性能稳定、可靠性高、转换效率高、单位面积的装机容量高等优势，但工艺较复杂、成本偏高；多晶硅则具有材料制造简便、生产成本较低等优势，但转换效率较低。
目前随着制造成本的不断下降和技术的进步，单晶硅太阳电池组件与多晶硅电池组件的价格差距正在逐渐缩小。考虑到多晶硅电池组件的经济性，广东阳江地区选用275Wp多晶硅光伏组件。
论文作者:马冬波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/13
标签：电池论文; 单晶硅论文; 光伏论文; 薄膜论文; 组件论文; 太阳能论文; 太阳能电池论文; 《电力设备》2018年第17期论文;