La diferencia entre células solares y módulos solares

Las células solares son dispositivos que convierten directamente la energía luminosa en energía eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico o efecto fotoquímico.

[Editar este párrafo] Principio de la célula solar

La luz del sol incide sobre la unión pn del semiconductor para formar nuevos pares hueco-electrón. Bajo la acción del campo eléctrico de la unión pn, los huecos fluyen desde la región N a la región P, y los electrones fluyen desde la región P a la región N. Cuando se conecta un circuito, se forma una corriente eléctrica. Así funcionan las células solares de efecto fotovoltaico.

1. Modo de generación de energía solar Hay dos formas de generación de energía solar, una es el modo de conversión de luz-calor-electricidad y la otra es el modo de conversión directa de luz-electricidad.

(1) El modo de conversión luz-calor-electricidad utiliza la energía térmica generada por la radiación solar para generar electricidad. Generalmente, la energía térmica absorbida se convierte en vapor de fluido de trabajo a través de un colector solar y luego se acciona la turbina de vapor para generar electricidad. El primer proceso es un proceso de conversión fototérmica; el segundo proceso es un proceso de conversión termoeléctrica, que es el mismo que la generación de energía térmica ordinaria. Las desventajas de la generación de energía solar térmica son su baja eficiencia y su alto costo. Se estima que su inversión es al menos entre 5 y 10 veces más cara que la de las centrales térmicas ordinarias. Una central termosolar de 1.000 MW requiere una inversión de 2.000 a 25.000 millones de dólares estadounidenses, y la inversión media para 1 kW es de 2.000 a 25.000. Por lo tanto, actualmente solo se puede utilizar a pequeña escala para ocasiones especiales, y su utilización a gran escala es económicamente antieconómica y no puede competir con las centrales térmicas o nucleares ordinarias.

(2) Modo de conversión fotoeléctrica directa Este modo utiliza el efecto fotoeléctrico para convertir directamente la energía de la radiación solar en energía eléctrica. El dispositivo básico para la conversión fotoeléctrica es una célula solar. Una célula solar es un dispositivo que convierte directamente la energía solar en energía eléctrica debido al efecto fotovoltaico. Es un fotodiodo semiconductor. Cuando la luz del sol incide sobre un fotodiodo, el fotodiodo convierte la energía solar en energía eléctrica, produciendo una corriente eléctrica. Cuando se conectan varias baterías en serie o en paralelo, puede convertirse en un conjunto de células solares con una potencia de salida relativamente grande. Las células solares son una nueva fuente de energía prometedora que tiene tres ventajas: permanente, limpia y flexible. Las células solares tienen una larga vida útil y pueden utilizarse durante mucho tiempo mientras exista el sol. En comparación con la generación de energía térmica y la generación de energía nuclear, las células solares no causan contaminación ambiental. Las células solares se dividen en grandes, medianas y pequeñas, desde centrales eléctricas de tamaño mediano con un millón de kilovatios hasta células solares que solo pueden ser utilizadas por una persona; hogar.La fuente de alimentación es incomparable.

[Editar este párrafo] Situación actual de la industria de las células solares

En la actualidad, las células solares de película fina que funcionan con el efecto fotoeléctrico son la corriente principal, mientras que las células solares húmedas que funcionan con el efecto fotoquímico se encuentran todavía en su fase embrionaria.

Estado actual de la industria mundial de células solares

Según las estadísticas de Dataquest, actualmente hay 136 países en el mundo que están sufriendo una locura por popularizar las células solares, de los cuales 95 países están llevar a cabo trabajos de I+D a gran escala y producir activamente diversos nuevos productos relacionados con el ahorro de energía. La generación total de energía de células solares producidas en el mundo alcanzó los 1.000 MW en 1998 y los 2.850 MW en 1999. En 2000, casi 4.600 fabricantes de todo el mundo comercializaron células fotovoltaicas y productos alimentados por células fotovoltaicas.

Actualmente, muchos países están formulando planes de desarrollo de energía solar a mediano y largo plazo para prepararse para el desarrollo a gran escala de la energía solar en el siglo XXI. El Departamento de Energía de Estados Unidos lanzó el Plan Nacional Fotovoltaico y Japón lanzó el Plan Sunshine. El plan fotovoltaico NREL es una parte importante del Plan Fotovoltaico Nacional de EE. UU. El programa lleva a cabo trabajos de investigación en cinco áreas: silicio monocristalino y dispositivos avanzados, tecnología fotovoltaica de película delgada, PVMaT, módulos fotovoltaicos, rendimiento e ingeniería de sistemas, aplicaciones fotovoltaicas y desarrollo de mercado.

Estados Unidos también ha puesto en marcha el "Proyecto de alumbrado público solar", que tiene como objetivo convertir el alumbrado público de algunas ciudades estadounidenses a energía solar. Según el plan, cada farola puede ahorrar 800 kilovatios hora de electricidad cada año. Japón también está implementando el “Proyecto de Energía Solar 70.000”. El sistema de generación de energía solar residencial que se popularizará en Japón consiste principalmente en equipos de generación de energía con células solares instalados en el techo de la casa. El exceso de energía utilizado por los hogares también se puede vender a las compañías eléctricas. Una casa estándar puede instalar un sistema que produzca 3000 vatios. En Europa, la investigación y el desarrollo de células solares se han incluido en el famoso plan de alta tecnología "Eureka" y se ha lanzado el "plan de proyecto de 654,38 millones de unidades". Estos "proyectos solares", que se centran principalmente en la promoción y aplicación de células fotovoltaicas, son una de las fuerzas impulsoras importantes que actualmente promueven el desarrollo de la industria de las células solares fotovoltaicas.

Japón, Corea del Sur y ocho países europeos decidieron recientemente cooperar para construir las centrales de energía solar más grandes del mundo en el interior de Asia y en las zonas desérticas de África. Su objetivo es utilizar eficazmente los recursos solares a largo plazo en las zonas desérticas, que representan aproximadamente 1/4 de la superficie terrestre del mundo, para proporcionar 10.000 kilovatios de electricidad a 300.000 usuarios. El plan comenzará en 2001 y tardará 4 años en completarse.

En la actualidad, Estados Unidos y Japón tienen las mayores cuotas de mercado fotovoltaico del mundo. Estados Unidos tiene la central fotovoltaica más grande del mundo, con una potencia de 7MW, y Japón también ha construido una central fotovoltaica con una potencia de 1MW. Hay 230.000 equipos fotovoltaicos en el mundo, con Israel, Australia y Nueva Zelanda a la cabeza.

Desde la década de 1990, la industria mundial de células solares ha seguido desarrollándose, con una tasa de crecimiento anual del 15%. Según las últimas estadísticas y el informe de pronóstico publicado por Dataquest, la inversión total en investigación y desarrollo de energía solar en los Estados Unidos, Japón y los países industrializados de Europa occidental alcanzó los 57 mil millones de dólares entre 65438 y 2098.

Fue de 654,38+64,6 mil millones de dólares en 1999; de 70 mil millones de dólares en 2000; llegará a 82 mil millones de dólares en 2001; se espera que supere los 654,38 billones de dólares en 2002;

Situación actual de la industria de células solares en China

China concede gran importancia a la investigación y el desarrollo de células solares. Ya en el período del Séptimo Plan Quinquenal, la investigación sobre semiconductores de silicio amorfo figuraba como un tema nacional importante. Durante los planes quinquenales octavo y noveno, la investigación y el desarrollo de China se centraron en células solares de gran superficie. En junio de 5438 + octubre de 2003, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma y el Ministerio de Ciencia y Tecnología formularon un plan de desarrollo de recursos de energía solar para los próximos cinco años. El "Proyecto Brillante" de la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma recaudará 10 mil millones de yuanes para promover la aplicación de la tecnología de generación de energía solar. Está previsto que la capacidad total instalada del sistema de generación de energía solar de China alcance los 300 MW en 2005.

En 2002, los ministerios y comisiones nacionales pertinentes lanzaron el "Plan de electrificación para aldeas sin electricidad en Occidente" para resolver el problema energético de las aldeas sin electricidad en siete provincias occidentales mediante la generación de energía solar y eólica pequeña. El lanzamiento de este proyecto ha estimulado enormemente la industria de generación de energía solar. Se han construido varias líneas de envasado de células solares en China, lo que ha aumentado rápidamente la producción anual de células solares. Actualmente, China cuenta con 10 líneas de producción de células solares con una capacidad de producción anual de aproximadamente 4,5 MW, de las cuales 8 líneas de producción se importan del extranjero. Entre estas 8 líneas de producción, hay 6 líneas de producción de células solares de silicio monocristalino y 2 líneas de producción de células solares de silicio amorfo. Según las predicciones de los expertos, la demanda actual del mercado fotovoltaico de China es de 5 MW por año, y entre 2001 y 2010, la demanda anual alcanzará los 100 MW. A partir de 2011, la demanda anual del mercado fotovoltaico de China será superior a los 20 MW.

En la actualidad, los fabricantes nacionales de silicio monocristalino solar incluyen principalmente la fábrica de silicio monocristalino de Luoyang, la base de silicio monocristalino de Hebei Ningjin y la fábrica de materiales semiconductores de Sichuan Emei. Entre ellos, la base de silicio monocristalino de Hebei Ningjin es la más grande del mundo. La base de producción de silicio monocristalino solar representa aproximadamente el 25% de la cuota de mercado mundial de silicio monocristalino solar.

En el mercado downstream de materiales para células solares, los fabricantes nacionales actuales de células solares incluyen principalmente a Wuxi Suntech, Nanjing Zhongdian, Baoding Yingli, Hebei Jingao, Jeni New Energy, Suzhou Canadian Solar, Changzhou Trina, Yunnan Tianda Photovoltaic. Technology, Ningbo Solar, Kyocera (Tianjin) Solar y otras empresas tienen una capacidad de producción anual combinada de más de 800 MW.

Un breve análisis de las perspectivas de las células solares y la generación de energía solar

En la actualidad, la aplicación de las células solares ha pasado del ámbito militar y aeroespacial al ámbito de la industria y el comercio. , agricultura, comunicaciones, electrodomésticos e instalaciones públicas, especialmente en zonas remotas, montañas, desiertos, islas y zonas rurales para ahorrar costosas líneas de transmisión. Sin embargo, su costo sigue siendo muy alto en esta etapa, ya que requiere una inversión de decenas de miles de dólares para generar 1 kW de electricidad, por lo que su uso a gran escala aún es económicamente limitado.

Pero a largo plazo, con la mejora de la tecnología de fabricación de células solares y la invención de nuevos dispositivos de conversión fotoeléctrica, la protección del medio ambiente y la enorme demanda de energía renovable y limpia en varios países, las células solares seguirán siendo la tecnología más importante que utiliza el sol. Un método factible de energía radiante, que abrirá amplias perspectivas para la utilización a gran escala de la energía solar en el futuro.

[Editar este párrafo] Clasificación de las células solares

Según el estado de cristalización, las células solares se pueden dividir en dos categorías: tipo de película delgada cristalina y tipo de película delgada amorfa (en adelante denominada a como a-). El primero se divide en formas monocristalinas y polimórficas.

Según los materiales, se puede dividir en películas de silicio, películas semiconductoras compuestas y películas orgánicas, y las películas semiconductoras compuestas se pueden dividir en amorfas (a-Si:H, a-Si:H:F, a-SixGel -x:H, etc.), grupo III V (GaAs, InP, etc.), grupo II VI (serie Cds) y fosfuro de zinc (Zn 3 p 2).

Según los diferentes materiales utilizados, las células solares también se pueden dividir en: células solares de silicio, células solares de película fina multicompuestos, células solares de electrodos modificados multicapa de polímero, células solares nanocristalinas, células solares orgánicas , entre las cuales las células solares de silicio son las más maduras y dominantes en su aplicación.

(1) Células solares de silicio

Las células solares de silicio se dividen en células solares de silicio monocristalino, células solares de película fina de silicio policristalino y células solares de película fina de silicio amorfo.

Las células solares de silicio monocristalino tienen la mayor eficiencia de conversión y la tecnología más madura. La eficiencia de conversión más alta en el laboratorio es del 24,7% y la más alta en la producción en masa es del 15%. Todavía domina las aplicaciones a gran escala y la producción industrial, pero el costo del silicio monocristalino es alto y es difícil reducirlo significativamente. Para ahorrar materiales de silicio, se desarrollaron películas de silicio policristalino y películas de silicio amorfo como alternativas a las células solares de silicio monocristalino.

En comparación con el silicio monocristalino, las células solares de película fina de silicio policristalino son más económicas y más eficientes que las células solares de película fina de silicio amorfo. La eficiencia de conversión más alta en el laboratorio es del 18% y la eficiencia de conversión en producción a escala industrial es del 10%. Por lo tanto, las células de película delgada de silicio policristalino pronto dominarán el mercado de generación de energía solar.

Las células solares de película delgada de silicio amorfo tienen bajo costo, peso ligero, alta eficiencia de conversión, fácil producción en masa y un enorme potencial. Sin embargo, debido al efecto de degradación de la eficiencia fotoeléctrica provocado por su material, su estabilidad no es alta, lo que afecta directamente su aplicación práctica. Si se puede resolver aún más el problema de estabilidad y mejorar la tasa de conversión, las células solares de silicio amorfo serán sin duda uno de los principales productos de desarrollo de las células solares.

(2) Célula solar de película delgada multicompuestos

Los materiales de células solares de película delgada multicompuestos son sales inorgánicas, que incluyen principalmente compuestos de arseniuro de galio III-V, sulfuro de cadmio y sulfuro de cadmio. , Batería de película fina de seleniuro de indio y cobre.

Las células de película delgada policristalinas de sulfuro de cadmio y telururo de cadmio son más eficientes que las células solares de película delgada de silicio amorfo, tienen un costo menor que las células de silicio monocristalino y son fáciles de producir en masa. Sin embargo, debido a que el cadmio es altamente tóxico y puede causar una contaminación grave al medio ambiente, no es el sustituto más ideal de las células solares de silicio cristalino.

La eficiencia de conversión de las baterías compuestas de arseniuro de galio (GaAs) III-V puede alcanzar el 28%. El material compuesto de GaAs tiene una banda prohibida óptica muy ideal, alta eficiencia de absorción, fuerte resistencia a la radiación y no es sensible al calor, lo que lo hace adecuado para la fabricación de celdas de unión simple de alta eficiencia. Sin embargo, el alto precio de los materiales de GaAs ha limitado en gran medida la popularidad de las baterías de GaAs.

Las celdas de película delgada (CIS) de seleniuro de indio y cobre son adecuadas para la conversión fotoeléctrica, no hay problema de fotodegradación y la eficiencia de conversión es la misma que la del silicio policristalino. Tiene las ventajas de bajo precio, buen rendimiento y proceso simple, y se convertirá en una dirección importante para el desarrollo de células solares en el futuro. El único problema es de dónde viene el material. Dado que el indio y el selenio son elementos relativamente raros, el desarrollo de este tipo de batería será limitado.

(3) Células solares de electrodos modificados multicapa de polímero

La sustitución de materiales inorgánicos por polímeros orgánicos es una nueva dirección de investigación en la fabricación de células solares. Los materiales orgánicos son de gran importancia para la utilización a gran escala de la energía solar y el suministro de electricidad barata debido a sus ventajas como buena flexibilidad, fácil fabricación, amplia fuente de materiales y bajo costo. La investigación sobre células solares preparadas con materiales orgánicos apenas ha comenzado. Ni la vida útil ni la eficiencia de las células pueden compararse con las de materiales inorgánicos, especialmente las de silicio. Si se puede desarrollar en productos de importancia práctica requiere más investigación y exploración.

(4) Células solares de nanocristales

Las células solares de energía química de nanocristales de dióxido de titanio son el último desarrollo. Sus ventajas son el bajo costo, el proceso simple y el rendimiento estable. Su eficiencia fotoeléctrica es estable en más del 10%, su costo de fabricación es sólo de 1/5 a 1/10 del de las células solares de silicio y su vida útil puede alcanzar más de 20 años.

Sin embargo, dado que la investigación y el desarrollo de este tipo de baterías acaban de iniciarse, se estima que poco a poco irán entrando al mercado en un futuro próximo.

(5) ?Células solares orgánicas

Como sugiere el nombre, las células solares orgánicas son células solares con materiales orgánicos como núcleo. La gente está menos familiarizada con las células solares orgánicas y eso tiene sentido. Hoy en día, más del 95% de las células solares producidas en masa están basadas en silicio, y menos del 5% restante están hechas de otros materiales inorgánicos.

[Editar este párrafo] El proceso de producción de células solares (módulos)

La línea de montaje también se llama línea de envasado, y el envasado es un paso clave en la producción de células solares. Sin un buen proceso de embalaje, por muy buena que sea la batería, no podrá producir una buena placa de montaje. El embalaje de la batería no solo puede garantizar la vida útil de la batería, sino también mejorar su resistencia. La alta calidad y la larga vida útil del producto son las claves para lograr la satisfacción del cliente, por lo que la calidad del embalaje del tablero componente es muy importante.

Proceso:

1. Inspección de batería-2. Soldadura frontal-inspección-3. Conexión de serie trasera-tendido (limpieza de vidrio, corte, pretratamiento de vidrio, colocación). -5. Laminación-6. Desbarbado (recorte, limpieza)-7. Enmarcado (pegado, ajuste de esquinas, etc.).

Cómo garantizar una alta eficiencia y una larga vida útil de los componentes;

1. Alta eficiencia de conversión, batería de alta calidad;

2. Materias primas de alta calidad, como EVA altamente reticulada, encapsulante de alta fuerza de unión (pegamento de silicona neutro), alta transmitancia. y vidrio templado de alta resistencia, etc.

3. Tecnología de embalaje razonable

4 Estilo de trabajo riguroso de los empleados;

Porque las células solares son para alta tecnología. Productos, algunos detalles en el proceso de producción, como usar guantes o no, aplicación desigual de reactivos, graffiti, etc. son enemigos importantes que afectan la calidad del producto, por lo que además de formular un proceso de producción razonable, es muy importante. para que los empleados sean serios y rigurosos.

Introducción al proceso de ensamblaje de células solares:

Introducción técnica: aquí hay solo una breve introducción al papel de la tecnología para brindarle una comprensión perceptiva.

1. Prueba de batería: debido a la aleatoriedad de las condiciones de fabricación del chip de batería, las baterías producidas tienen diferentes propiedades. Por lo tanto, para combinar eficazmente baterías con el mismo o similar rendimiento, deben clasificarse. según sus parámetros de rendimiento Las baterías se clasifican probando sus parámetros de salida (corriente y voltaje) para mejorar la utilización de la batería y fabricar componentes de batería calificados

2. en la parte frontal de la línea de la rejilla principal de la batería. La barra colectora es una tira de cobre estañado. La máquina de soldadura que utilizamos puede soldar por puntos la tira de soldadura en la línea de la rejilla principal en forma de múltiples puntos. para soldar es una lámpara de infrarrojos (utilizando el efecto térmico de los rayos infrarrojos). La longitud de la tira de soldadura es aproximadamente el doble de la longitud del lado de la batería. La tira de soldadura adicional se conecta al electrodo posterior de la lámina de la batería posterior. soldadura en la parte posterior.

3. La soldadura en la parte posterior consiste en conectar 36 secciones. Las baterías se conectan en serie en una cadena ensamblada. La tecnología actual que utilizamos es manual. Diafragma con 36 ranuras que corresponden al tamaño de las celdas.

Se utilizan diferentes plantillas para componentes con diferentes especificaciones. El operador utiliza un soldador eléctrico y un alambre de soldadura para soldar el electrodo frontal (electrodo negativo) de la "batería frontal".

4. Colocación de laminación: después de conectar la parte posterior en serie y verificar, las cuerdas de los componentes, el vidrio, el EVA cortado, la fibra de vidrio y el tablero se colocan en ciertas capas para preparar la laminación. El vidrio está recubierto previamente con una capa de imprimación para aumentar la fuerza de unión entre el vidrio y EVA. Al colocar, asegúrese de la posición relativa de las cadenas de baterías y el vidrio y otros materiales, ajuste la distancia entre las baterías y siente las bases para la laminación. (Nivel de colocación: de abajo hacia arriba: vidrio, EVA, batería, EVA, fibra de vidrio, tablero).

5. Laminación del módulo: coloque la batería colocada en la laminadora, extraiga el aire del módulo aspirando, luego caliente y derrita el EVA y, finalmente, una la batería, el vidrio y el panel posterior. dejar enfriar para extraer los ingredientes. El proceso de laminación es un paso clave en la producción de módulos y la temperatura y el tiempo de laminación se determinan de acuerdo con las propiedades del EVA. Cuando utilizamos EVA de curado rápido, el tiempo del ciclo de laminación es de aproximadamente 25 minutos. La temperatura de curado es 65438±050℃.

6. Recorte: El EVA se extenderá hacia afuera durante el montaje y se solidificará bajo presión para formar rebabas, que deben cortarse después del montaje.

7. Configuración del marco: es similar a colocar un marco sobre vidrio; se instala un marco de aluminio en el módulo de vidrio para aumentar la resistencia del módulo, sellar aún más el módulo de batería y extender la vida útil. de la batería. El espacio entre el marco y el componente de vidrio se rellena con silicona. Los marcos están conectados mediante llaves angulares.

8. Caja de conexiones para soldadura: Soldar una caja en el cable de la parte posterior del componente para facilitar la conexión de la batería con otros dispositivos o baterías.

9. Prueba de alto voltaje: la prueba de alto voltaje se refiere a la aplicación de un cierto voltaje entre el marco del módulo y los cables del electrodo para probar el voltaje soportado y la resistencia del aislamiento del módulo para garantizar que el módulo. sobrevivirá a las duras condiciones naturales (rayos, etc.) no sufrirá daños. ).

10. Prueba de componentes: el propósito de la prueba es calibrar la potencia de salida de la batería, probar sus características de salida y determinar el nivel de calidad del componente.

Pasos del diseño de paneles solares 1. La capacidad de consumo de 24 horas p de la carga informática.

P=H/V

Fuente de alimentación nominal v de la carga

2. Seleccione la hora de insolación diaria T (H).

3. Calcule la corriente de funcionamiento del panel solar.

IP=P(1+Q)/T

Q——Según el coeficiente de superávit de la temporada de lluvias, q = 0,21 ~ 1,00.

4. Determine el voltaje de flotación de la batería VF.

Los voltajes de carga flotante de las baterías de níquel-cadmio (GN) y plomo-ácido (CS) son de 1,4 ~ 1,6 V y 2,2 V respectivamente.

5. Tensión de compensación de temperatura de la célula solar.

VT=2.1/430(T-25)VF

6. Calcule el voltaje de funcionamiento VP del conjunto de células solares.

VP=VF+VD+VT

Donde VD = 0,5 ~ 0,7

Aproximadamente igual a VF

7. ¿Cuál es la potencia de salida WP? Paneles solares de panel plano.

WP=IP×UP

8. Según la tabla de series combinadas de VP y WP en el panel solar de silicio, determine el número de bloques en serie y grupos paralelos en las especificaciones estándar.

Módulo de célula solar se refiere a una parte de la célula solar, aquí se refiere principalmente al panel fotovoltaico que genera electricidad.