新能源系统概论02-太阳能ppt课件.ppt

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1、新能源系统概论02-太阳能新能源系统概论第2章 太阳能目录光伏发电系统硅基光伏电池材料制备光热利用技术太阳能应用简介2.12.22.32.42.5硅材料2.1 太阳能应用简介2.1.1 太阳能发展情况 20世纪太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段：世纪太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段：(1)第一阶段（19001920年）：研究重点为太阳能动力装置(2)第二阶段（19201945年）：低潮期(3)第三阶段（19451965年）：加强太阳能基础理论和基础材料的研究，技术上取得重大突破。 (4)第四阶段（19651973年）：成长阶段，尚不成熟(5)第五阶段（19731980年）：石油危机，开发

2、利用太阳能热潮再次兴起(6)第六阶段（19801992年）：太阳能产品缺乏竞争力，逐渐进入低谷(7)第七阶段（1992年至今）：太阳能利用走出低谷，稳步快速发展。2.1 太阳能应用简介2.1.2 太阳能应用情况2.2 硅材料2.2.1 硅材料简介 硅在地壳中的丰度为硅在地壳中的丰度为27.7%，在常温下化学性质稳定，是具有灰色金属光，在常温下化学性质稳定，是具有灰色金属光泽的固体，晶态硅的熔点为泽的固体，晶态硅的熔点为1414、沸点为、沸点为2355，原子序数为，原子序数为14，属于第，属于第IVA族元素，相对原子质量为族元素，相对原子质量为28.085，密度为，密度为2.422g/cm3，莫

3、氏硬度为，莫氏硬度为7。 硅以大量的硅酸盐矿石和石英矿的形式存在于自然界。硅以大量的硅酸盐矿石和石英矿的形式存在于自然界。 硅易与氧结合，自然界中没有游离态的硅存在硅易与氧结合，自然界中没有游离态的硅存在 。2.2 硅材料硅硅无定形态：非晶硅无定形态：非晶硅晶态晶态单晶硅单晶硅 当熔融的硅凝固时，硅原子与金刚石晶当熔融的硅凝固时，硅原子与金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅 多晶硅多晶硅如果晶核长成晶面取向不同的晶粒，则如果晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅形成多晶硅 2.2 硅材料2

4、.2.2 硅材料的性质1. 物理性质 电阻率特性电阻率特性 硅材料的电阻率在硅材料的电阻率在10-51010cm之间，高纯未掺杂的无缺之间，高纯未掺杂的无缺陷的晶体硅材料称为本征半导体，电阻率在陷的晶体硅材料称为本征半导体，电阻率在106cm以上。以上。 p-n结特性结特性 n型硅材料和型硅材料和p型硅材料相连，组成型硅材料相连，组成p-n结，具有单向导电性结，具有单向导电性等性质。等性质。 光电特性光电特性 硅材料组成的硅材料组成的p-n结在光作用下能产生电流，如太阳电池结在光作用下能产生电流，如太阳电池.2.2 硅材料 （1）与非金属作用）与非金属作用 常温下硅只能与常温下硅只能与F2反应

5、，在反应，在F2中瞬间燃烧，生产中瞬间燃烧，生产SiF4。 Si+2F2 SiF4 加热时，能与其他卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成加热时，能与其他卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成SiO2。 Si+2X2 SiX4 （X=Cl，Br，I） Si+O2 SiO22.2 硅材料2.2.2 硅材料的性质2. 化学性质 在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅、氮化硅、硫化硅等。碳化硅、氮化硅、硫化硅等。 Si+C SiC 3Si+2N2 Si3N4 Si+2S SiS22.2 硅材料（2）与酸作用）与酸作用 Si在含氧酸中被钝化，但与

6、氢氟酸及其混合酸在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸及其混合酸反应，生成反应，生成SiF4或或H2SiF6 。 Si+4HF SiF4 3Si+4HNO3+18HF 3H2SiF6+4NO+8H2O2.2 硅材料 （3）与碱作用）与碱作用 无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气。无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气。 Si+2NaOH+H2O NaSiO3+2H2 （4）与金属作用）与金属作用 硅还能与钙、镁、铜等化合，生成相应的金属硅化物。硅还能与钙、镁、铜等化合，生成相应的金属硅化物。 硅能与硅能与Cu2+、Pb2+、Ag+等金属离子发生置换反应，从这些等金属离子发生置换

7、反应，从这些金属离子的盐溶液中置换出金属。如能在铜盐溶液中将铜金属离子的盐溶液中置换出金属。如能在铜盐溶液中将铜置换出来。置换出来。2.2 硅材料石英砂高纯硅料硅棒（锭）硅 片电 池 组 件发电系统粗 硅硅基光伏产业链硅基光伏产业链冶炼提纯2.3 硅基光伏电池材料制备工业硅生产的基本任务就是把合金元素从矿石或氧化物中提取出来，理论上可以通过热分解、还原剂还原和电解等方法生产。还原剂法制取冶金硅的基本原理还原剂法制取冶金硅的基本原理： 硅矿石在高温的情况下，与焦炭进行反应。2.3.1 冶金硅的提炼调控因素调控因素：电压、电流、功率、熔池电阻2.3.2 高纯度多晶硅原材料制备改良西门子法又称三氯氢

8、硅还原法。是以HCl（或H2、Cl2）和冶金级硅为原料，在高温下合成为SiHCl3，然后通过精馏工艺，提纯得到高纯SiHCl3，最后用超高纯的氢气对SiHCl3进行还原得到高纯多晶硅棒。1.HCl的合成2.SiHCl3的合成氯化氢和冶金级硅转变为挥发性的化合物SiHCl3 ：2803502.3.2 高纯度多晶硅原材料制备3.SiHCl3的合成三氯氢硅中含有SiCl4、SiH2Cl2等附加化合物，以及FeCl3、BCl3、PCl3等杂质；气体通过多级分馏（粗馏和精馏）得到半导体级SiHCl3；然后从这种精炼产品中提取超纯半导体级硅。4.SiHCl3的还原化学方程式：化学方程式： SiHCl3+H

9、2 Si+3HCl108011002.3.2 高纯度多晶硅原材料制备图1.1 改良西门子法流程图2.3.3 直拉单晶硅棒单晶硅棒制备主要是指由高纯多晶硅拉制单晶硅棒的过程。单晶硅材料是非常重要的晶体硅材料，根据生长方式的不同，可以分为区熔单晶硅和直拉单晶硅。区熔单晶硅是利用悬浮区域熔炼（float zone）的方法制备的，所以又称FZ硅单晶。直拉单晶硅是利用切氏法（Parochialism）制备单晶硅，称为CZ单晶硅。2.3.3 直拉单晶硅棒直拉单晶硅的制备工艺一般包括：原料的准备、掺杂剂的选择、石英坩埚的选取、籽晶和籽晶定向、装炉、熔硅、种晶、缩颈、放肩、等径、收尾和停炉等。2.3.4 铸造

10、多晶硅锭光伏电池多晶硅锭是一种柱状晶，晶体生长方向垂直向上，是通过定向凝固过程来实现的。2.3.4 铸造多晶硅锭热交换法生产多晶硅的制备工艺：2.3.5 单晶硅片加工硅片加工过程中所包含的制造步骤，根据不同的硅片生产商有所变化。这里介绍的硅片加工主要包括开方、切片、清洗等工艺。2.3.5 单晶硅片加工单晶硅片加工工艺流程：2.3.6 多晶硅片加工多晶硅片加工工艺流程：2.3.7 晶硅电池制备工艺常见的晶硅电池制备工艺主要包括：2.3.8 晶硅组件制备工艺晶硅组件加工过程：2.3.9 硅基薄膜组件制备工艺1.非晶硅薄膜组件制造工艺：SnO2导电玻璃-SnO2膜切割-清洗-预热-a-Si沉积（PI

11、N）-冷却-a-Si切割-掩膜镀铝-测试1-老化-测试2-UV保护层-封装-成品测试-分类包装。2.非晶硅电池封装工艺：（1）电池/UV光固胶（2）电池/PVC膜（3）电池/EVA/PET（或TPT）（4）电池/EVA/普通玻璃（5）钢化玻璃/EVA/电池/EVA/普通玻璃2.4 光伏发电系统2.4.1 离网光伏发电系统离网光伏发电系统结构图2.4 光伏发电系统2.4.2 并网光伏发电系统光伏并网电站结构图2.4 光伏发电系统2.4.2 并网光伏发电系统光伏发电监控系统图2.5 光热利用技术太阳能热利用的基本原理是采用一定装置将太阳能收集起来直接转换成热能，或再将热能转换成其他形式的能量，然后

12、输送到一定场所加以利用。这种热能可以广泛应用于采暖、制冷、干燥、温室、烹饪及工农业生产等各个领域。太阳能热利用产业三维空间u集热器：系统中的集热元件，其功能相当于电热水器中的电加热管。有时需要辅助加热，如锅炉、电加热等。u保温水箱：储存热水的容器，容积是每天晚上用热水量的总和。u连接管路：将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器的通道，使整套系统形成一个闭合的环路。u控制中心：负责整个系统的监控、运行、调节等功能，的技术已经可以通过互联网远程控制系统的正常运行。u热交换器：板壳式换热器传热板片呈波状椭圆形，圆形板片增加热长，大大提高传热性能。广泛用于高温高压的换热工况。1.

13、太阳能热水系统组成2.5.1 太阳能热水系统1. 太阳能热水系统组成2.5.1 太阳能热水系统特征类型ABC1太阳能单独系统 太阳能预热系统太阳能带辅助能源系统2直接系统间接系统3敞开系统开口系统封闭系统4充满系统回流系统排放系统5自然循环系统强制循环系统6循环系统直流系统7分体式系统紧凑式系统整体式系统2. 太阳能热水系统分类2.5.1 太阳能热水系统太阳能供暖系统组成2.5.2 太阳能供暖系统太阳能供暖系统是指将分散的太阳能通过集热器把太阳能转换成方便使用的热水，通过热水输送到发热末端（例如：地板采暖系统、散热器系统等）提供房间采暖的系统，也简称太阳能采暖。太阳能取暖设备主要构成部件：太阳

14、能集热器（平板集热器、全玻璃真空管集热器、热管集热器、U型管集热器等），储热水箱、控制系统、管路管件及相关辅材、建筑末端散热设备等组成。太阳能供暖系统设计流程2.5.2 太阳能供暖系统太阳能制冷系统原理2.5.3 太阳能制冷系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷（1）太阳能吸收式制冷简单吸收式制冷系统的组成部件吸收式制冷机主要由四个热交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器。制冷剂循环吸收剂循环太阳能制冷系统分类2.5.3 太阳能制冷系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能吸附集热器、冷凝器、储液器、蒸发器、阀门等组成。太阳能吸附式制冷系统（2）太阳能吸附式制冷系统太阳

15、能制冷系统分类2.5.3 太阳能制冷系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷（2）太阳能吸附式制冷系统简单吸收式制冷系统的组成部件吸收式制冷机主要由四个热交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器。制冷剂循环吸收剂循环太阳能制冷系统分类2.5.3 太阳能制冷系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷太阳能喷射式制冷系统基本由三个子循环组成，即制冷子循环、动力子循环和太阳能子循环组成。太阳能喷射式制冷系统简图（3）太阳能喷射式制冷系统太阳能制冷系统分类2.5.3 太阳能制冷系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷太阳能热发电系统基本原理图1.太阳能热发电系统原理2.5.4 太阳能光热发电系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷太阳能热发电系统组成示意图2.太阳能热发电系统组成2.5.4 太阳能光热发电系统7.7 太阳能太阳能制冷制冷3.太阳能热发电系统分类2.5.4 太阳能光热发电系统2.6 本章练习1.常见的太阳能应用有哪几种类型？2.硅材料光伏组件有哪几种类型？详细阐述制备过程中的异同点？3.太阳能发电有哪几种类型？光伏发电与光热发电的区别有哪些？4.光伏发电系统有哪几种类型？详细阐述几种类型的异同点。5.光热应用与光伏应用存在哪些本质区别？光热主要有哪些应用？ 并分别阐述各应用的组成部件？