高效黑硅组件反光板角度及分布式发电的研究

摘要

能源的紧缺和环境的严重污染迫使人们寻找一种新型的清洁、无污染并且可再生的能源。太阳能电池的出现在一定程度上满足了这种对新能源的需求。其中多晶硅在所有的电池材料中脱颖而出，占据着市场的主要地位。而多晶硅材料对斜入射的光线反射率较高的缺陷导致很大一部分能量被反射到空中，白白浪费。从而迫使人们不断改进电池工艺来最大程度地降低反射损耗。
　　本文中提到的黑硅材料是采用SF6/O2反应离子刻蚀硅片表面而形成的，所以将该制备方法称为等离子体浸没离子注入法(PⅢ)。PⅢ技术的作用机制是SF6产生F*基团与硅反应生产SiF4气体，起刻蚀作用，O*基团与SiF4形成钝化物(SiOxFy)保护侧壁，在刻蚀作用和钝化作用两者的竞争过程中形成了孔状结构的黑硅。孔的直径和深度分别为1Lm和8Lm，研究表明形成黑硅的条件苛刻，需要低温(低于-80℃)，工作压强范围较窄。将此种孔状结构的黑硅材料应用于太阳能电池组件中，其多角度吸收的特点很大程度上减少了表面反射光，大大提高了电池的效率。与此同时，传统的光伏组件为了实现发电功率最大化，安装时具有一定倾角，但在使用过程中仍有一部分光会被组件表面反射到空中造成浪费。
　　本文设计了一种带反光板结构的高效黑硅太阳能电池组件。与传统反光板结构的多晶硅太阳能电池组件反射损耗较大的特点不同，多角度吸光的黑硅太阳能电池组件配合反光板结构可以充分利用反射光线。同时本文对反光板和黑硅组件夹角进行了模拟计算，结果表明，当光伏组件安装倾角为34。时，反光板安装角度为16.5。最佳，同等光照条件下使得电池的发电功率增加了约39％。
　　本文对分布式发电的原理、系统组成、设计方案、并网及储能系统进行了研究，研究表明分布式发电系统对地域和环境的要求较低，只要阳光充足的地方就可以设置。其次其功率大小不限，能够适应不同的负载或居民用电。因此分布式发电系统将会最大程度的满足人们对新能源的需求。同时设计安装了带有高效黑硅反光板组件的分布式发电系统——太阳能车棚项目。该项目采用250Wp太阳能晶体硅电池组件，采用165mm×99mm的太阳能电池，光电转换效率达到15.59％，采取60片封装成太阳能电池组件，装机容量为16.5KWp。预计项目投产后年发电量为3.52万千瓦时。根据预测，本项目潜在的节能减排效果为，与火力发电厂平均能耗和排放情况对比，每年等价替代标煤5956.5t，同时可实现年减排CO21.46万t，SO2142.8t，NOx41.7t。项目的建设将为我国节约能源，减少有害气体排放工作做出积极的贡献。从而进一步阐述了分布式发电系统对人类社会经济发展和能源转型的重大意义。

目录

声明

致谢

摘要

序

1 引言

1．1 本课题的研究背景

1．2 本课题的研究现状

1．3 本文的研究内容

2 黑硅材料在太阳能电池中的应用研究

2．1 黑硅的起源及发展

2．2 黑硅的制备工艺

2．2．1 飞秒激光扫描法

2．2．2 化学腐蚀法

2．2．3 等离子体处理

2．3 黑硅制备技术比较与总结

3 高效黑硅电池组件反光板角度的模拟研究

3．1 太阳能电池组件

3．1．1 太阳能电池组件的概述

3．1．2 太阳能电池组件的结构

3．1．3 太阳能电池组件的基本要求

3．1．4 太阳能电池方阵的方位角

3．1．5 太阳能电池方阵的倾斜角

3．2 反射装置的引入

3．3 反光板角度的模拟分析

3．3．1 组件最佳倾角的确定

3．3．2 反光板最佳角度的确定

3．4 本章小结

4 分布式发电系统

4．1 太阳能光伏发电系统

4．1．1 光伏系统的工作原理

4．1．2 光伏发电系统的分类

4．1．3 光伏发电系统的运行方式的优势

4．2 分布式光伏发电系统

4．2．1 分布式发电系统概要

4．2．2 分布式光伏发电系统的原理及组成

4．2．3 分布式光伏发电储能系统

4．2．4 分布式光伏发电逆变器系统

4．2．5 分布式并网发电系统

4．2．6 分布式光伏发电系统的设计安装

4．2．7 分布式发电对电力系统影响及改善措施

5 高效黑硅反光板结构在分布式发电中的应用——太阳能车棚系统

5．1 太阳能车棚系统发展背景

5．2 太阳能车棚系统

5．3 太阳能车棚系统的基本原理

5．4 太阳能车棚系统的设计

5．4．1 太阳能光伏电池组件的选择

5．4．2 电池组件方阵安装角度的选择

5．4．3 太阳能电池组件方阵设计

5．4．4 土建及结构设计

5．5 太阳能车棚系统的市场分析

5．6 太阳能车棚系统的社会意义

6 结论

6．1 本文小结

6．2 展望

参考文献

附录

索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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