單個(gè)太陽(yáng)能電池不能直接用于供電。電池必須串聯(lián),并聯(lián)并緊密封裝成元件。太陽(yáng)能電池組件是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的核心部分,也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分。它的功能是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,或儲(chǔ)存在蓄電池中,或驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
對(duì)于正負(fù)電荷,由于PN結(jié)正負(fù)電荷分離,可以產(chǎn)生一個(gè)外部電流場(chǎng),從晶體硅電池的底端流向電池的頂部。這就是“光伏效應(yīng)”。當(dāng)負(fù)載連接到太陽(yáng)能電池兩個(gè)表面的頂部和底部時(shí),電流就會(huì)流過(guò)負(fù)載,太陽(yáng)能電池就會(huì)產(chǎn)生電流;太陽(yáng)能電池吸收的光子越多,電流就越大。光子的能量由波長(zhǎng)決定。光子在基本能量以下不能產(chǎn)生自由電子。一個(gè)光子高于基本能量的能量只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由電子。多余的能量會(huì)使電池發(fā)熱。能量損失的影響會(huì)降低太陽(yáng)能電池的效率。
到了2030年,中國(guó)廢棄的光伏組件可以產(chǎn)生145萬(wàn)噸碳鋼、110萬(wàn)噸玻璃、54萬(wàn)噸塑料、26萬(wàn)噸鋁、17萬(wàn)噸銅、5萬(wàn)噸硅和550噸銀。歐洲有成熟的光伏回收監(jiān)管體系,世界其他地方尚缺乏規(guī)定來(lái)強(qiáng)制光伏組件的回收。在自家屋頂裝上光伏組件,享用太陽(yáng)能發(fā)電已越來(lái)越流行,太陽(yáng)能發(fā)電板(Solar panel)是通過(guò)吸收太陽(yáng)光,將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置,大部分太陽(yáng)能電池板的主要材料為“硅”,但因制作成本較大,以至于它普遍地使用還有一定的局限。
相對(duì)于普通電池和可循環(huán)充電電池來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。
材料分類
當(dāng)前,晶體硅材料(包括多晶硅和單晶硅)是主要的光伏材料,其市場(chǎng)占有率在90%以上,而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽(yáng)能電池的主流材料。
多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)掌握在美、日、德等3個(gè)國(guó)家7個(gè)公司的10家工廠手中,形成技術(shù)封鎖、市場(chǎng)壟斷的狀況。
多晶硅的需求主要來(lái)自于半導(dǎo)體和太陽(yáng)能電池。按純度要求不同,分為電子級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)。
其中,用于電子級(jí)多晶硅占55%左右,太陽(yáng)能級(jí)多晶硅占45%,隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,太陽(yáng)能電池對(duì)多晶硅需求量的增長(zhǎng)速度高于半導(dǎo)體多晶硅的發(fā)展,預(yù)計(jì)到2008年太陽(yáng)能多晶硅的需求量將超過(guò)電子級(jí)多晶硅。
太陽(yáng)電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種,如:?jiǎn)尉Ч?,多晶硅?非晶硅,砷化鎵,硒銦銅等。
它們的發(fā)電原理基本相同,現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過(guò)程。 P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅,形成P-N結(jié)。
當(dāng)光線照射太陽(yáng)電池表面時(shí),一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子,使電子發(fā)生了躍遷,成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差。
當(dāng)外部接通電路時(shí),在該電壓的作用下,將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是:光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。
組件回收需要對(duì)組件進(jìn)行拆分,將鋁邊框、玻璃和接線盒部分去除,得到硅晶片。有效的完整硅晶片回收方法有“無(wú)機(jī)酸溶解法”和“熱處理法”。其中,后者又分為“固定容器熱處理法”和“流化床反應(yīng)器熱處理法”。
組件回收無(wú)機(jī)酸溶解法:用硝酸和過(guò)氧化氮混合酸,在一定的溫度條件下,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間將EVA溶解掉,與玻璃分類。此法可保持晶硅片的完整,但需要進(jìn)一步對(duì)硅晶片進(jìn)行處理。
組件回收固定容器熱處理法:將光伏組件放入焚燒爐中,設(shè)置反應(yīng)溫度600℃進(jìn)行焚燒。焚燒完成后,將電池、玻璃和邊框等手工分離。回收的各類材料進(jìn)入相應(yīng)的回收程序,塑料類的材料完全焚燒。