?? Sharp ?? ? by pSBU4Vf

VIEWS: 24 PAGES: 34

									       泰安市德丰光电能源科技有限公司          内部培训资料 2008-07-14


国内光伏产业现状调查研究报告

一、     太阳能的基本知识

太阳能是最重要的基本能源,生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能,
太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,不断地
向宇宙空间辐射能量,这就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长
时间,据估计约有几十亿至几百亿年,相对于人类的有限生存时间而言,太阳能
可以说是取之不尽,用之不竭的。

太阳能的总量很大,我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于 1700 亿吨标准煤,
但十分分散,能流密度较低,到达地面的太阳能每平方米只有 1000 瓦左右。同
时,地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等影响,时阴时晴,时强时弱,具有不
稳定性。根据太阳能的特点,必须解决以下四个基本技术问题,才能有效地加以
利用。

1、太阳能采集 2、太阳能转换 3、太阳能贮存 4、太阳能输运

太阳能开发利用是当今国际上一大热点,经过最近 20 多年的努力,太阳能技术
有了长足进步,太阳能利用领域已由生活热水,建筑采暖等扩展到工农业生产许
多部门,人们已经强烈意识到,一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代——
太阳能时代即将来到。

(1)、太阳的基本结构

太阳能是一个炽热气体构成的球体,主要由氢和氦组成,其中氢占 80%,氦占
19%。

(2)、太阳常数

太阳常数是指在太阳地球间平均距离外,在地球大气层以上垂直于太阳光线的平
面上,单位面积,单位时间内的太阳辐射能的数值,该数值是个常数,一般取
1367 瓦/米 2。(4920 千焦/米 2 时)。

由于通过地球外大气层吸收反射,太阳光到达地面的辐射强度大大降低。


 1
                       业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司         内部培训资料 2008-07-14

(3)、太阳辐射能和到达地球的太阳能

整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的,高达 3.826×1033 尔格或 37.3×106
兆焦,相当于每秒钟燃烧 1.28 亿吨标准煤所放出的能量。

太阳辐射到达地球陆地表面的能量,大约为 17 万亿千瓦,仅占到达地球大气外
层表面总辐射量的 10%。即使这样,它也相当目前全世界一年内能源总消耗量
的 3.5 万倍。

(4)、我国的太阳能资源

我国太阳能资源十分丰富,全国有 2/3 以上的地区,年辐照总量大于 502 万千焦
/米 2,年日照时数在 2000 小时以上。

(5)、太阳能的特点

太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大优点:

第一,它是人类可以利用的最丰富的能源,据估计,在过去漫长的 11 亿年中,
     太阳消耗了它本身能量的 2%,可以说是取之不尽,用之不竭。

第二,地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤
     其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。

第三,太阳能是一种洁净的能源,在开发和利用时,不会产生废渣、废水、废气,
     也没有噪音,更不会影响生态平衡。

太阳能的利用有它的缺点:

第一,能流密度较低,日照较好的,地面上 1 平方米的面积所接受的能量只有 1
     千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求,从而使装置
     地面积大,用料多,成本增加。

第二,大气影响较大,给使用带来不少困难。

(6)、太阳能利用的技术领域

人类直接利用太阳能有三大技术领域,即光热转换、光电转换和光化学转换,此
外,还有储能技术。
 2
                  业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司     内部培训资料 2008-07-14

太阳能转换技术的产品很多,如热水器、开水器、干燥器,采暖和制冷,温室与
太阳房,太阳灶和高温炉,海水淡化装置、水泵、光伏发电、太阳能照明、热力
发电装置及太阳能医疗器具。

二、   光伏发电

太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程,通
常叫做“光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。 当太阳光照射到
半导体上时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。被吸收
的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是
产生电子-空穴对。这样,光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半
导体内存在P-n结,则在P型和n型交界面两边形成势垒电场,能将电子驱向
n区,空穴驱向P区,从而使得n区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P-
n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。 光生电场的一部分除抵销势垒
电场外,还使P型层带正电,n型层带负电,在n区与p区之间的薄层产生所谓
光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线,接通负载,则外电路
便有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生
一定的电压和电流,输出功率。

(一) 太阳能电池组件


制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种,因此太阳电池的种类也很多。目前,
技术最成熟,并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。硅是地球上极丰富的
一种元素,几乎遍地都有硅的存在,可说是取之不尽。用硅来制造太阳电池,原
料可谓不缺。但是提炼它却不容易,所以人们在生产单晶硅太阳电池的同时,又
研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池,至今商业规模生产的太阳电池,还没
有跳出硅的系列。其实可供制造太阳电池的半导体材料很多,随着材料工业的发
展、太阳电池的品种将越来越多。目前已进行研究和试制的太阳电池,除硅系列
外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池,举不胜举,以下介绍
几种较常见的太阳电池。
单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,

 3
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
    泰安市德丰光电能源科技有限公司      内部培训资料 2008-07-14

产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求
99.999%。为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶
硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单
晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片,一般片厚约 0.3 毫米。硅片经过形、抛磨、清洗等工序,制
成待加工的原料硅片。加工太阳电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂
物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅
片上形成 P?/FONT>N 结。然后采用丝网印刷法,精配好的银浆印在硅片上做成
栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以防大量的
光子被光滑的硅片表面反射掉。因此,单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体
片经过抽查检验,即可按所需要的规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用
串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装。
用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称
太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为 18%左右,实验室成果
也有 20%以上的。
多晶硅太阳电池
晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电
耗很大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一。加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,
切片制作太阳电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低。因此,80 年代以
来,欧美一些国家投入了多晶硅太阳电池的研制。
目前太阳电池使用的多晶硅材料,多半是含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次
单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为 100~300
欧姆•厘米的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,用 1:5 的氢氟酸和硝酸混台液
进行适当的腐蚀,然后用去离子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装好多晶硅
料,加人适量硼硅,放人浇铸炉,在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约 20
分钟,然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即得多晶硅锭。这种硅锭可铸
成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,可提高材制利用率和方便组装。多
晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约 16%左
右,稍低于单晶硅太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,


4
               业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
    泰安市德丰光电能源科技有限公司      内部培训资料 2008-07-14

因此得到大量发展。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池是 1976 年有出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅
太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人。
制造非晶硅太阳电池的方法有多种,最常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、
化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放电法是将一石英容器
抽成真空,充入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热,使硅烷电离,形成等
离子体。非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化
硼,即可得到 N 型或 P 型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种
制备非晶硅薄膜的工艺,主要取决于严格控制气压、流速和射频功率,对衬底的
温度也很重要。
非晶硅太阳电池的结构有各种不同,其中有一种较好的结构叫 PiN 电池,它是在
衬底上先沉积一层掺磷的 N 型非晶硅,再沉积一层未掺杂的 i 层,然后再沉积一
层掺硼的 P 型非晶硅,最后用电子束蒸发一层减反射膜,并蒸镀银电极。此种制
作工艺,可以采用一连串沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批量生产。
同时,非晶硅太阳电池很薄,可以制成叠层式,或采用集成电路的方法制造,在
一个平面上,用适当的掩模工艺,一次制作多个串联电池,以获得较高的电压。
因为普通晶体硅太阳电池单个只有 0.5 伏左右的电压,现在日本生产的非晶硅串
联太阳电池可达 2.4 伏。目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低,
国际先进水平为 10%左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象,所以尚未
大量用于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子
钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后,非晶硅太阳电池将促进太阳能
利用的大发展,因为它成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结
合构成住户的独立电源。
多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研
究的品种繁多,虽然大多数尚未工业化生产,但预示着光电转换的满园春色。现
在简要介绍几种:
(1)硫化镉太阳电池--早在 1954 年雷诺兹就发现了硫化镉具有光生伏打效应。


5
               业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
    泰安市德丰光电能源科技有限公司        内部培训资料 2008-07-14

1960 年采用真空蒸镀法制得硫化镉太阳电池,光电转换效率为 3.5%。到 1964
年美国制成的硫化镉太阳电池,光电转换效率提高到 4%~6%。后来欧洲掀起
了硫化镉太阳电池的研制高潮,把光电效率提高到 9%,但是仍无法与多晶硅太
阳电池竞争。不过人们始终没有放弃它,除了研究烧结型的块状硫化镉太阳电池
外,更着重研究簿膜型硫化镉太阳电池。它是用硫化亚铜为阻挡层,构成异质结,
按硫化镉材料的理论计算,其光电转换效率可达 16.4%。中国科学院长春应用化
学研究所于 80 年代初曾把薄膜硫化镉太阳电池的光电转换效率做到 7.6%。尽管
非晶硅薄膜电池在国际上有较大影响,但是至今有些国家仍指望发展硫化镉太阳
电池,因为它在制造工艺上比较简单,设备问题容易解决。
(2)砷化镓太阳电池--砷化镓是一种很理想的太阳电池材料,它与太阳光谱的
匹配较适合,且能耐高温,在 250℃的条件下,光电转换性能仍很良好,其最高
光电转换效率约 30%,特别适合做高温聚光太阳电池。已研究的砷化镓系列太
阳电池有单晶砷化镓、多晶砷化镓、镓铝砷--砷化镓异质结、金属--半导体砷化
镓、金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。砷化镓材料的制备类似硅半导体
材料的制备,有晶体生长法、直接拉制法、气相生长法、液相外延法等。由于镓
比较稀缺,砷有毒,制造成本高,此种太阳电池的发展受到影响。
(3)铜铟硒太阳电池--以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料制成的太阳
电池。它是一种多晶薄膜结构,一般采用真空镀膜、电沉积、电泳法或化学气相
沉积法等工艺来制备,材料消耗少,成本低,性能稳定,光电转换效率在 10%
以上。因此是一种可与非晶硅薄膜太阳电池相竞争的新型太阳电池。近来还发展
用铜铟硒薄膜加在非晶硅薄膜之上,组成叠层太阳电池的可能,借此提高太阳电
池的效率,并克服非晶硅光电效率的衰降。

晶体硅太阳能电池的制作过程:

硅是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从 19 世纪科学家们发现了晶体
硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思维。20 世纪末,我们的
生活中处处可见“硅”的身影和作用,晶体硅太阳能电池是近 15 年来形成产业化
最快的。生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过
程 d、制电池过程 e、封装过程。
太阳能电池的应用: 上世纪 60 年代,科学家们就已经将太阳电池应用于空间技
6
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司    内部培训资料 2008-07-14

术——通信卫星供电,上世纪末,在人类不断自我反省的过程中,对于光伏发电
这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切,不仅在空间应用,在众多领域中也
大显身手。如:太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光
伏水泵(饮水或灌溉)、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、
海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入
城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系
统的结合已经形成产业化趋势

太阳能电池(组件)生产工艺

组件线又叫封装线,封装是太阳能电池生产中的关键步骤,没有良好的封装工艺,
多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保
证,而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的
关键,所以组件板的封装质量非常重要。
流程:
1、电池检测——2、正面焊接—检验—3、背面串接—检验—4、敷设(玻璃清洗、
材料切割、玻璃预处理、敷设)——5、层压——6、去毛边(去边、清洗)——7、
装边框(涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶)——8、焊接接线盒——9、高
压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库
组件高效和高寿命如何保证:
1、高转换效率、高质量的电池片 ;
2、高质量的原材料,例如:高的交联度的 EVA、高粘结强度的封装剂(中性硅
酮树脂胶)、高透光率高强度的钢化玻璃等;
3、合理的封装工艺
4、员工严谨的工作作风;

由于太阳电池属于高科技产品,生产过程中一些细节问题,一些不起眼问题如应
该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌,
所以除了制定合理的制作工艺外,员工的认真和严谨是非常重要的。




7
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
    泰安市德丰光电能源科技有限公司       内部培训资料 2008-07-14

太阳电池组装工艺简介:

在这里只简单的介绍一下工艺的作用,给大家一个感性的认识.
1、 电池测试:由于电池片制作条件的随机性,生产出来的电池性能不尽相同,
所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起,所以应根据其性能参数进
行分类;电池测试即通过测试电池的输出参数(电流和电压)的大小对其进行分
类。以提高电池的利用率,做出质量合格的电池组件。
2、 正面焊接:是将汇流带焊接到电池正面(负极)的主栅线上,汇流带为镀锡
的铜带,我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的
热源为一个红外灯(利用红外线的热效应)。焊带的长度约为电池边长的 2 倍。
多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连
3、 背面串接:背面焊接是将 36 片电池串接在一起形成一个组件串,我们目前
采用的工艺是手动的,电池的定位主要靠一个膜具板,上面有 36 个放置电池片
的凹槽,槽的大小和电池的大小相对应,槽的位置已经设计好,不同规格的组件
使用不同的模板,操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极(负极)
焊接到“后面电池”的背面电极(正极)上,这样依次将 36 片串接在一起并在组
件串的正负极焊接出引线。
4、 层压敷设:背面串接好且经过检验合格后,将组件串、玻璃和切割好的 EVA 、
玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好,准备层压。玻璃事先涂一层试剂(primer)
以增加玻璃和 EVA 的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置,
调整好电池间的距离,为层压打好基础。(敷设层次:由下向上:玻璃、EVA、
电池、EVA、玻璃纤维、背板)。
5、 组件层压:将敷设好的电池放入层压机内,通过抽真空将组件内的空气抽出,
然后加热使 EVA 熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起;最后冷却取出组件。层
压工艺是组件生产的关键一步,层压温度层压时间根据 EVA 的性质决定。我们
使用快速固化 EVA 时,层压循环时间约为 25 分钟。固化温度为 150℃。
6、 修边:层压时 EVA 熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边,所以层压完
毕应将其切除。
7、 装框:类似与给玻璃装一个镜框;给玻璃组件装铝框,增加组件的强度,进
一步的密封电池组件,延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂

8
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司     内部培训资料 2008-07-14

填充。各边框间用角键连接。
8、 焊接接线盒:在组件背面引线处焊接一个盒子,以利于电池与其他设备或电
池间的连接。
9、 高压测试:高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压,测试组
件的耐压性和绝缘强度,以保证组件在恶劣的自然条件(雷击等)下不被损坏。
10、 组件测试:测试的目的是对电池的输出功率进行标定,测试其输出特性,
确定组件的质量等级。

(二) 几种常见的光源


无极灯

无极路灯的发光原理是:在输入一定范围的电压后,高频发生器产生的 2.65MHz
高频恒电压发给功率耦合器,由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁
场,对放电空间内的大气进行电离,并产生强紫外光,玻璃泡壳内壁的三基色荧
光粉受强紫外光的激励发光。
在电源设计上,由于采用 APFC 电源控制技术和采用 IC 技术,一方面使得电源
的功率因数高达 0.95 以上;另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。
所以,输入的电源电压在一定范围内波动时,其发光亮度不变。又由其点灯频率
高达 2.65MHz,长期以来,普通荧光灯的频闪问题被彻底解决,在此灯光下工作
和学习,人眼再不疲劳感觉!因此,防爆无极灯是典型的环保、节能、健康型、
具有无限应用前景的新一代高科技照明光源产品。

绿色无极灯以其高光效(系列光效≥63Lm/w)、高显色性(≥80)、长寿命(≥5 万
小时)、无频闪(工作频率 2.65MHz)、真环保(不含液态汞),可立即启动和再
启动,不怕震动,可在任意方向安装等优势成为绿色照明新秀。在电气设计上,
                        ,在电源电压大范围变动下能恒压
它采用了有源功率因数补偿(APFC,n≥0.98)
供电,输出稳定的光通量。输入端的净化电路和防辐射处理使电磁干扰 EMC 完
全符合国家检测标准。由于其启动电压、电流和正常工作电压电流基本一样,因
此特别适合用于太阳能路灯系统,是专门为太阳能系统开发的新型光源。由于灯
泡体内无灯丝,因此具有超常使用寿命,长达 100000 小时。此外,由于灯泡的
发光涂层为三基色粉,发光柔和,眩光大大降低。

 9
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
       泰安市德丰光电能源科技有限公司               内部培训资料 2008-07-14

  使用寿命和照明相同的情况下,高频等离子无极灯比其他灯(还不包括其他
方面)可以直接节省电费使用成本: 比白炽灯低 72%--73% 比节能灯低
20%--30% 比荧光灯低 11%--28% 比高压汞低 59%…… 高频无极放电灯不需或
较少维护,具有高可靠性.使用寿命高达 80,000 小时与其他灯相比较: 是白
炽灯的 60 倍; 是节能灯的 12 倍; 是荧光灯的 12 倍; 是高压汞灯的 20 倍 高
频无极放电灯的超长寿命从而大大减少了维修烦恼和更换次数,节省了材料成本
和人工费用,并能确保长期正常使用。

高频无极灯以其高光效(系列光效≥63Lm/w)、高显色性(≥80)、长寿命(≥5 万
小时)、无频闪(工作频率 2.65MHz)、真环保(不含液态汞),可立即启动和再
启动,不怕震动,可在任意方向安装等优势成为绿色照明新秀。在电气设计上,
它采用了有源功率因数补偿(APFC,n≥0.98),在电源电压大范围变动
(160W~265W)下能恒压供电,输出稳定的光通量。输入端的净化电路和防辐
射处理使电磁干扰 EMC 完全符合国家检测标准。此外,由于灯泡的发光涂层为
三基色粉,发光柔和,眩光大大降低。

                  高频无极放电灯型号对照表
               型号命名                          备注
 名称      功率 W    灯泡型号       色温 K    外径 mm   形状简称    灯泡高度
  WJ       50         T              85      小拍      155mm
                  PA        2700K    110     小梨      188mm
                      P              130     大梨      220mm
  WJ      85                5000K
                      B              120     橄榄      248mm
                            6500K
                  BT                 120    汞灯型      230mm
                             红
                  PA                 130     大梨      220mm
                             绿
  WJ      135
                             兰
                      B              120     橄榄      248mm
                             黄
  WJ      165     PA                 130     大梨      220mm


实例:WJ50T2700K,表示无极灯、50W、T 型灯泡、色温 2700K



 10
                          业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司          内部培训资料 2008-07-14

LED 发光二极管


LED 光源在照明领域的应用,是半导体发光材料技术高速发展及“绿色照明”概念

逐步深入人心的产物。“绿色照明”是国外照明领域在上世纪 80 年代未提出的新

概念,我国“绿色照明工程”的实施始于 1996 年。实现这一计划的重要步骤就是

要发展和推广高效、节能照明器具,节约照明用电,减少环境及光污染,建立一

个优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的照明系统


一、 LED 照明概念 LED(Light Emitting Diode),又称发光二极管,它们利用

固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复

                     (一) LED 的发展历史 应用
合,放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。

半导体 P·N 结发光源原理制成 LED 问世于 20 世纪 60 年代初,1964 年首先出现

红色发光二极管,之后出现黄色 LED。直到 1994 年,蓝色、绿色 LED 才研制

成功。1996 年由日本 Nichia 公司(日亚)成功开发出白色 LED。 LED 以其固

有的特点,如省电、寿命长、耐震动、响应速度快、冷光源等特点,广泛应用于

指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域,在我们的日常生活中处处可见,家

用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、

价格昂贵等条件的限制,无法作为通用光源推广应用。近年来,随着人们对半导

体发光材料研究的不断深入,LED 制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体

和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度 LED 取得了突破性进展,其发

光效率提高了近 1000 倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重

                  使
要的是超高亮度白光 LED 的出现, LED 应用领域跨越至高效率照明光源市场

成为可能。曾经有人指出,高亮度 LED 将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后,最

伟大的发明之一。(二) LED 发光原理 发光二极管主要由 PN 结芯片、电极和

光学系统组成。其发光体—晶片的面积为 10.12 mil ( 1 mil = 0.0254 平方毫
 11
                   业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司         内部培训资料 2008-07-14


米),目前国际上出现大晶片 LED,晶片面积达 40 mil。其发光过程包括三部分:

正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁

净的环氧树脂物中,当电子经过该晶片时,带负电的电子移动到带正电的空穴区

域并与之复合,电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)

越大,产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应,可见光的

频谱范围内,蓝色光、紫色光携带的能量最多,桔色光、红色光携带的能量最少。

由于不同的材料具有不同的带隙,从而能够发出不同颜色的光。 LED 照明光源

的主流将是高亮度的白光 LED。目前,已商品化的白光 LED 多是二波长,即以

蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三波长白光

LED,即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光,它将取代

                         (三) LED 光源的基本特
荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及 LED 背光源等市场。

征

     1、发光效率高 LED 经过几十年的技术改良,其发光效率有了较大的提升。

白炽灯、卤钨灯光效为 12-24 流明/瓦,荧光灯 50~70 流明/瓦,钠灯 90~140

流明/瓦,大部分的耗电变成热量损耗。LED 光效经改良后将达到达 50~200 流

明/瓦,而且其光的单色性好、光谱窄,无需过滤可直接发出有色可见光。目前,

世界各国均加紧提高 LED 光效方面的研究,在不远的将来其发光效率将有更大

的提高。

     2、 耗电量少 LED 单管功率 0.03~0.06 瓦,采用直流驱动,单管驱动电

压 1.5~3.5 伏,电流 15~18 毫安,反应速度快,可在高频操作。同样照明效果的

情况下,耗电量是白炽灯泡的万分之一,荧光灯管的二分之一、日本估计,如采

用光效比荧光灯还要高两倍的 LED 替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节

约相当于 60 亿升原油。就桥梁护栏灯例,同样效果的一支日光灯 40 多瓦,而采


12
                   业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司      内部培训资料 2008-07-14


用 LED 每支的功率只有 8 瓦,而且可以七彩变化。

     3、使用寿命长 采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等

缺点。而采用 LED 灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击

和震动,不易破碎。平均寿命达 10 万小时。LED 灯具使用寿命可达 5~10 年,

可以大大降低灯具的维护费用,避免经常换灯之苦。

     4、安全可靠性强发热量低,无热辐射性,冷光源,可以安全抵摸:能精确

控制光型及发光角度,光色柔和,无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物

质。内置微处理系统可以控制发光强度,调整发光方式,实现光与艺术结合。

     5、有利于环保 LED 为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,废弃物可

回收,没有污染。光源体积小,可以随意组合,易开发成轻便薄短小型照明产品,

也便于安装和维护。当然,节能是我们考虑使用 LED 光源的最主要原因,也许

LED 光源要比传统光源昂贵,但是用一年时间的节能收回光源的投资,从而获

得 4~9 年中每年几倍的节能净收益期。二、LED 照明光源技术的应用前景及趋

势 长期以来,由于 LED 光效低的原因,其应用主要集中在各种显示领域。随着

超高亮度 LED(特别是白光 LED)的出现,在照明领域的应用成为可能。据国

际权威机构预测,二十一世纪将进入以 LED 为代表的新型照明光源时代,被称

       (一)前景及发展趋势 目前,照明消耗约占整个电力消耗的 2
为第四代新光源。

0%,大大降低照明用电是节省能源的重要途径,为实现这一目标,业界已研究

开发出许多种节能照明器具,并达到了一定的成效。但是,距离“绿色照明”的要

求还远远不够,开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。L

ED 以其固有的优越性正吸引着世界的目光。美国、日本等国家和台湾地区对 L

ED 照明效益进行了预测,美国 55%的白炽灯及 55%的日光灯被 LED 取代,每

年节省 350 亿美元电费,每年减少 7.55 亿吨二氧化碳排放量。日本 100%的白炽


13
                 业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司       内部培训资料 2008-07-14


灯换成 LED,可减少 1~2 座核电厂发电量,每年节省 10 亿公升以上的原油消

耗。台湾地区 25%的白炽灯及 100%的日光灯被白光 LED 取代,每年节省 110

                          ,
亿度电。日本早在 1998 年就编制“21 世纪计划” 针对新世纪照明用 LED 光源进

行实用性研究。近年来,日本日亚化工、丰田合成、SONY、佳友电工等都已有

LED 照明产品问世。世界著名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE 等也投入大量

的人力物力进行 LED 照明产品的研究开发和生产。美国 GE 公司和 EMCORE 公

司合作成立新公司,专门开发白光 LED,以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨

灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司合作开发 LED 照明系统。台湾目前

                    从
的 LED 产量仅次于日本列在美国之前, 1998 年开始投入 6 亿台币进行相关开

发工作。 LED 发展历史已经几十年,但在照明领域的应用还是新技术。随着 L

ED 技术的迅猛发展,其发光效率的逐步提高,LED 的应用市场将更加广泛,特

别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,LED 在照明市场的前景更备受全

球瞩目,被业界认为在未来 10 年成为最被看好的市场以及最大的市场,也将是

取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。(二)照明应用中存在的主要技

术问题 近年来,LED 的发光效率正在逐步提高,商品化的器件已达到白炽灯的

水平,景观灯采用的白色 LED 发光效率接近荧光灯的水平,并在稳步增长中。

但是,在照明普及应用方面仍存在一些技术性问题:一是光通量有待进一步提高。

采用 LED 作为照明光源,必须可以发出更多的光,必须具有更高的能量效率。

二是 LED 发出的光与自然光仍有一定的差距。白炽灯具有非常强的黄色光的成

分,给人一种温暖的感觉。而白光 LED 发出的白光带有蓝色光的成分,在这种

光的照明下,人们的视觉不很自然。三是价格较高。这是影响 LED 照明普及的

主要原因。但是,近年来出于晶片技术的改良,制造成本正在急剧下降,近三年

来 LED 的价格下降了近 50%,其正朝着高效率、低成本的方向发展,这为 LED


14
                 业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司    内部培训资料 2008-07-14


在照明领域的应用提供了有利条件。此外,较好的性价比也可以弥补成本价格方

面的不足。三、LED 照明技术在灯光环境中的应用 由于 LED 光源具有发光效

率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强,有利于环保等特性,近几年来在

城市灯光环境中得到了广泛的应用。目前已应用于数码幻彩、护栏照明、广场照

明、庭院照明、投光照明、水下照明系列。许多城市利用 LED 光源照明技术应

用于城市灯光环境建设中,产生了良好的效果,积累了丰富的经验。如广州电力

大厦、广州鹤洞大桥、广州工商行大厦、珠海迎宾南路灯光工程、东莞中心城区

灯光工程、郑州河南医科大立交桥、上海延安路灯光工程、湖南常德市丹阳天桥、

南通市通讯塔灯光工程等。

     随着全国城市化的进一步发展,灯光环境(包括路灯、景观灯、艺术灯等)

建设领域将不断扩大,LED 光源的应用也将不断发展。LED 作为第四代新光源,

在城市景观灯建设领域中已得到了有效的应用,但要在路灯建设和维护中取代大

功率的高压钠灯、高压汞灯、金卤灯等光源,还需进一步的研究和探讨,认真解

决 LED 光源在照明应用中存在的技术问题,还需 LED 光源生产厂家结合路灯行

业的实际情况,生产符合路灯建设和维修所需的新产品,使第四代新光源在城市

照明建设中发挥更大的作用。


太阳能路灯专用高压钠灯
直流 24V(12V)输入到电子镇流器,输出低频(或高频)供给灯泡,高压脉冲
启动灯
由于是电子镇流器点灯,对灯泡的寿命大有益处,可提高灯泡寿命 30﹪以上(前
提是电子镇流器 必须有可靠的设计和质量),如配用我公司的电子镇流器,对灯
泡和电器都将有益处。
双电弧管高压钠灯的优点:
1.使用寿命特别长,是单管的两倍。
2.两管交替使用,重新启动后自动更换另一根灯管工作。
15
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司          内部培训资料 2008-07-14

3.遇到突发情况后,立刻就可以重新启动。
4.有一只电弧管坏仍能保亮。
5.适用于对光源使用寿命要求较高及不易更换维修的场所。


太阳能路灯专用低压钠灯
低压钠灯相比常用光源,同样的光通 量及照度,节电可达 50%以上 。由于低压
钠灯的发光管密封在高真空并涂有红外线反射膜的玻璃壳中,它的发光效率基本
不受部环境温度的影响,其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光,该波长光线透雾性
强,再配上远东优质电子镇流器,使低压钠灯更易于使用在各种电源条件下,尤
其适合太阳能路灯、隧道照明及高原高寒等特殊环境地区使用。
低压钠灯发出 589.0 和 589.6nm 的单色黄光,其光效最高可达 200lm/w,就 35W
而言,总光通量为 4600lm,光效为 137lm/w,在低功率电光源产品中光效最高。
寿命为 18000 小时。


太阳能路灯专用金卤灯
金卤灯的最大优点是发光效率特别高,光效高达 80~90Lm/W,正常发光时发热
少。由于金卤灯的光谱是在连续光谱的基础上迭加了密集的线状光谱,故显色指
数特别高,即彩色还原性特别好,可达 90%。另外,金卤灯的色温高,可达 5000~
6000K,专用投影机灯可达 7000~8000K(在同等亮度条件下,色温越高,人眼
感觉越亮)。
金卤灯因亮度高、体积小,故相对寿命较短。我公司长期致力于金卤灯的研究,
致力于做高品质的精品灯,通过严格选材、严格控制生产工艺和采用最先进的设
备及最先进的工艺来保证灯的质量,目前我公司生产的金卤灯寿命已经远远超出
了同类产品,寿命可达 2000h 到 18000h 。
金卤灯的缺点是启动困难,小功率金卤灯启动困难表现的更为特出。金卤灯启动
后亮度系逐渐增加,如果启动能量过大,启动速度过快,会影响灯泡寿命,所以
在电路设计时应充分考虑。我公司生产的直流金卤灯电子镇流器充分考虑了金卤
灯的这些特性,能确保灯的无害启动和保持优异的工作状态,与我公司生产的灯
泡能完美地匹配。



 16
                   业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司                内部培训资料 2008-07-14

太阳能路灯专用节能灯
特点: 电流小,可大大延长蓄电池的放电时间
光效:40LM/W、
色温:2700K 4000K 64000K 颜色:白、红,绿,兰等
寿命:6000H
额定电压: DC12V 、DC24V
电压范围:DC10.8V--DC14.4V 、DC22V-DC28V
规格:3W、5W、7W、9W、11W、13W、15W、18W、
20W、24W、26W、30W、 40W、 45W、65W、


(三) 控制器和逆变器


控制器

充放电控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统设计,并使用了专
用电脑芯片的智能化控制器。采用一键式轻触开关,完成所有操作及设置。具有
短路、过载、独特的防反接保护,充满、过放自动关断、恢复等全功能保护措施,
详细的充电指示、蓄电池状态、负载及各种故障指示。本控制器通过电脑芯片对
蓄电池的端电压、放电电流、环境温度等涉及蓄电池容量的参数进行采样,通过
专用控制模型计算,实现符合蓄电池特性的放电率、温度补偿修正的高效、高准
确率控制,并采了用高效 PWM 蓄电池的充电模式,保证蓄电池工作在最佳的状
态,大大延长蓄电池的使用寿命。具有多种工作模式、输出模式选择,满足用户
各种需要。
主要特点:
1、使用了单片机和专用软件,实现了智能控制;
2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线
修正的控制点,消除了单纯的电压控制过放的不准确性,符合蓄电池固有的特性,
即不同的放电率具有不同的终了电压。
3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;
以上保护均不损坏任何部件,不烧保险;
4、采用了串联式 PWM 充电主电路,使充电回路的电压损失较使用二极管的充

 17
                     业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司      内部培训资料 2008-07-14

电电路降低近一半,充电效率较非 PWM 高 3%-6%,增加了用电时间;过放恢
复的提升充电,正常的直充,浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命;同时
具有高精度温度补偿;
5、直观的 LED 发光管指示当前电瓶状态,让用户了解使用状况;
6、所有控制全部采用工业级芯片(仅对带 I 工业级控制器),能在寒冷、高温、
潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制,定时控制精确。
7、取消了电位器调整控制设定点,而利用了 Flash 存储器记录各工作控制点,
使设置数字化,消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、
可靠性的因素。

逆变器


描述逆变器性能的参量和技术条件很多,这里仅就评价逆变器时常用的技术参数
做一扼要说明。
a.使用环境条件 逆变器正常使用条件:海拔高度不超过 1000m,空气温度 0~
+40℃。


b.直流输入电源条件输入直流电压波动范围:蓄电池组额定电压值的±15%。


c.额定输出电压在规定的输入电源条件下,输出额定电流时,逆变器应输出的
额定电压值。电压波动范围:单相 220V±5%,三相 380±5%。


d.额定输出电流在规定的输出频率和负载功率因数下,逆变器应输出的额定电
流值。


e.额定输出频率在规定的条件下,固定频率逆变器的额定输出频率为 50Hz:


频率波动范围:50Hz±2%。


f.最大谐波含量正弦波逆变器,在阻性负载下,输出电压的最大谐波含量应
≤10%。




 18
                  业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司     内部培训资料 2008-07-14

g.过载能力在规定的条件下,在较短时间内,逆变器输出超过额定电流值的能
力。逆变器的过载能力应在规定的负载功率因数下,满足一定的要求。


h.效率在额定输出电压、输出,乜流和规定的负载功率因数下,逆变器输出有
功功率与输入有功功率(或直流功率)之比。


i.负载功率因数逆变器负载功率因数的允许变化范围,推荐值 0.7—1.0。


j.负载的非对称性在 10%的非对称负载下,固定频率的三相逆变器输出电压的
非对称性应≤10%。


k.输出电压的不对称度在正常工作条件下,各相负载对称,输出电压的不对称
度应≤5%。


l.起动特性在正常工作条件下,逆变器在满载负载和空载运行条件下,应能连
续 5 次正常起动。


m.保护功能逆变器应设置:短路保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护
及缺相保护。


n.干扰与抗干扰逆变器应在规定的正常工作条件下,能承受一般环境下的电磁
干扰。逆变器的抗干扰性能和电磁兼容性应符合有关标准的规定。


o.噪声不经常操作、监视和维护的逆变器,应≤95db;


经常操作、监视和维护的逆变器,应≤80db。


p.显示 逆变器应设有交流输出电压、输出电流和输出频率等参数的数据显示,
并有输入带电、通电和故障状态的信号显示。


确定逆变器技术条件:
在光伏/风力互补系统选用逆变器时,首要的是确定逆变器如下几个最主要的技
术参数:



19
               业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司         内部培训资料 2008-07-14

  输入直流电压范围,如 DC24V、48V、110V、220V 等;


  额定输出电压,如三相 380V,还是单相 220V;


 输出电压波形,如正弦波、梯形波或方波。

(四) 蓄电池

什么是蓄电池
将电能转化为化学能储存起来,必要时又将化学能转化为电能释放出去的装置称
为蓄电池。以金属铅和硫酸为主要材料的蓄电池称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池按
其用途可分为:起动用、蓄电池车用、铁路客车用、摩托车用、航标灯用蓄电池
等。目前广泛使用的后备电池主要是免维护的全密封铅酸蓄电池,电池密封,无
须加水维护。太阳能灯具配备的就是全密封免维护铅酸蓄电池。
蓄电池的选用
(1)蓄电池的选用原则
A:按需选择的原则 根据自己的需要,计算出需要的电池容量与数量。
B:安全的选择原则 出于安全的原则,应该选择有一定品牌的蓄电池厂家,选择有
技术力量以及服务好的经销代理商。
C:性价比选择的原则 根据产品的质量,有的蓄电池寿命只有 2 年,有的蓄电池寿
命长达 10 年,进行比较选择最适合用户的蓄电池。
(2)蓄电池的容量计算
蓄电池的容量必须是以所定的电压、所定的时间可向负载提供的容量。
具有深放电功能的蓄电池,其电量的计量单位一般为安培小时(Ah),它表明在
单位时间(通常为 20 小时)能够提供的电流值――(20 小时)率容量。
如何根据使用的灯具来确定蓄电池的容量,简单的方法就是将其的功率乘以蓄电
池每次充电间隔之间的使用时间。得出结果的单位为瓦时,将瓦时除以其额定电
压,就可以将瓦时转换为安时。按这种情况选择,蓄电池就将电放尽,而一般蓄
电池放电的理想状态为 50%,应将其予以考虑来选择蓄电池。 蓄电池的电量(安
时)越大,供电能力就越强,蓄电池过度放电的可能性就越小。
3.蓄电池的使用和维护
电池密封,一方面带来很多好处,但同时也给观测和维护带来困难。"免维护"
 20
                  业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司       内部培训资料 2008-07-14

这一名词给使用者带来认识上的误区,导致使用者放松对蓄电池的日常维护和管
理。因此,正确使用和维护蓄电池是十分重要的。
(1)如果条件允许,使其工作在正常的温度中(15~20℃)
(2)两块蓄电池联接的方法为:将蓄电池的正极与正极、负极与负极联接。这
样蓄电池的电量就会增加一倍,而电压与一块蓄电池的电压一样。蓄电池两极柱
切不可短路(碰头)。
(3)对于新安装的蓄电池或大修后的第一次充电,一般都要进行一次较长时间
的充电,为初充电,应按额定容量 1/10 的电流来进行充电。安装前必须测量蓄
电池是否充足,如电力不足,请在阳光充足的地方对蓄电池进行 8―16 小时以上
充电或者用交流电先把电池充足,应严格避免过放充电。用交流电正常充电时,
最好采用分级充电方式,即在充电初期用较大电流的恒流均充,充到均充电压并
恒压一定时间后改用常规的恒压浮充方式。
(4)保持蓄电池本身的清洁。安装好的蓄电池极柱应涂上凡士林,防止腐蚀极
柱。
(5)为蓄电池配置在线监测管理技术,对蓄电池进行内阻在线测量与分析,及
时发现蓄电池的缺陷,及时进行维护。
(6)在冬季应预防蓄电池冻裂,夏季应将蓄电池放于通风阴冷处,避免阳光直
晒。
4.影响蓄电池使用寿命的主要影响因素
影响蓄电池(主要指免维护的铅酸蓄电池)使用寿命的因素主要有以下几个方面:
 (1)环境温度:
 过高的环境温度是影响蓄电池使用寿命的典型因素,一般蓄电池生产厂家要
求的环境温度是在 15~20℃,随着温度的升高,蓄电池的放电能力也有所提高,
但环境温度一旦超过 25℃,只要温度每升高 10℃,蓄电池的使用寿命就会减少
一半。例如蓄电池的使用寿命是 6 年,环境温度为 35℃,那么其寿命就只有 3
年了,如果温度再升高 10℃达到 45℃,其寿命就只有 1.5 年了。
 (2)过度放电:
 蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。蓄电池的寿命取
决于其放电深度,放电深度越大,使用寿命就越短。当蓄电池被过度放电到输出


21
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司     内部培训资料 2008-07-14

电压为零时,会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面,形成电
池阴极的"硫酸盐化"。由于硫酸铅本身是一种绝缘体,它的形成必将对电池的充、
放电性能产生不好的影响。因此,在阴极板上形成的硫酸盐越多,电池的内阻越
大,电池的充、放电性能就越差,其使用寿命就越短。不能完全放电,避免过度
放电,最好放电的幅度在 30%~50%之间。
 (3)板栅的腐蚀与增长:
 板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。如果电池使用不当,长期处于
过充电状态,那么电池的栅板就会变薄,容量降低,会缩短使用寿命。
 (4)浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响:
 目前,蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下,只充电,不放电,这种工
作状态极不合理。大量运行统计资料表明,这样会造成蓄电池的阳极极板钝化,
使蓄电池内阻急剧增大,使蓄电池的实际容量(A.h)远远低于其标准容量,从而
导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短,减少其使用寿命。
 (5)失水:
 蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一,蓄电池失水会导致电解液比重
增加,电池栅板的腐蚀,使蓄电池的活性物质减少,从而使蓄电池的容量降低而
导致其使用寿命减少。
 (6)初充电是否良好,将严重地影响蓄电池的寿命。必须处于满负荷充电状
态,不充分充电将会降低电池的寿命。
 (7)将不同生产厂商或不同安时的蓄电池联接在一起的做法是不可取的。因
为这样会减少蓄电池的使用寿命。
5.蓄电池的充电方式:
 (1)半定电流充电方式(简单方式)
 此种方式,操作简便,广泛适用于循环使用之电池。充电器由变压器、二极
体、电阻组成的,这些元件中产生的阻抗来确保充电电流不过充电。因为它结构
简单,所以制造成本较低。以这种方式,在充电过程中,电池电压上升则充电电
流会下降。在此有一个问题,当电池在充电最后阶段仍以较大电流充电会造成过
充现象,注意避免超出充电时间规定。
 (2)定电流充电方式


22
                业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司      内部培训资料 2008-07-14

 此方式,充电时间和充电量很容易计算,但需要一个昂贵的电路来进行精确
计算定电流,因此,此方式并不常用。
 (3)定电压充电方式(定电流、定电压充电方式)
 此方式是以定电压来提供电池一定电压的方式。此方式利用与电池不同的电
压来对电池充电。充电电流最初很大,逐渐减小至它充电结束。它需要根据蓄电
池充电和温度特性来设置充电电压。电压不准确将导致过充电或充电不饱和。大
容量充电单位,刚开始会有大电流,这将导致成本的增高。限制初始电流的定电
流定电压充电方式广泛应用于循环和浮充使用的蓄电池。

蓄电池的容量由下列因素决定:

     1.蓄电池单独工作天数。在特殊气候条件下,蓄电池允许放电达到蓄电池所
剩容量占正常额定容量的 20%。

     2.蓄电池每天放电量。对于日负载稳定且要求不高的场合,日放电周期深度
可限制在蓄电池所剩容量占额定容量的 80%。

     3.蓄电池要有足够的容量,以保证不会因过充电所造成的失水。一般在选蓄
电池容量时,只要蓄电池容量大于太阳能发电板峰值电流的 25 倍,则蓄电池在
充电时就不会造成失水。

     4.蓄电池自身漏掉的电能。随着电池使用时间的增长及电池温度的升高,自
放电率会增加。对于新的电池自放电率通常小于容量的 5%,但对于旧的质量不
好的电池,自放电率可增至每月 10%~15%。

  在水情遥测系统中,连续阴雨天的长短决定了蓄电池的容量,由遥测设备在
连续阴雨天中所消耗能量 安时数 加上 20%因子,再加上 10%电池自放电能
安时数,便可计算出蓄电池的容量源。

三、    光伏历史和前景展望


 能源是人类社会赖以生存的物质基础,是经济和社会发展的重要资源。长期以
 来,化石能源的大规模开发利用,不但迅速消耗着地球亿万年积存下的宝贵资
 源,同时也带来了气候变化、生态破坏等严重的环境问题,直接威胁着人类的
 可持续发展。随着科学技术的进步,人类对可再生能源尤其是风能、太阳能、

23
                  业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司       内部培训资料 2008-07-14

水能等新型可再生能源的认识不断深化。太阳能作为取之不尽的可再生能源,
其开发利用日益受到世界各国尤其是发达国家的高度重视,太阳能光伏产业的
规模持续扩大,技术水平进一步提高,成为世界能源领域的一大亮点,呈现出
良好的发展前景。
一、国外太阳能光伏产业基本情况

     日本、德国和美国是推动光伏发电系统最有力的国家。资料显示,欧盟希
望在 2010 年安装 3GW 的光伏发电装置,2030 年增加到 200GW 左右。美国预
计 2020 年光伏发电累计安装量达到 36GW。日本计划到 2010 年安装近 5GW。
     日本 1994 年实施“朝日七年计划”,目前已安装了近 7 万个太阳能屋顶,预
计到 2010 年要安装 100 万个太阳能屋顶。德国 2000 年通过可再生能源法,以
固定优惠收购电价鼓励可再生能源,并于 2004 年 4 月进一步补充修订可再生
能源法,使得德国 2004 年光伏发电系统设备大幅增加,并一举超过日本成为
全球最大光伏发电系统装设地区。根据 Solarbuzz 提供的数据,2004 年,德国
光伏发电系统装设容量为 361MW,同比增长 152%,已占全球总量的 39%;
日本以 278MW 的装设容量占全球 30%。德日两国装设容量占了全球 2/3 以上。
目前我国电池产品也主要出口到上述两国。美国于 1997 年宣布百万屋顶计划,
计划到 2010 年在 100 万座屋顶上安装光伏发电和光热系统。
     过去十年,随着世界光伏市场需求量大幅增加,加上大规模制造技术的不
断提升,推动了世界光伏产业的快速发展,光伏电池产量从 1995 年的 78.6MW,
提高到 2005 年的 1727MW,年均增幅达到 32.4%。可以预见,未来 15 年世界
光伏生产规模将保持年均 20%以上的增长,甚至有更为乐观地估计,到 2010
年,全球太阳能产量将增长 4 倍,销售收入增长 3 倍,利润增长 3 倍。
     世界光伏电池制造主要集中在日本、德国、美国、西班牙等发达国家,其
中日本 2005 年光伏电池产量达到 833MW,占据了世界光伏市场份额的近半壁
江山,中国大陆进入了世界光伏制造十大国之一,2005 年光伏电池产量为
128MW,列世界第四位,占世界市场分额 7.4%。




24
                  业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司                       内部培训资料 2008-07-14

2005 年世界主要太阳能电池制造商产量产能和市场份额一览表
                             国别/地                          产量排
公司名称           产品类型          区      产量(MW) 产能(MW) 市场份额 名
               单/多晶硅非
Sharp(夏普)晶硅                  日本     428   600     24.78%   1
Q-Cells        单/多晶硅         德国     160   300     9.26%    2
Kyocera(京
瓷)             多晶硅           日本     142   240     8.22%    3
               a-Si/sc-Si*
Sanyo(三洋)非晶硅                 日本     125   158     7.24%    4
         (
Mitsubishi 三
菱电子)           多晶硅           日本     100   135     5.79%    5
               多晶硅
               EFG 带硅
Schott Solar   非晶硅           德国     95    113     5.50%    6
               单/多晶硅
BP Solar       非晶硅           美国     90    157     5.21%    7
                             中国无
尚德太阳能          单/多晶硅         锡      85    120     4.92%    8
                             中国台
     (
Motech 茂迪)单/多晶硅              湾      60    100     3.47%    9
               单/多晶
               硅    CIS 薄
Shell Solar    膜             德国     59    110     3.42%    10
Isofoton       单晶硅           西班牙 53       90      3.07%    11
Deutsche Cell 多晶硅            德国     38    40      2.20%    12
Photowatt      多晶硅           法国     24    30      1.39%    13
United Solar
Ovonic         非晶硅           美国     22    30      1.27%    14


25
                                 业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
         泰安市德丰光电能源科技有限公司                 内部培训资料 2008-07-14

 Kaneka
 Solartech     非晶硅         日本    21     23      1.22%   15
 SunPower      单晶硅         美国    20     50      1.16%   16
 Ersol Solar
 Energy        多晶硅         德国    20     25      1.16%   17
 E-Ton Solar               中国台
 (益通)          单/多晶硅       湾     20     28      1.16%   18
 First Solar   CdTe        美国    20     25      1.16%   19
 GE Energy(原
 Astropower)   单晶硅         美国    18     25      1.04%   20
 Sunways       多晶硅         德国    16     42      0.93%   21
 Evergreen     带硅(String
 Solar         Ribbon)     美国    14     15      0.81%   22
 MHI(三菱重
 工)            非晶硅         日本    12     12      0.69%   23
 宁波太阳能         单晶硅         中国    12     16      0.69%   24
 天达光伏          CdTe 薄膜 德国        10     30      0.58    35
 世界总计                            1727   -       100%

二、我国太阳能光伏产业和应用情况


 (一)光伏产业情况
 1、硅材料和硅片
 目前太阳能电池厂家广泛采用的原料是多晶硅,多晶硅同时还是半导体的原
 料。多晶硅由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来,太阳能级硅纯度要达到
 99.9999%,即 6 个 9,而半导体用硅要求硅纯度达到 99.9999999999%,即 12
 个 9。
 光伏产业的持续快速增长,使得主要依赖半导体工业用硅的头尾料、废料和剩
 余产能已经不能满足光伏市场的需求,光伏和半导体产业对硅料的竞争需求直
 接造成目前硅料的供应紧张和价格上涨,2003 年每公斤 24 美元,2004 年涨到
 32 美元,目前市场价格正逼进 100 美元。尽管目前各主要硅料制造商都在扩
26
                               业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司                        内部培训资料 2008-07-14

充产能,而且新增产能基本都用于满足光伏产业的需要,根据市场需求和主要
硅料供应商未来供应能力方面的数据分析,到 2008 年硅料供应紧张的状况有
所缓解。
世界多晶硅原料光伏供应与需求关系
供应紧张的后果不仅是价格疯涨,部分电池企业根本就无法获得硅料,我国电
池企业所用硅料 90%以上靠进口,不少电池企业由于没有充足硅料,电池生
产能力被放空,甚至处于“等米下锅”的境地。
迄今为止,生产高纯度多晶硅提炼技术还掌握在发达国家的少数企业手中。下
表给出了包括 SGS、Hemlock、Wacker、Tokuyama、AsiMI 等在内的 8 家世界
主要高纯多晶硅原料制造商产量及其光伏供应量数据。
世界晶硅原料制造商产量及其光伏供应量一览表
                           2004 年              2005 年预测
                           总产量      光伏供应                光伏供应量
制造商名称               国别     (吨)      量(吨)       总产量(吨)(吨)
SGS(与 AsiMI 合资) 美国         2100     2100       2300     2300
Hemlock             美国     7000     2700       7400     2700
Wacker              德国     5000     2400       5000     2400
Tokuyama(德山)        日本     5200     2000       5200     2000
ASiMI               美国     2200     0          3000     200
MEMC                意大利    2500     0          3700     700
住友 Sitix Sumitomo
Titanium            日本     700      0          700      0
三菱*                 日本     2800     300        2800     300
其它                         500      0          2000     1000
合计                         28000    9500       32100    11600
其它光伏用硅原料供应商(含半导体工业
的边角料,废料以及库存用量等)                     4000                4000
光伏应用合计                              13500               15600
*三菱产量为三菱材料和三菱多晶两家总产量


27
                          业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司                 内部培训资料 2008-07-14

国外硅料生产商意识到这是一轮大牛市,纷纷行动起来,积极扩大产能。例如,
全球最大硅料供应商 Hemlock 于今年 11 月中旬宣布,计划在美国投资 4-5
亿美元扩充产能,将现有产能扩充 50%。全球第三大硅料生产商 Wacker 也有
宏伟扩产计划,2007 年将其产能从目前的 5000 吨扩充到 9000 吨。
由于当前国际硅料供应的紧张,给迅速升温的国内光伏产业带来了不利的影
响。然而,投资硅料比投资太阳能电池生产将面临更高的资金、技术及人才的
门槛,但最重要的门槛还不是资本,而是技术。目前国内掌握硅料生产技术的
主要有新光硅业、洛阳半导体厂。洛阳半导体厂以及作为新光硅业科研生产基
地的峨嵋半导体厂的项目此前都已建设多年,但由于受技术水平较低、资金不
足、规模小等限制,根本无法与国际巨头竞争。为了尽快摆脱受制于国外硅材
料的被动局面,国内有条件的企业也在加快提高多晶硅产量。新光硅业引进俄
罗斯技术,投资 12 亿元建设 1200 吨多晶硅项目。洛阳中硅以峨嵋半导体材料
厂的技术班底为依托,300 吨多晶硅项目已投产并在建设二期工程。以生产电
池和组件为主的天威公司,也在加快向产业上游扩张,2005 年收购了四川峨
嵋半导体材料厂,成为其第二大股东。
太阳能电池用硅锭/硅片生产主要包括单晶硅棒拉制和多晶硅铸锭制造以及切
片。2003 年前,我国硅锭/硅片生产规模较小,成本优势不明显。经过 2004 年
以来两年的发展,生产企业增多,产量得到提高,硅锭/硅片生产已形成一定
规模,硅片生产能力基本能够满足国内市场需求。
中国晶硅材料的生产供应情况
                目前产 新建和扩产 技术
企业名称                                                 投产时间
                能(吨)   后产能(吨) 来源
                                     峨嵋半导体材料厂,
四川新光硅业科技有限公司 0         1200          引进部分俄罗斯技术 2007 年初
                                     和国外设备
                       一
                                                     一期 2005 年
                       期      300 洛阳单晶硅公司,中
洛阳中硅高科技有限公司     30                                   底,二期 2007
                       二             国有色工程设计总院
                                                     年
                       期      3000


28
                 业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司             内部培训资料 2008-07-14

                                 俄罗斯稀有金属研究
宁夏石嘴山市          0      5000                       筹建
                                 院
                       一期 3000                    一期投资 25
云南爱信硅科技有限公司     0                引进德国生产线技术
                       总一万吨                       亿,2007 年底
江苏顺大半导体发展有限公           一期 1500 吨                  总投资 30 亿,
                0               美国 Hemlock
司                      总 3000 吨                   一期 2007
                                                  投资 11 亿 招
辽宁凌海市           0      1000      引进美国生产线生产
                                                  商当中
                                 与美国公司合作引进
四川超磊实业          0      1000                       筹建
                                 技术产品外销模式
峨嵋半导体材料厂        100    220       自主技术             2006 年
2、光伏电池和组件
近几年,我国的光伏制造能力实现了跨越式的发展,特别是 2002 年以来,随
着无锡尚德、保定天威英利等新建规模企业的陆续建成投产和原有主要企业天
达光伏和宁波太阳能等企业的产能扩张,我国的光伏电池生产能力迅速提升。
此外,一大批规模光伏组件封装企业涌现出来,典型的包括上海太阳能科技、
佳阳新能源、京瓷(天津)和力诺桑普等,使得我国无论是组件还是电池生产
迅速向世界光伏制造大国迈进。
近三年,中国的光伏制造一步一个台阶,处于年均增幅超过 100%的高增长期。
2002 年中国光伏制造首次跻身世界 10 强,组件和电池产量均位居世界第 7;
2003 年中国电池产量和组件产量分别排名世界第 6 和第 5;2005 年中国光伏
电池和组件制造又全面跻身世界四强,电池、组件产量排名第 4。尽管 2003
年底以来上游硅片的短缺多少影响了中国光伏产量的进一步放
中国光伏硅片制造产量和产能一览表

                2004 年(MW)           2005 年(MW)
企业名称     产品类型
                产量      年底产能         产量      年底产能

保定天威英利 多晶硅片     4.7     6.0          15      70

宁波晶元太阳
         多晶硅片   2       2            3       5
能(中意太阳

29
                    业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司             内部培训资料 2008-07-14


能)

         单晶硅棒   800 吨   800 吨       1000 吨   1000 吨
河北晶龙集团
         单晶硅片   20MW    20MW        24MW     25MW

                200 万片 600 万片       700 万片   1000 万片
镇江环太硅    单晶硅片
                (4MW) (15MW)        (17MW) (25MW)

                100 万片 1000 万片      600 万片   1500 万片
海润科技     单晶硅片
                (3MW) (30MW)        (15MW) (40MW)

鑫日硅      单晶硅棒   10 吨    30 吨        40 吨     400 吨

锦州新华石英
         单晶硅棒   -       188 吨       -        200 吨
玻璃集团公司

宁波太阳能    单晶硅片   1MW     1MW         1MW      1MW

西安骊晶电子 单晶硅片     1MW     1MW         1MW      1MW

昆明天达光伏 单晶硅片     0.5MW   0.5MW       0.5MW    0.5MW

新疆新能源    单晶硅片   2006 年 2 月试产成功,产能 100MW

                2005 年初开始量产单晶硅棒,2005 年产量约 300 吨,
         单晶硅棒
顺大半导体           目前年产能约 450 吨,到 2006 年底将形成 800 吨的
         单晶硅片
                产能。硅片产品已于 2006 年 3 月开始投产

精功绍兴太阳          2005 年底投产,一期产能 10MW,2006 年将达产 300
         多晶硅片
能               万片

常州天合光能 单晶硅片     2005 年底投产,产能 30MW,正扩建产能到 100MW

                已经于 2006 年 3 月投产,产能 75MW,07 年形成
塞维 LDK   多晶硅片
                200MW 产能,2008 年达到 400MW 产能

                目前供应半导体应用为主,未来形成年 100MW 光伏
洛阳单晶硅    单晶硅片
                硅片

                2005 年年底量产,一期加工产能 800 万片(20MW)
高佳太阳能    单晶硅片
                二期投产后全部加工产能 2400 万片

         多晶硅片   6.7MW   8MW         18.5MW   85MW
合计
         单晶硅片   29.5MW 68.5MW       63.5MW   140MW


30
                    业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司                          内部培训资料 2008-07-14


          硅片          36.2MW 76.5MW                 82.0MW        225MW

大。随着越来越多的企业投资光伏行业,到 2005 年底中国光伏电池总产能将
达到 250MW,组件总产能超过 400MW。目前中国总体上已经成为仅次于日德
的第三大, 光伏制造国。
中国光伏电池和组件产量和增长率
年份       1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
组件产量
(MW)     1.8   2      2.1   2.5    3.1       4.1    14.9   24.8   88.8   210
增长率(%) 50.1    10.5   5     24     19        32.3   263    66.4   258    136
电池产量
(MW)     1.8   2      2.1   2.5    3.1       4.3    11.9   19     52.8   150
增长率(%) 50.1    10.5   5     24     19        32.3   190    59.7   178    185
中国主要光伏电池和组件制造商产量一览表

                             2004 年产量(MW)2005 年产量(MW)
制造商            产品类型
                             电池          组件          电池           组件

               单晶硅
尚德太阳能                        35          40          85           85
               多晶硅

天威英利           多晶硅           4           5           4            17

               单晶硅
中电光伏                         -           -           5-           -
               多晶硅

               多晶硅
上海太阳能                        -           10          -            30
               单晶硅

京瓷(天津)         多晶硅           -           10          -            15

天达光伏           单晶硅           4           3           10           9

宁波太阳能          单晶硅           5           4.5         12           12

               非晶硅
创益科技                         2.5         5.5         3            7
               多晶硅

哈克新能源          非晶硅           0.8         0.8         0.8          0.8


31
                          业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
     泰安市德丰光电能源科技有限公司              内部培训资料 2008-07-14


力诺桑普        多晶硅        -      1.0      -       3

津能电池        非晶硅        0.5    0.5      3.5     3.5

            单晶硅
林洋新能源                  -      0.1      -       7.5
            多晶硅

            单晶硅
佳阳新能源                  -      2.4      -       6.5
            多晶硅

交大泰阳        单晶硅        -      0.5      3       5

玄中新能源       单晶硅
                       -      0.5      -       2
(奥奇太阳能)     多晶硅

            单晶硅
世华创新                   -      -        -       6
            多晶硅

其他          -          1.0    5        2       10

总计                     52.8   88.8     128.3   219.3

                       至 2005 年底中国电池总产能 420MW,组
光伏总产能
                       件总产能 450MW,硅片总产能 225MW。



(二)光伏发电应用
在太阳能光伏发电应用方面,目前我国主要以解决西部无电地区应用为主,国
内市场并不足以消化制造商不断增加的产能,目前中国光伏产品 90%以上出口
欧洲、日本等国际市场。
中国光伏发电重大项目一览表



项目名
      出资方       支持力度 主要内容            执行期       执行地域
称

                      建立村落电站和户                 西藏、内蒙古、
“光明工 国家发改
                400 万人民 用系统,帮助建立               甘肃
程”先导 委,地方政                           2000-
                币     销售网络和加强机
项目    府
                      构能力建设


32
                    业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
      泰安市德丰光电能源科技有限公司              内部培训资料 2008-07-14


       原国家计               建立集中电站                 新疆、西藏、甘
“送电到           26 亿人民
       委,地方政                         2002-2003   肃、陕西、内蒙
乡”工程           币
       府                                         古、四川、青海

内蒙古                       补贴农村户用系统               内蒙古
新能源 内蒙古自治 2.25 亿人
                                     2001-
通电计 区政府        民币
划

世行、全                      补贴农村户用系统               新疆、西藏、甘
球环境                       销售,帮助机构能               肃、内蒙古、四
       全球环境基 2550 万美
基金                        力建设和技术进步 2002-2007     川、青海
       金       元
REDP
项目

丝绸之                       补贴农村户用系统               新疆
               1379 万欧
路照明 荷兰政府                             2002-2006
               元
计划

德援                        建立村落电站                 新疆、云南、青
               2600 万欧
KFW 项 德国政府                           2003-2005   海、甘肃
               元
目*

德援                        技术支持与培训                青海、云南、西
               约 460 万欧
GTZ 项 德国政府                           2003-       藏、甘肃
               元
目**

加拿大                       建立示范电站及管               内蒙古
太阳能 加拿大政府 343 万加元 理培训                2003-2005
项目

                          建立示范电站;实               新疆、西藏、甘
日本援
                          验室建设                   肃、陕西、宁夏、
助              3853 万人
       日本政府                          1998-2002   内蒙古、四川,
NEDO           民币
                                                 青海、云南、广
项目
                                                 东、浙江、河北

33
                    业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!
       泰安市德丰光电能源科技有限公司          内部培训资料 2008-07-14

*KFW 项目的全称为:中德财政合作西部太阳能项目
**GTZ 项目的全称为:中德技术合作在农村地区应用可再生能源改善当地发展
机遇项目
随着世界光伏市场需求持续高速增长以及我国《可再生能源法》的颁布实施,
中国在光伏制造快速增长的同时,光伏应用的步伐也将加快。根据我国初步完
成的《可再生能源中长期发展规划》,2020 年,我国光伏发电将达到 2GW。虽
然与发达国家有差距,但跟 2004 年我国光伏发电仅 65MW 的基础相比,未来
20 年的增幅也将相当可观。目前,相关部门正在着手研究制定光伏发电的扶
持政策。
下表在国内外调研数据的基础上,对未来五年中国光伏产业从组件价格(元
/Wp)、组件产量(MW)、组件产值(亿元)、年度并网安装份额(%)、累积
安装容量(MW)等几个方面的数据进行了分析预测。
2005-2010 年中国光伏产业主要数据预测



                                              累积安装
       组件价格 组件产量 组件产值      年度并网安装 年度并网安
年份                                         容量
       (元/Wp)(MW)   (亿元)   份额(%)     装份额(%)
                                           (MW)

2005   37    200    74     8         8        104

2006   37    300    111    13        13       150

2007   35    400    140    21        21       <DIV




34
                     业 务 学 习 培 训 资 料 妥 善 保 存!

								
To top