CN107068799A - 一种光伏电站集成控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏电站集成控制系统，所述光伏电站集成控制系统包括：分别连接到多个太阳能电池模块的多个信号控制单元和连接到多个信号控制单元的最终电力输出单元，多个信号控制单元分别执行最大功率点跟踪操作，以确定每一太阳能电池模块的最大功率，最终电力输出单元选择多个太阳能电池模块分别获得的最大功率中的最大功率作为最终功率，最终电力输出单元将最终功率输出到后续设备，所述太阳能电池模块包括多个呈阵列排布的硅基异质结太阳能电池片。本发明的光伏电站集成控制系统可以选择最大功率进行输出。
Description
技术领域
本发明涉及发电与储能技术领域，特别是涉及一种光伏电站集成控制系统。
背景技术
近年来，随着石油和煤炭等现有能源资源的枯竭，可再生能源替代现有能源的利益日益增加。在可再生能源中，太阳能发电产生的太阳能电池尤为突出。太阳能电池通常包括基板和发射极层，每个基板由半导体形成，电极分别形成在基板和发射极层上。形成衬底和发射极层的半导体具有不同的导电类型。在衬底和发射极层之间的界面处形成p-n结。当光入射到太阳能电池上时，在半导体中产生多个电子-空穴对。电子-空穴对被光电效应分离成电子和空穴。因此，分离的电子移动到n型半导体，并且分离的空穴移动到p型半导体，然后通过电连接的电极收集电子和空穴分别发射到发射极层和衬底。电极使用电线彼此连接，从而获得功率。可以单独使用太阳能电池，或者可以将具有相同结构的多个太阳能电池串联或并联连接，以制造有效使用和易于安装的太阳能电池模块。因此，期望数量的太阳能电池模块可以彼此连接以制造模块阵列，即太阳能电池板。用户可以从太阳能电池板获得功率。因此，如何设计一种输出功率高的光伏电站集成控制系统，是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种光伏电站集成控制系统。
为实现上述目的，本发明提出的一种光伏电站集成控制系统，所述光伏电站集成控制系统包括：第一、第二、第三、第四太阳能电池模块，分别连接到所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块的第一、第二、第三、第四信号控制单元，以及连接到所述第一、第二、第三、第四信号控制单元的最终电力输出单元，所述第一、第二、第三、第四信号控制单元基于所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块的电流和电压输出而分别执行最大功率点跟踪操作，以确定每一太阳能电池模块的最大功率，并输出该最大功率，最终电力输出单元被配置为从所述第一、第二、第三、第四信号控制单元输出的最大功率中选择最大功率作为最终功率，并输出该最终功率到后续设备，所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块均包括多个呈阵列排布的硅基异质结太阳能电池片，所述硅基异质结太阳能电池片按照如下步骤制备：
（1）对N型硅片进行清洗，并对N型硅片的上表面进行制绒；
（2）将制绒后的N型硅片浸泡在氢氟酸溶液中20分钟，去除N型硅片表面的自然氧化层，然后浸泡在饱和五氯化磷的二氯苯溶液中加热至150℃保持3小时，将N型硅片取出后，分别经过二氯苯和四氢呋喃的清洗后，将N型硅片转移至2mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，85℃下反应6h，最后将N型硅片在盐酸中浸泡60分钟，以除去N型硅片表面的甲基氯化镁，在N型硅片的制绒面形成Si-CH3钝化层；
（3）在N型硅片的制绒面上通过PECVD法依次制备本征非晶锗薄膜和P型非晶锗薄膜；
（4）在N型硅片的背面通过PECVD法依次制备本征非晶锗薄膜和N型非晶锗薄膜；
（5）在P型非晶锗薄膜上形成P型石墨烯欧姆接触层，在P型石墨烯欧姆接触层上形成金属铝栅电极；
（6）在N型非晶锗薄膜上通过热蒸发法8-羟基喹啉铝层，并在8-羟基喹啉铝层上通过热蒸发法沉积金属铝电极。
作为优选，在所述N型硅片的所述制绒面上的本征非晶锗薄膜的厚度为100-200纳米，所述P型非晶锗薄膜的厚度为50-100纳米。
作为优选，在所述N型硅片的所述背面的本征非晶锗薄膜的厚度为50-80纳米，所述N型非晶锗薄膜的30-50纳米。
作为优选，所述P型石墨烯欧姆接触层为P型硼掺杂石墨烯欧姆接触层，所述P型石墨烯欧姆接触层的厚度为30-50纳米。
作为优选，所述金属铝栅电极的厚度为100-200纳米。
作为优选，所述8-羟基喹啉铝层的厚度为1-3纳米。
作为优选，所述金属铝电极的厚度为200-300纳米。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
(1) 本发明的光伏电站集成控制系统可以选择最大功率进行输出。
(2) 本发明所述的硅基异质结太阳能电池片，选择N型硅片、本征非晶锗薄膜和P型非晶锗薄膜形成PIN异质结结构，采用制绒面作为光活性层，提高了对太阳能光的吸收效率，同时通过对N型硅片的制绒面的表面悬空键导致的缺陷态进行最大限度的修复，以得到高质量PIN结。
(3) 本发明对制绒面的表面进行钝化改性，通过将N型硅片首先浸泡在饱和五氯化磷的二氯苯溶液中加热至150℃保持3小时，在此温度处理下，硅氯键将会几乎完全覆盖硅衬底的表面，以替代了原来的硅氢键，然后将N型硅片转移至2mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，85℃下反应6h，硅氯键完全转变为稳定的硅碳键，该钝化改性处理工序使得制绒面的表面钝化完全，提高了异质结界面的稳定性。
(4) 本发明通过在N型非晶锗薄膜与金属铝电极之间设置了8-羟基喹啉铝层，8-羟基喹啉铝层的存在降低了铝电极的功函数，进而降低了铝电极与N型非晶锗薄膜之间接触电阻，提高了该硅异质结太阳能电池的内建电场，抑制了电子与空穴的复合，同时降低了电极的成本。
(5)本发明利用P型石墨烯欧姆接触层作为透明导电层，提高了电荷的传输效率，进而提高了硅/锗异质结太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的光伏电站集成控制系统的示意图；
图2为本发明的硅基异质结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，一种光伏电站集成控制系统，所述光伏电站集成控制系统包括：第一、第二、第三、第四太阳能电池模块11-14，分别连接到所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块11-14的第一、第二、第三、第四信号控制单元21-24，以及连接到所述第一、第二、第三、第四信号控制单元21-24的最终电力输出单元3。
由于第一至第四信号控制单元21-24的操作基本上彼此相同，因此在本发明的实施例中仅描述第一信号控制单元21的操作。当第一太阳能电池模块11输出一电流和一电压时，第一信号控制单元21确定从第一个太阳能电池组件11输出的电流和电压的实时状态，接下来，第一信号控制单元21接收来自第一太阳能电池模块11的实时电流和电压，并且基于从第一太阳能电池模块11输出的电流和电压来执行最大功率点跟踪操作。
因此，第一信号控制单元21使用从第一太阳能电池模块11实时接收的电流和电压在每个采样时间读取电流和电压，并在每个采样时间计算功率。第一信号控制单元21将当前功率与先前功率进行比较，并计算出第一太阳能电池模块11的最大功率P1。然后，第一信号控制单元21将最大功率P1输出到最终电力输出单元33。
第二、第三、第四信号控制单元22-24以与第一信号控制单元21相同的方式分别计算第二、第三、第四太阳能电池模块12-14的最大功率P2、P3、P4，然后分别将最大功率P2、P3、P4输出到最终动力输出单元3。
最终电力输出单元3选择从第一至第四太阳能电池模块11-14分别获得的最大功率P1至P4中的最大功率作为最终功率Pmax。最终电力输出单元3然后将最终功率Pmax输出到后续设备。
所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块11-14均包括多个呈阵列排布的硅基异质结太阳能电池片，所述硅基异质结太阳能电池片按照如下步骤制备：
（1）对N型硅片111进行清洗，并对N型硅片111的上表面进行制绒；
（2）将制绒后的N型硅片111浸泡在氢氟酸溶液中20分钟，去除N型硅片111表面的自然氧化层，然后浸泡在饱和五氯化磷的二氯苯溶液中加热至150℃保持3小时，将N型硅片111取出后，分别经过二氯苯和四氢呋喃的清洗后，将N型硅片111转移至2mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，85℃下反应6h，最后将N型硅片111在盐酸中浸泡60分钟，以除去N型硅片表面的甲基氯化镁，在N型硅片111的制绒面形成Si-CH3钝化层112；
（3）在N型硅片111的制绒面上通过PECVD法依次制备本征非晶锗薄膜113和P型非晶锗薄膜114；
（4）在N型硅片的背面通过PECVD法依次制备本征非晶锗薄膜117和N型非晶锗薄膜118；
（5）在P型非晶锗薄膜114上形成P型石墨烯欧姆接触层115，在P型石墨烯欧姆接触层115上形成金属铝栅电极116；
（6）在N型非晶锗薄膜118上通过热蒸发法8-羟基喹啉铝层119，并在8-羟基喹啉铝层119上通过热蒸发法沉积金属铝电极120。
其中，在所述N型硅片111的所述制绒面上的本征非晶锗薄膜113的厚度为100-200纳米，所述P型非晶锗薄膜114的厚度为50-100纳米，在所述N型硅片111的所述背面的本征非晶锗薄膜117的厚度为50-80纳米，所述N型非晶锗薄膜118的30-50纳米。所述P型石墨烯欧姆接触层115为P型硼掺杂石墨烯欧姆接触层，所述P型石墨烯欧姆接触层115的厚度为30-50纳米。所述金属铝栅电极116的厚度为100-200纳米。所述8-羟基喹啉铝层119的厚度为1-3纳米。所述金属铝电极120的厚度为200-300纳米。
在一个具体的实施例中，所述硅基异质结太阳能电池片按照如下步骤制备：
（1）对N型硅片111进行清洗，并对N型硅片111的上表面进行制绒；
（2）将制绒后的N型硅片111浸泡在氢氟酸溶液中20分钟，去除N型硅片111表面的自然氧化层，然后浸泡在饱和五氯化磷的二氯苯溶液中加热至150℃保持3小时，将N型硅片111取出后，分别经过二氯苯和四氢呋喃的清洗后，将N型硅片111转移至2mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，85℃下反应6h，最后将N型硅片111在盐酸中浸泡60分钟，以除去N型硅片表面的甲基氯化镁，在N型硅片111的制绒面形成Si-CH3钝化层112；
（3）在N型硅片111的制绒面上通过PECVD法依次制备150纳米厚的本征非晶锗薄膜113和70纳米厚的P型非晶锗薄膜114；
（4）在N型硅片的背面通过PECVD法依次制备60纳米厚的本征非晶锗薄膜117和40纳米厚的N型非晶锗薄膜118；
（5）在P型非晶锗薄膜114上形成40纳米厚的P型硼掺杂石墨烯欧姆接触层115，在P型石墨烯欧姆接触层115上形成150纳米厚的金属铝栅电极116；
（6）在N型非晶锗薄膜118上通过热蒸发法2.5纳米厚的8-羟基喹啉铝层119，并在8-羟基喹啉铝层119上通过热蒸发法沉积260纳米厚的金属铝电极120。在各层的配合作用下，该条件下的硅基异质结太阳能电池片的光电转换效率为22.4%。
对比例：
作为对比，一种硅基异质结太阳能电池片按照如下步骤制备：
（1）对N型硅片进行清洗，并对N型硅片的上表面进行制绒；
（2）将制绒后的N型硅片浸泡在氢氟酸溶液中20分钟，去除N型硅片表面的自然氧化层，然后浸泡在饱和五氯化磷的氯苯溶液中加热至120℃保持3小时，将N型硅片取出后，分别经过氯苯和四氢呋喃的清洗后，将N型硅片转移至1mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，80℃下反应8h，最后将N型硅片在盐酸中浸泡60分钟，以除去N型硅片表面的甲基氯化镁，在N型硅片的制绒面部分区域形成Si-CH3钝化层；
（3）在N型硅片的制绒面上通过PECVD法依次制备150纳米厚的本征非晶硅薄膜和70纳米厚的P型非晶硅薄膜；
（4）在N型硅片的背面通过PECVD法依次制备60纳米厚的本征非晶硅薄膜和40纳米厚的N型非晶硅薄膜；
（5）在P型非晶硅薄膜上形成40纳米厚的ITO透明导电层，在ITO透明导电层上形成150纳米厚的金属铝栅电极；
（6）在N型非晶硅薄膜上通过热蒸发法沉积260纳米厚的金属铝电极。该硅基异质结太阳能电池片的光电转换效率为19.5%。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种光伏电站集成控制系统，其特征在于：所述光伏电站集成控制系统包括：第一、第二、第三、第四太阳能电池模块，分别连接到所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块的第一、第二、第三、第四信号控制单元，以及连接到所述第一、第二、第三、第四信号控制单元的最终电力输出单元3，所述第一、第二、第三、第四信号控制单元基于所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块的电流和电压输出而分别执行最大功率点跟踪操作，以确定每一太阳能电池模块的最大功率，并输出该最大功率，最终电力输出单元被配置为从所述第一、第二、第三、第四信号控制单元输出的最大功率中选择最大功率作为最终功率，并输出该最终功率到后续设备，所述第一、第二、第三、第四太阳能电池模块均包括多个呈阵列排布的硅基异质结太阳能电池片，所述硅基异质结太阳能电池片按照如下步骤制备：
（1）对N型硅片进行清洗，并对N型硅片的上表面进行制绒；
（2）将制绒后的N型硅片浸泡在氢氟酸溶液中20分钟，去除N型硅片表面的自然氧化层，然后浸泡在饱和五氯化磷的二氯苯溶液中加热至150℃保持3小时，将N型硅片取出后，分别经过二氯苯和四氢呋喃的清洗后，将硅衬底转移至2mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，85℃下反应6h，最后将N型硅片在盐酸中浸泡60分钟，以除去N型硅片表面的甲基氯化镁，在N型硅片的制绒面形成Si-CH3钝化层；
（3）在N型硅片的制绒面上通过PECVD法依次制备本征非晶锗薄膜和P型非晶锗薄膜；
（4）在N型硅片的背面通过PECVD法依次制备本征非晶锗薄膜和N型非晶锗薄膜；
（5）在P型非晶锗薄膜上形成P型石墨烯欧姆接触层，在P型石墨烯欧姆接触层上形成金属铝栅电极；
（6）在N型非晶锗薄膜上通过热蒸发法8-羟基喹啉铝层，并在8-羟基喹啉铝层上通过热蒸发法沉积金属铝电极。
2.根据权利要求1所述的光伏电站集成控制系统，其特征在于：在所述N型硅片的所述制绒面上的本征非晶锗薄膜的厚度为100-200纳米，所述P型非晶锗薄膜的厚度为50-100纳米。
3.根据权利要求1所述的光伏电站集成控制系统，其特征在于：在所述N型硅片的所述背面的本征非晶锗薄膜的厚度为50-80纳米，所述N型非晶锗薄膜的30-50纳米。
4.根据权利要求1所述的光伏电站集成控制系统，其特征在于：所述P型石墨烯欧姆接触层为P型硼掺杂石墨烯欧姆接触层，所述P型石墨烯欧姆接触层的厚度为30-50纳米。
5.根据权利要求1所述的光伏电站集成控制系统，其特征在于：所述金属铝栅电极的厚度为100-200纳米。
6.根据权利要求1所述的光伏电站集成控制系统，其特征在于：所述8-羟基喹啉铝层的厚度为1-3纳米。
7.根据权利要求1所述的N型硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述金属铝电极的厚度为200-300纳米。
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