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 单晶硅、多晶硅、非晶硅简介及区别
名 称：单晶硅
英文名： Monocrystalline silicon
分子式： Si
单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分。硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。 熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅主要用于制作半导体元件。
用 途： 是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
名 称：多晶硅
英文名：polycrystalline silicon
性 质：灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。
多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。
用 途：电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
名 称：非晶硅
英文名：amorphous silicon
非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助，因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本低的优点．
非晶硅的制备：由非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷却速率的具体要求随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液态快速淬火的方法目前还无法得到非晶态。近年来，发展了许多种气相淀积非晶态硅膜的技术，其中包括真空蒸发、辉光放电、溅射及化学气相淀积等方法。一般所用的主要原料是单硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，纯度要求很高。
用 途：可以制成非晶硅场效应晶体管；用于液晶显示器件、集成式a—Si倒相器、集成式图象传感器、以及双稳态多谐振荡器等器件中作为非线性器件；利用非晶硅膜可以制成各种光敏、位敏、力敏、热敏等传感器；利用非晶硅膜制做静电复印感光膜，不仅复印速率会大大提高，而且图象清晰，使用寿命长；等等。
单晶硅、非晶硅、多晶硅的区别
1．区别晶体非晶体？
日常所见到的固体分为非晶体和晶体两大类，非晶体物质的内部原子排列没有一定的规律，当断裂时断口也是随机的，如塑料和玻璃等，而称之为晶体的物质，外形呈现天然的有规则的多面体，具有明显的棱角与平面，其内部的原子是按照一定的规律整齐的排列起来，所以破裂时也按照一定的平面断开，如食盐、水晶等。
2．区别单晶体和多晶体？
有的晶体是由许许多多的小晶粒组成，若晶粒之间的排列没有规则，这种晶体称之为多晶体，如金属铜和铁。但也有晶体本身就是一个完整的大晶粒，这种晶体称之为单晶体，如水晶和晶刚石。
3．单晶硅与多晶硅光伏电池的比较？
单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高。多晶硅电池成本低，转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属。
太阳能电池在灯具使用中的问题
太阳能电池的外特性
从应用的角度论述，大家主要关心的是太阳能电池的外特性。首先，对于单片太阳能电池来说，它是一个PN结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2mV，对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件，这是一个不可忽视的问题。它的输出特性曲线。
Isc是短路电流，Im是峰值电流，Voc是开路电压。Vm是峰值电压，Pm是峰值功率。
在使用中，太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏，实际上我们也正是利用它的这个特性对系统蓄电池充放电进行控制的。
2 太阳能电池在灯具使用中必须注意的问题
2.1 太阳能电池功率的选择
我们所说的太阳能电池输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多，（在长江下游地区只能接近这个数值）这并不象有些人想象的那样，只要有阳光就会有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常使用。这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。
我国不同地区太阳光照条件。
为了更加直观地了解各地每天太阳能辐射的平均分布，表2给出年总辐射量与日平均峰值日照时数（太阳能电池每天可以接受到1000W/m2辐照度的等效时间）对应关系。
年总辐射量与日平均峰值日照时数对应
通过上面资料可以看出，太阳能灯具的设计和灯具的使用地区有关。太阳能电池组件额定输出功率和灯具输入功率之间关系在华东地区大约是2~4:1，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。另外太阳能电池的输出功率大约120W/m2。
2.2 蓄电池容量的选择
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以一般需要配置蓄电池系统才能工作，太阳能灯具也不例外，必须配置蓄电池才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池，它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。
2.3 太阳能电池封装形式的选择
目前太阳能电池的封装形式主要有2种，层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅1~2年。因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯,在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯，建议使用层压的封装形式。另外，有一种硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到10年。
2.4 太阳能电池安装倾斜角度的选择和装饰性外罩
为了美观，许多的太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少15%~20%，如果再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少5%左右，太阳能电池价格昂贵，我们收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。在长江下游太阳能电池的最理想倾斜角度是40度左右，方向为正南方。
2.5 热岛效应
单片太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。
太阳能灯具 负载工作时间问题
太阳能灯具从经济性和可靠性角度综合考虑，一般以全年平均日照时数设计计算灯具配置，而实际工作时，往往都是由控制器时控功能设定一个工作时数，如6小时、8小时、10小时等，这样就造成了一年里每天工作时间都一样，即每天耗电量一样，但太阳能灯具是靠太阳工作的，而太阳辐射量随不同的季节是有很大差异的，即每个灯具(太阳电池组件一定)各个季节的平均日发电量是大不相同的。
以山东德州为例，月均峰值日照时数情况。例如负载为10W，平均每天工作8小时，需电池组件约为40Wp，则一年中各月发电量与负载耗电量的关系。
德州地区全年平均峰值日照时数约为4.44h，春季：4.43h、夏季：6.17h、秋季：4.47h、冬季：2.65h。因平均每天发电量是和平均峰值日照实数成正比的，所以可得春季和秋季发电量和耗电量基本达到一个平衡，夏季电量富裕(6.17～4.44)4.44约为39%；冬季电量缺少(4.44～2.65)0.44约为40.3%。
这样夏季造成了一定的浪费，而冬季却严重不足，很容易造成蓄电池过放电，影响蓄电池寿命。鉴于此现状，一个理想的做法就是把夏天多余的电量给冬天用，那样好是好，但需要一个大的储能系统，出于自放电、系统匹配、成本等因素是极其不经济和不实用的。所以控制负载时间不失为一种解决办法，根据德州峰值日照时数可得：
夏季平均峰值日照时数比全年平均峰值日照时数比冬季平均峰值日照时数=6.17：4.44：2.65=7：5：3，则按全年峰值日照时数设计每天工作10小时的太阳能灯具根据7：5：3这个比值可得出夏季最多允许工作14小时，冬季最多允许工作6小时(注意：未考虑季节不同温度等的影响)。鉴于此，为了使蓄电池在冬季不至于过放电，可调整负载工作时间为小于或等于6小时。
逆变器的使用中遇到的问题和故障防范
由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成逆变器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。
外部的电磁感应干扰
如果逆变器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入逆变器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏逆变器。提高逆变器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理、更必要。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：逆变器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC吸收器；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；指定采用屏蔽线回路，须按规定进行，若线路较，应采用合理的中继方式；逆变器接地端子应按规定进行，不能同电焊、动力接地混用；逆变器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。
安装环境
逆变器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路，作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构；温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。
除上述3点外，定期检查逆变器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。对于特殊的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正常工作，应采取设置空间加热器等必要措施。
电源异常
电源异常表现为各种形式，但大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混和形式。这些异常现象的主要原因多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对逆变器供电电源也提出相应要求。
如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，应和逆变器供电系统分离，减小相互影响；对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合，除选择合适价格的逆变器外，还因预先考虑负载电机的降速比例。逆变器和外部控制回路采用瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流；对于要求必须量需运行的设备，要对逆变器加装自动切换的不停电电源装置。
二极管输入及使用单相控制电源的逆变器，虽然在缺相状态也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对逆变器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。
雷击、感应雷电
雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成逆变器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。
为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在逆变器的输入端加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于逆变器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时，应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真空断路器动作前先将逆变器断开。
过去的晶体管逆变器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展，逆变器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了逆变器的可靠性。
如果使用矢量控制逆变器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用逆变器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的逆变器输出转矩变化。
此外，由于逆变器的软件开发更加完善，可以预先在逆变器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障自动复位并保持连续运行；负载转矩过大时能自动调整运行曲线，避免Trip；能够对机械系统的异常转矩进行检测。
逆变器对周边设备的影响及故障防范
逆变器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。
电源高次谐波
由于目前的逆变器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得逆变器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：采用专用变压器对逆变器供电，与其它供电系统分离；在逆变器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，对于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量，对电抗器的电感应合理分析计算，避免形成LC振荡。
电动机温度过高及运行范围
对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外，因为逆变器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。
振动、噪声
振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。噪声通常分为变频装置噪声和电动机噪声，对于不同的安装场所应采取不同的处理措施：逆变器在调试过程中，在保证控制精度的前提下，应尽量减小脉冲转矩成分；调试确认机械共振点，利用逆变器的频率屏蔽功能，使这些共振点排除在运行范围之外；由于逆变器噪声主要有冷却风扇机电抗器产生，因选用低噪声器件；在电动机与逆变器之间合理设置交流电抗器，减小因PWM调制方式造成的高次谐波。
高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利
在逆变器的输出电压中，含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PWM控制型逆变器更为明显，应采取以下措施：尽量缩短逆变器到电机的配线距离；采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置，对逆变器输出电压进行处理；对PWM型逆变器应尽量在电机输入侧加滤波器。 |
