1、本文由zhss1314貢獻pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 一,基礎知識(1)太陽能電池的發電原理太陽能電池是利用半導體材料的光電效應,將太陽能轉換成電能的裝置. 半導體的光電效應 所有的物質均有原子組成,原子由原子核和圍繞原子核旋轉的電子組成.半導體材料 在正常狀態下,原子核和電子緊密結合(處于非導體狀態),但在某種外界因素的刺激 下,原子核和電子的結合力降低,電子擺脫原子核的束搏,成為自由電子.光激勵核 核電子空穴電子 電子對PN 結合型太陽能電池 太陽能電池是由 P 型半導體和 N 型半導體結合而成,N 型半導體中含有較多的空穴,而 P

2、 型半導體中含有較多的電子,當 P 型和 N 型半導體結合時在結合處會形成電勢當芯 片在受光過程中,帶正電的空穴往 P 型區移動,帶負電子的電子往 N 型區移動,在接上 連線和負載后,就形成電流. N型 PN 結N區PN 結合 P型 電勢 P區(2)太陽能電池種類單晶硅電池 結晶類 多晶硅電池 硅半導體 非晶類 非晶硅電池轉換效率:17%空間用 民用轉換效率:14%民用轉換效率:6-7%民用太陽能電池3-5 族化合物 電池轉換效率:24%空間用化合物半 導體2-6 族化合物 電池 1-3-6 族化合 物電池轉換效率:10%民用轉換效率:8%在現在的太陽能電池產品中,以硅半導體材料為主,其中又以

3、單晶硅和多晶硅為代表.由于 其原材料的廣泛性,較高的轉換效率和可靠性,被市場廣泛接受.非晶硅在民用產品上也有 廣泛的應用(如電子手表,計算器等),但是它的穩定性和轉換效率劣于結晶類半導體材料. 化合物太陽能電池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,現階段未被市場廣泛采用. 現在太陽能電池的主流產品的材料是半導體硅,是現代電子工業的必不可少的材料,同時 以氧化狀態的硅原料是世界上第二大的儲藏物質. 京瓷公司早在上世紀的八十年代就認識到多晶硅太陽能電池的光闊前景和美好未來,率先 開啟多晶硅太陽能電池的工業化生產大門.現在已經是行業的龍頭,同時多晶硅太陽能電 池也結晶類太陽能電池的主流產品(太陽能電

4、池的 70%以上).(3)多晶硅太陽能電池的制造方法將經過還原后的金屬硅 原料注入鑄造爐內,同 時注入硅烷氣體在高溫 熔化的同時進行化學反基片厚度(220 微米)鑄 造2 工藝高溫冶煉 (1400 度以上)冷卻成錠破錠(150mm*155mm)切片(線切割)芯 片 工 藝PN 結合(正面 N 極,反 面 P 極)減反膜形成通過電極,匯集電N 極燒結電極印刷(正反封 裝 工 藝組配芯片串,并聯,形成設計需要 的電流(一片芯片的電 壓 0 5V)玻璃(防沖 EVA(緩沖) 芯片(發電) EVA(緩沖) 背墊(防濕) 疊片層壓模擬光源,輸出測試邊框安裝(4)太陽能電池關連的名稱和含義轉換效率 太陽能

5、電池的轉換效率是指電池將接收到的光能轉換成電能的比率 輸出功率 轉換效率 = 太陽能電池板被照射的太陽能 100%標準測試狀態 由于太陽能電池的輸出受太陽能的輻射強度,溫度等自然條件的影響,為了表述太 陽能電池的輸出和評價其性能,設定在太陽能電池板的表面溫度為 25 度,太陽能輻 射強度為 1000 /、分光分布 AM1.5 的模擬光源條件下的測試為標準測試狀態. 大氣層AM1 =90 度AM1.5(標準測定狀態) 41.8 度地面分光分布小知識晶硅類理論轉換效率極限為 29%,而現在的太陽能電池的轉換效率為 17%19%,因此,太 陽能電池的技術上還有很大的發展空間.太陽能電池輸出特性【太陽

6、能電池電流電壓特性(I-V 曲線)】短路電流 I最大輸出(PM):最大輸出電壓(Vpm) 最大輸出電流( Ipm )最佳輸出動作電流 Ipm 最大輸出動作電壓 V 電壓 開路電壓 Voc 最佳動作點 最大輸出開路電壓(Voc ):開路狀態的太陽能電池端子間的電壓 短路電流(Isc ):太陽能電池端子間的短路電流 最大輸出電壓(V):最大輸出狀態時的動作電壓 最大輸出電流(Ipm ):最大輸出狀態時的動作電流電流【日照強度變化和 I-V 曲線】【溫度變化和 I-V 曲線】1000W/ 800W/ 600W/ 電流 400W/ 電流 0度 25 度 50 度 75 度 電壓 電壓【日照強度最大輸出

7、特性 】120【溫度-最大輸出特性】120最 大 輸 出 %100 80 60 40 20 0 200 400 600 800 1000 1200最 大 輸 出 % 日照強度(W/)100 80 60 40 20 0 -25 0 25 50 75 100溫度(度)太陽能電池的短路電流和日照強度成正 比太陽能電池的輸出隨著池片的表面溫度 上升而下降, 輸出隨著季節的溫度變化而變化 在同一日照強度下,冬天的輸出比夏天 高太陽能電池對環境的貢獻 對防止地球溫暖化,減輕對地球環境的貢獻 從太陽能發電系統排放的二氧化碳,即使是考慮其生產 過程的排放量,也絕對少于傳統的燃料發電設備,是防 止地球溫暖化的環

8、保設備.同時在發電時,不排放氧化 硫,氧化氮等污染物,減輕了對環境的壓力. 例:3W 太陽能發電系統對環境污染物的削減量NO Co2 SO石油替代量:729L/年減排放 CO2 能力:540kg-C/ 年森林面積換算:5544 對能源和節能的貢獻太陽能電池 2。2 年的發電量即可收回制造太陽能電池時使用的電力(5)獨立電源太陽能發電系統構成專用設備 直流 有 蓄 電 無蓄電池路燈,交通信號燈,無線電 DC 水泵,換氣扇,充電器獨立電源交流有蓄電池 無 蓄 電照明系統 AC 水泵 小型用戶系統 無實例 無電村落 無實例一般負荷直流有 蓄 電 無 蓄 電交流有 蓄 電 無 蓄 電系統簡介控制器DC

9、 太陽能電池板DC ACDC直流負荷逆變器 交流負荷 蓄電池部品名稱: 太陽能電池吸收太陽能,將光能轉換成直流電能 控制器控制蓄電池的充放電深度,延長蓄電池壽命. 蓄電池儲存太陽能電池板產生的電能,在必要時,向負荷提供直流電力 逆變器將直流輸入電力轉換成交流電力輸出二、獨立電源的系統設計步驟(1)總體設計思路1)程序圖 簡單的來說,太陽能獨立電源系統的容量是由設備安裝場所的日照量,負荷的消費電力 兩大因素決定.在程序圖內還需再適當地考慮若干安全因素,設備的效率等因素. 安裝地點日照量 項目的安裝地點 負荷的消費電力確定太陽能電池容量 確定蓄電池容量(2)設計順序 1)確定安裝地點的日照量 Q

10、（mWh/cm2.day）太陽能獨立電源系統的太陽能電池方陣為了盡可能多接收日照,通常是按一定的傾角 安裝的.一般方陣是以安裝緯度設置傾角. 安裝面日照量的計算方法:（通常采用查詢當地日照記錄方法）Q=Q×K×1.16×cos|() cos|()| 公式(1)符號含義 2 Q : 水平面的月平均日照量(calcm day) K1 : 日照修正系數（一般為 0.9） 2 2 1.16 : 單位變換定數(calcm .day mWh/cm ) : 設置場所的緯度 : 太陽能電池方陣的傾斜度(相對于水平面) : 太陽的月平均赤緯度° 赤緯表白 一) -21&#

11、176; Feb -13° Mar -2° Apr +10° May +15° Jun +23° Jul +21° Aug 14° Sep 3° Qct -9° Nov -18°(表Dec -23°注:在南半球時,上述的符號相反 如果只有日照時間的數據,日照量可以按以下方式進行換算:Q = Q0(a+bS/So)Qo :大氣圈外的日照量(理論值;1.382kW/) So :可照時間(日出到日沒時間) S :被記錄的日照時間(日出到日沒時間) a,b :需要根據當地氣候,緯度,季節而定2

12、)確定負荷的消費電力消費電力是負荷的日平均消費電力,為了計算日平均消費電力,必須了解負荷的 使用時間. 日平均消費電力計算表白 (表 2)負荷名稱 功率(w /h ) 使用時間(h ) 消耗電力(w ) 照明 100 6 600 收音機 200 6 1200 電視機 300 6 1800 照明 100 6 600平均消費電力(W /）175W照明 收音 電視 照明300 200 100 0 6 12 18 24 PL:平均消費電力(175W)時間（）3）確定太陽能電池板容量 P（W）太陽能電池容量計算按下列方式計算Pm=2400/Qmin*PL*1/(K)符號含義 Qmin :前述安裝面日照量

13、 Q的年最小值(mWh/m2.day) PL :平均消費電力(W) K :系數(K *K *K *K *K *K *K *K *K )1 2 3 4 5 6 7 8 9公式 2：充電效率(0.97) ：電池板溫度補正系數(0.9) 5：最佳輸出補正系數(0.9) 7：逆變器效率(視容量和設備而定) 9：DC 線損(0.95)：太陽能電池板臟污系數(0.9) 4：直并聯接線損失系數(1)-12V(0.90,24V(0.95) 6：蓄電池充放電效率(0.9) 8：變壓器效率(視容量和設備而定)（參考） 2 PV(太陽能電池輸出)的額定輸出功率是在日照量 100W/m ,芯片溫度為 25 度的條件下

14、 測定的,輸出功率是根據日照的強度發生變化的.為了區別 PV 和柴油發電機的容量標志,故 用 Wp 來表示太陽能電池的峰值輸出.折損系數=(K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9)（參考）等價日照量:Qmin./100：充電效率(0.97) ：太陽能電池板臟污系數(0.9) ：電池板溫度補正系數(0.9) 4：直并聯接線損失系數(1)-12V(0.90,24V(0.95) 5：最佳輸出補正系數(0.9) 6：蓄電池充放電效率(0.9) 7：逆變器效率(視容量和設備而定) 8：變壓器效率(視容量和設備而定) 9：DC 線損(0.95)PV 額定輸出(P)總消費(PL24)日平均消費電力 時間100W/m2 Wp W日照量PV 額定輸出 平均消費電力 0時間24假設在日照為 100W/m 的強度 持續 24 小時,PV 的容量可等同