太阳能电池基础知识

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1、-一,根底知识(1)太阳能电池的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置.半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子严密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子.光鼓励核核电子空穴电子. z.-PN结合型太阳能电池电子对. z.-太阳能电池是由P型半导体和N型半导体结合而成,N型半导体中含有较多的空穴,而 P型半导体中含有较多的电子,当P型和N型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往P型区移动,带

2、负电子的电子往N型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流. z.-N型PN结. z.-N区. z.-PN结合电势P区. z.-P型(2)太阳能电池种类. z.-硅半导体结晶类非晶类单晶硅电池多晶硅电池非晶硅电池转换效率:17% 转换效率:14% 转换效率:6-7%空间用民用民用民用. z.-太阳能电池3-5族化合物电池转换效率:24%空间用. z.-. z.-化合物半导体2-6族化合物电池转换效率:10%民用. z.-1-3-6族化合物电池转换效率:8%. z.-在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛

3、承受.非晶硅在民用产品上也有广泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和局部材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用.现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质.京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电池也结晶类太阳能电池的主流产品(太阳能电池的70%以上).(3)多晶硅太阳能电池的制造方法. z.-铸2造工艺高温冶炼(1400度以

4、上)将经过复原后的金属硅原料注入铸造炉内,同时注入硅烷气体在高温熔化的同时进展化学反冷却成锭基片厚度(220微米)破锭(150mm*155mm)切片(线切割). z.-. z.-PN结合(正面N极,反面P极)减反膜形成芯片工艺N极烧结电极印刷(正反通过电极,聚集电. z.-. z.-压芯片串,并联,形成设计需要的电流(一片芯片的电封装工艺组配叠片层压玻璃(防冲EVA(缓冲)芯片(发电) EVA(缓冲) 背垫(防湿). z.-模拟光源,输出测试边框安装(4)太阳能电池关连的名称和含义转换效率太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率输出功率转换效率=100% 太阳能电池板被照射的

5、太阳能标准测试状态由于太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影响,为了表述太阳能电池的输出和评价其性能,设定在太阳能电池板的外表温度为25度,太阳能辐射强度为1000 /、分光分布AM1.5的模拟光源条件下的测试为标准测试状态. z.-大气层AM1=90度AM1.5(标准测定状态)地面41.8度. z.-分光分布小知识晶硅类理论转换效率极限为29%,而现在的太阳能电池的转换效率为17%19%,因此,太阳能电池的技术上还有很大的开展空间.太阳能电池输出特性【太阳能电池电流-电压特性(I-V曲线)】. z.-短路电流I最正确输出动作电流电流Ipm最大输出动作电压V最正确动作点最大输出

6、最大输出(PM):最大输出电压(Vpm) 最大输出电流( Ipm ) 开路电压(Voc ):开路状态的太阳能电池端子间的电压短路电流(Isc ):太阳能电池端子间的短路电流最大输出电压(V):最大输出状态时的动作电压最大输出电流(Ipm ):最大输出状态时的动作电流. z.-电压开路电压Voc【日照强度变化和I-V曲线】【温度变化和I-V曲线】1000W/0 度25 度50 度75 度800W/600W/电流电流400W/电压电压【日照强度最大输出特性】【温度-最大输出特性】. z.-120最100 大80 输60 出40%200200 400 600 800 1000 1200日照强度(W/

7、)120最100 大80 输60 出40%200-250255075100温度(度). z.-. z.-太阳能电池的短路电流和日照强度成正比太阳能电池对环境的奉献对防止地球温暖化,减轻对地球环境的奉献太阳能电池的输出随着池片的外表温度上升而下降,输出随着季节的温度变化而变化在同一日照强度下,冬天的输出比夏天高. z.-从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设备,是防止地球温暖化的环保设备.同时在发电时,不排放氧化硫,氧化氮等污染物,减轻了对环境的压力.例:3W太阳能发电系统对环境污染物的削减量Co2NOSO. z.-石油替代量:729L/年减排放

8、CO2能力:540kg-C/年森林面积换算:5544对能源和节能的奉献太阳能电池2。2年的发电量即可收回制造太阳能电池时使用的电力(5)独立电源太阳能发电系统构成. z.-专用设备直流有蓄电路灯,交通信号灯,无线电. z.-. z.-无蓄电池DC水泵,换气扇,充电器. z.-. z.-独立电源交流有蓄电池照明系统. z.-. z.-无蓄电AC水泵. z.-. z.-一般负荷直流有蓄电小型用户系统. z.-. z.-无蓄电无实例. z.-. z.-交流有蓄电无电村落. z.-. z.-系统简介无蓄电无实例. z.-控制器. z.-DC 太阳能电池板DC直流负荷DCAC. z.-蓄电池逆变器交流负

9、荷. z.-部品名称:太阳能电池-吸收太阳能,将光能转换成直流电能控制器-控制蓄电池的充放电深度,延长蓄电池寿命.蓄电池-储存太阳能电池板产生的电能,在必要时,向负荷提供直流电力逆变器-将直流输入电力转换成交流电力输出二、独立电源的系统设计步骤(1)总体设计思路1)程序图简单的来说,太阳能独立电源系统的容量是由设备安装场所的日照量,负荷的消费电力两大因素决定.在程序图内还需再适当地考虑假设干平安因素,设备的效率等因素. z.-工程的安装地点安装地点日照量负荷的消费电力确定太阳能电池容量确定蓄电池容量. z.-(2)设计顺序1)确定安装地点的日照量QmWh/cm2.day太阳能独立电源系统的太阳

10、能电池方阵为了尽可能多接收日照,通常是按一定的倾角安装的.一般方阵是以安装纬度设置倾角. 安装面日照量的计算方法:通常采用查询当地日照记录方法cos|()Q=QK1.16公式(1)cos|()|符号含义Q: 水平面的月平均日照量(calcm2day) K1: 日照修正系数一般为0.91.16 : 单位变换定数(calcm2.daymWh/cm2): 设置场所的纬度: 太阳能电池方阵的倾斜度(相对于水平面): 太阳的月平均赤纬度赤纬表白(表一)FebMarAprMayJunJulAugSepQctNovDec-21-13-2+10+15+23+21143-9-18-23注:在南半球时,上述的符号

11、相反如果只有日照时间的数据,日照量可以按以下方式进展换算:Q=Q0(a+bS/So)Qo:大气圈外的日照量(理论值;1.382kW/)S:被记录的日照时间(日出到日没时间)So:可照时间(日出到日没时间)a,b :需要根据当地气候,纬度,季节而定2)确定负荷的消费电力消费电力是负荷的日平均消费电力,为了计算日平均消费电力,必须了解负荷的使用时间.日平均消费电力计算表白(表2)负荷名称照明收音机电视机照明平均消费电力(W/功率(w/h)100200300100使用时间(h)6666消耗电力(w)60012001800600175. z.-W300200100照明收音电视照明PL:平均消費電力(1

12、75W). z.-06121824. z.-時間3确定太阳能电池板容量PW太阳能电池容量计算按以下方式计算Pm=2400/Qmin*PL*1/(K)公式2 符号含义Qmin :前述安装面日照量Q的年最小值(mWh/m2.day) PL:平均消费电力(W)K:系数(K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9)：充电效率(0.97)：太阳能电池板脏污系数(0.9) ：电池板温度补正系数(0.9)4：直并联接线损失系数(1)-12V(0.90,24V(0.95) 5：最正确输出补正系数(0.9)6：蓄电池充放电效率(0.9) 7：逆变器效率(视容量和设备而定)8：变压器效率(视容量和设备而

13、定)9：DC线损(0.95)参考PV(太阳能电池输出)的额定输出功率是在日照量100W/m2,芯片温度为25度的条件下测定的,输出功率是根据日照的强度发生变化的.为了区别PV和柴油发电机的容量标志,故用Wp来表示太阳能电池的峰值输出. z.-参考等价日照量:Qmin./100折损系数=(K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9)：充电效率(0.97) ：太阳能电池板脏污系数(0.9) ：电池板温度补正系数(0.9) 4：直并联接线损失系数(1)-12V(0.90,24V(0.95) 5：最正确输出补正系数(0.9) 6：蓄电池充放电效率(0.9) 7：逆变器效率(视容量和设备而定)

14、 8：变压器效率(视容量和设备而定)9：DC线损(0.95). z.-PV额定输出(P)总消费(P24)日平均消费电力时间. z.-100W/m2WpW0100W/m日照量PV额定输出平均消费电力时间参照图(a)24等价日照量假设在日照为100W/m2的强度持续24小时,PV的容量可等同于平均消费电力. 但是,日照的时间不可能是24小时, 同时受到自然条件的影响(白天,夜间,阴,雨).故设计时,按公式2,以最小的日照时间来计算计算.参照图(a)假设在日照量为400Wh/m2.day的情况,相当于在1000W/m2的日照强度4个小时的日照,也就是说,这天除4 小时输出以外以外,其他时间的输出. z.-功率为零. 参照图()实际的日照量(400Wh/m2.day)04小时24参照图假设,PV的容量按平均消费电力来设置的话,系统只能带动负荷4个小时的运作.为了保证其他20小时的负荷使用,PV的容量的设置必须放大.其放大倍率为(100*24/(100*4).故公式(2)的右边为2400/Qmin.5)蓄电池容量Be(AH)蓄电池的容量由以下公式(3)计算决定Be=(PL*24*D)/(Kb*V)公式(3) 符号含义D:连续不日照天数(一般在3至7天)Kb:平安系数(放电深度(一般为70%),逆变器效率(根据厂家数据),线损(一般为5%)等)V:系统电压(V). z.