太阳能电池基础知识.docx
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太阳能电池基础知识
一,基础知识
(1)太阳能电池的发电原理
太阳能电池是利用半导体资料的光电效应,将太阳能变换成电能的装置.
●半导体的光电效应全部的物质均有原子构成,原子由原子核和环绕原子核旋转的电
子构成.半导体资料在正常状态下,原子核和电子密切联合(处于非导体状态),但在
某种外界要素的刺激下,原子核和电子的结协力降低,电子挣脱原子核的束搏,成为
自由电子.
光激励
核核
电子空穴电子
●PN联合型太阳能电池
电子对
太阳能电池是由P型半导体和N型半导体联合而成,N型半导体中含有许多的空穴
而
P型半导体中含有许多的电子
当P型和N型半导体联合时在联合处会形成电势当芯
片在受光过程中,带正电的空穴往
P型区挪动,带负电子的电子往N型区挪动,在接上
连线和负载后,就形成电流..
-+
-N型
PN结
+-
+
+
-
+
-
+
-
------
PN联合
+
-
+
电势
++++++
-
+-
+-
+
-+
-
P型
(2)太阳能电池种类
单晶硅电池
多晶硅电池
硅半导体
结晶类
非晶硅电池
非晶类
太阳能电池
3-5族化合物
电池
2-6族化合物
化合物半
导体
电池
1-3-6族化合
物电池
※在此刻的太阳能电池产品中,以硅半导体资料为主,此中又以单晶硅和多晶硅为代表.因为其原资料的宽泛性,较高的变换效率和靠谱性,被市场宽泛接受.非晶硅在民用产品上也有
宽泛的应用(如电子腕表,计算器等),可是它的稳固性和变换效率劣于结晶类半导体资料.
化合物太阳能电池因为其资料的罕有性和部分资料拥有公害,现阶段未被市场宽泛采纳.
※此刻太阳能电池的主流产品的资料是半导体硅,是现代电子工业的必不行少的资料,同时
以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储蓄物质.
※京瓷企业早在上世纪的八十年月就认识到多晶硅太阳能电池的光阔远景和美好将来,抢先
开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.此刻已经是行业的龙头,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
艺
铸
造
2
工
高温冶炼度以上)
(
1
4
0
0
冷却成锭
破锭(150mm*155mm)切片(线切割)
芯
片
工
艺
N极烧结电极印刷(正反
封
装
工
艺
玻璃(防冲
EVA(缓冲)
芯片(发电)
EVA(缓冲)
背垫(防湿)
叠片层压
组配
模拟光源,输出测试
边框安装
(4)太阳能电池关系的名称和含义
●变换效率
太阳能电池的变换效率是指电池将接收到的光能变换成电能的比率
输出功率
变换效率=
100%
太阳能电池板被照耀的太阳能
※标准测试状态因为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论其性能,设定在太阳能电池板的表面温度为
25度,太阳能辐射强度为1000w/㎡、分光散布的模拟光源条件下的测试为标准
测试状态.
大气层
AM1
(标准测定状态)
θ=90度
地面
θ=度
分光散布
小知识
晶硅类理论变换效率极限为29%,而此刻的太阳能电池的变换效率为17%~19%,所以,太
阳能电池的技术上还有很大的发展空间.
●太阳能电池输出特征
【太阳能电池电流---电压特征(I-V曲线)】
短路电流Isc
最大输出(PM):
最大输出电压(Vpm)最大输出电流(Ipm)
最正确输出动作电流
最正确动作点
开路电压(Voc):
开路状态的太阳能电池端子间的电压
短
电流
Ipm
最大输出
路电流(Isc):
太阳能电池端子间的短路电流
最大输出电
最大输出动作电压
压(Vpm):
最大输出状态时的动作电压
最大输出电流
Vpm
(Ipm):
最大输出状态时的动作电流
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/㎡
800W/㎡
0
度
25度
600W/㎡
50度
电流
电流
75度
400W/㎡
电压电压
【日照强度—最大输出特征
】
【温度-最大输出特征】
输出
%
最大
最大输出
%
日照强
度(W/
㎡)
温
度
(
度
)
●太阳能电池的输出跟着池片的表面温度
●太阳能电池的短路电流和日照强度成正
比
上涨而降落,
●输出跟着季节的温度变化而变化
●太阳能电池对环境的贡献
●在同一日照强度下
冬季的输出比夏季
高
①对防备地球暖和化,减少对地球环境的贡献
从太阳能发电系统排放的二氧化碳
即便是考虑其生产
NOx
过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设施
是防
SOx
Co2
止地球暖和化的环保设施
.同时在发电时,不排放氧化
硫,氧化氮等污染物,减少了对环境的压力.
例:
3kW太阳能发电系统对环境污染物的减少量
石油代替量:
729L/年
减排放CO2能力:
540kg-C/年
丛林面积换算:
5544㎡
②对能源和节能的贡献
太阳能电池2。
2年的发电量即可回收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
专用设施直流有蓄电
路灯,交通讯号灯,无线电
无蓄电池
DC水泵,换气扇,充电器
独立电源沟通有蓄电池
照明系统
无蓄电
AC水泵
一般负荷直流有蓄电
小型用户系统
无蓄电
无实例
沟通有蓄电
无电乡村
无蓄电
无实例
●系统简介
控制器
DC
DC
直流负荷
太阳能电池板
DC
AC
逆变器
沟通负荷
蓄电池
部品名称:
太阳能电池----汲取太阳能,将光能变换成直流电能控
制器----控制蓄电池的充放电深度,延伸蓄电池寿命.
蓄电池----储藏太阳能电池板产生的电能,在必需时,向负荷供给直流电力
逆变器----将直流输入电力变换成沟通电力输出
二、独立电源的系统设计步骤
(1)整体设计思路
1)程序图简单的来说
太阳能独立电源系统的容量是由设施安装场所的日照量
负荷的
花费电力
两大要素决定
.在程序图内还需再适合地考虑若干安全要素
设施的效率等因
素.
安装地址日照量
项目的安装地址
确立太阳能电池容量
负荷的花费电力
确立蓄电池容量
(2)设计次序
1)确立安装地址的日照量Q’(mWh/)
太阳能独立电源系统的太阳能电池方阵为了尽可能多接收日照,往常是按必定的倾角
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:
(往常采纳查问
当地日照记录方法)
cos|(θ―β―δ)|
Q’=Q×K××公式
(1)
cos|(θ―δ)|
符号含义
Q:
水平面的月均匀日照量(cal/cm*day)
K:
日照修正系数(一般为)
:
单位变换定数(cal/→mWh/cm)
θ:
设置场所的纬度
β:
太阳能电池方阵的倾斜度(相关于水平面)
δ:
太阳的月均匀赤纬度〔°〕
赤纬表白(表
一)
JanFebMarAprMayJunJulAugSepQctNovDec
-21
°
-13
°
-2
°
°°°
°°
°
-9
°
-18
°
-23
°
+10
+15+23+21
143
注:
在南半球时,上述的符号相反
假如只有日照时间的数据
日照量能够按以下方式进行换算
:
Q=Q*(a+b*S/S)
Qo:
大气圈外的日照量(理论值;㎡)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:
需要依据当地天气,纬度,季节而定
2)确立负荷的花费电力
花费电力是负荷的『日均匀花费电力』
为了计算『日均匀花费电力』
一定认识负荷的
使用时间.
日均匀花费电力计算表白
(表
2)
负荷名称
照明
收音机
电视机
照明
均匀花费电力
(W/h)
功率(w/h)
100
200
300
100
使用时间(h
)
6
6
6
6
耗费电力(w
)
600
1200
1800
600
175
W
300
200
100
照明
收音
电视
照明
P:
均匀消費電力(175W)
06121824
時間(h)
3)确立太阳能电池板容量Pm(Wp)
太阳能电池容量计算按以下方式计算
Pm=2400/Q’min*P*1/(K)公式2
符号含义
Q’min:
前述安装面日照量Q’的年最小值(mWh/cP:
均匀
花费电力(W)
K:
系数((K*K*K*K*K*K*K*K*K)
k1:
充电效率
k2:
太阳能电池板脏污系数
k3:
电池板温度补
正系数
k4:
直并联接线损失系数
(1)-12V,24Vk5:
最正确
输出补正系数
k6:
蓄电池充放电效率k7:
逆变器效率(视容量和
设施而定)
k8:
变压器效率(视容量和设施而定)
k9:
DC线损
(参照1)
PV(太阳能电池输出)的额定输出功率是在日照量100mW/cm,芯片温度为25度的条件下
测定的,输出功率是依据日照的强度发生变化的.为了差别PV和柴油发电机的容量标记,故
用Wp来表示太阳能电池的峰值输出.
(参照2)折损系数k=((K*K*K*K*K*K*K*K*K)
k1:
充电效率k2:
太阳能电池板脏污系数k
3:
电池板温度补正系数k4:
直并联接线损失系
数
(1)-12V,24Vk5:
最正确输出补正系数k6:
蓄电
等价日照量:
Q’min./100池充放电效率k7:
逆变器效率(视容量和设施而定)
k8:
变压器效率(视容量和设施而定)
k9:
DC线损
PV额定输出(Pm*h*k)≧总花费(P*24)
日均匀花费电力时间
PV额定输出均匀花费电力
100mW/cm0
日
时间
Wp
照
参照图(a)
量
W
100mW/cm
24
等价日照量
假
设在日
照为
100m
W/cm
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
(白日,
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
在是说,这日除4小时输出之外之外,
日其余时间的输出
照
量
为
40
0W
h/
的
情
况,
相
当
于
在
10
00
W/
m
的
日
照
强
度
4
个
小
时
的
日
照,
也
就
功率为零.(参照图(b))
实质的日照量(400mWh/c
04小时24
参照图
假定,PV的容量按均匀花费电力来设置的话,系统只好带动负荷4证其余20小时的负荷使用,PV的容量的设置一定放大.其放大倍率为
个小时的运作.为了保
(100*24/(100*4).故公
式
(2)的右侧为2400/Q’min.
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=(P*24*D)/(K*V)公式(3)
符号含义
D:
连续不日照天数(一般在3至7天)
K:
安全系数(放电深度(一般为70%),逆变器效率(依据厂家数据),线损(一般为5%)等)
V:
系统电压(V)
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