太阳能电池计算.docx

太阳能电池计算.docx

《太阳能电池计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能电池计算.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

太阳能电池计算

单晶硅太阳能电池板，铝合金边框，钢化玻璃面板

拍前请确认货期。

详细参数：

多晶硅太阳能板100W可充12V/24V

净重：

11KGS

工作电压：

33.5V

工作电流：

2.99A

开路电压：

41.5V

短路电流：

3.57A

蓄电池：

24V/12V

二、产品特点：

●    采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片，具有优良的弱光响应性能，符合IEC61215和电气保护II级标准。

太阳能电池转换效率高。

而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。

●    太阳能电池板阵列的表面采用高透光绒面钢化玻璃封装，气密性、耐候性好，抗腐蚀。

●    阳极氧化铝边框：

机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂恶劣的气候条件下使用，便于安装。

●    太阳能电池板在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的绒面，能减少反射，更好地吸收光能。

●    采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。

●    太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。

●    太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。

●  直流接线盒：

采用密封防水、高可靠性多功能ABS塑料接线盒，耐老化防水防潮性能好；连接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。

●    带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。

●    工作温度：

-40℃～+90℃

●    使用寿命可达20年以上，衰减小于20%。

三、问题集锦：

1、    什么是太阳能电池

答：

太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件。

现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：

单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。

晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池需要高纯度的硅原料，一般要求纯度至少是99.99998%，也就是一千万个硅原子中最多允许2个杂质原子存在。

硅材料是用二氧化硅（SiO2，也就是我们所熟悉的沙子）作为原料，将其熔化并除去杂质就可制取粗级硅。

从二氧化硅到太阳能电池片，涉及多个生产工艺和过程，一般大致分为：

二氧化硅—>冶金级硅—>高纯三氯氢硅—>高纯度多晶硅—>单晶硅棒或多晶硅锭—>硅片—>太阳能电池片。

2、什么是单晶硅太阳能电池板

答：

单晶硅太阳能电池片主要是使用单晶硅来制造，与其他种类的太阳能电池片相比，单晶硅电池片的转换效率最高。

在初期，单晶硅太阳能电池片占领绝大部份市场份额，在1998年后才退居多晶硅之后，市场份额占据第二。

由于近几年多晶硅原料紧缺，在2004年之后，单晶硅的市场份额又略有上升，现在市面上看到的电池有单晶硅居多。

单晶硅太阳能电池片的硅结晶体非常完美，其光学、电性能及力学性能都非常的均匀一致，电池的颜色多为黑色或深色，特别适合切割成小片制作成小型的消费产品。

单晶硅电池片在实验室实现的转换效率为24.7%.普通商品化的转换效率为10%-18%。

单晶硅太阳能电池片因为制作工艺问题，一般其半成硅锭为圆柱进，然后经过切片->清洗->扩散制结->去除背极->制作电极->腐蚀周边->蒸镀减反射膜等工蕊制成成品。

一般单晶硅太阳能电池四个角为圆角。

单晶硅太阳能电池片的厚度一般为200uM-350uM厚，现在的生产趋势是向超薄及高效方向发展，德国太阳能电池片厂家已经证实40uM厚的单晶硅可达到20%的转换效率。

3、什么是多晶硅太阳能电池板

答：

在制作多晶硅太阳能电池时，作为原料的高纯硅不是再提纯成单晶，而是熔化浇铸成正方形的硅锭，然后再加工单晶硅一样切成薄片和进行类似的加工。

多晶硅从其表面很容易进行辨认，硅片是由大量不同大小的结晶区域组成（表面有晶体结晶状），其发电机制与单晶相同，但由于硅片由多个不同大小、不同取向的晶粒组在，其晶粒界面处光电转换易受到干扰，因而多晶硅的转换效率相对较低，同时，多晶硅的光学、电性能及力学性能一致性没有单晶硅太阳能电池好。

多晶硅太阳能电池实验室最高效率达到20.3%,商品化的一般为10%-16%，多晶硅太阳能电池是正方形片，在制作太阳能组件时有最高的填充率，产品相对也比较美观。

多晶硅太阳能电池片的厚度一般为220uM-300uM厚，有些厂家已有生产180uM厚的太阳能电池片，并且向薄发展，更以节约昂贵的硅材料。

4、怎么区分单晶硅和多晶硅

答：

多晶片是直角的正方形或长方形，单晶的四个角有接近圆形的倒角，一块组件中间有金钱形窟窿的就是单晶，一眼就能看出来

6、太阳能电池组件分类及制作方法

因为太阳能电池的厚度非常薄，所以其本身易破碎，易被腐蚀，果直接暴露在大气中，其转换效率会因环境的影响而下降，甚至失效；晶体硅太阳能电池单片的工作电压一般为0.5V左右，为达到所需电压及电流的太阳能电池组件，都会先进行相应的串联、并联太阳能电池片，然后经过胶封、层压等方式进行封装成平板式结构再投入使用。

太阳能电池的封装一般有以下几种方式：

环氧树脂胶封太阳能电池组件、有机硅胶封太阳能电池组件、钢化玻璃层压封闭太阳能电池组件，而小店采用的封装方式正是钢化玻璃层压封闭太阳能电池组件。

1、       环氧树脂胶封太阳能电池组件（滴胶板）

环氧树脂封装太阳能电池组件工艺简单、材料成本低，在小型组件封闭上使用较多，一些消费类产品及小型灯具上面使用的都为此种组件。

但环氧树脂抗热、氧老化、抗紫外线老化的性能相对较差。

树脂容易发黄，使用时间一般为一年半至两年左右。

一般3W以下功率的太阳能板才会使用这种封装

2、             有机硅胶封太阳能电池

有机硅胶是一种特殊结构的封装材料，它具有耐高温、耐低温、耐老化、耐紫外线、抗氧化、电绝缘等特性。

有机硅胶是弹性机，在外力作用下具有变形能力，硅片在经受热胀冷缩时不会损坏，不过耐冲击能力差，在封装时，表层需盖钢化玻璃进么保护。

其封装流程与环氧树脂接近，只需增加粘合玻璃的工序。

经过此封装太阳能板使用时间可达到8年左右。

3、            超白钢化玻璃层压封装（层压板）（本产品即用此方式封装）

大功率的太阳能电池组件一般都使用此方式进行封装，此种封装的材料为：

超白钢化低铁玻璃、抗紫外线EVA、耐酸、碱的TPT，以过以下步骤：

激光切片—>焊接负极—>焊接正极（将电池片焊接成串）—>层叠（玻璃-EVA-太阳能电池-EVA-TPT）—>中测—>压层—>固化—>装铝合金边框、接线盒—>终测。

此封装制作太阳能板一般使用寿命可达15年以后，有的甚至达到25年。

层压太阳能板使用了铝合金边框，可以方便的进行组合，增容等，一般使用于大型的户用电源及发电站。

四、太阳能发电系统的组成

太阳能发电系统主要包括：

太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、负载等组成。

其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

如图所示：

1．             太阳能电池组件

太阳能电池组件是发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。

一般根据用户需要，将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵（阵列），再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。

电池板的种类及特点

类型

项目

单晶硅

多晶硅

非晶硅

转换效率

12~18%

10~16%

6~8%

使用寿命

15~20年

15~20年

5~10年

平均价格

昂贵

较贵

较便宜

稳定性

好

好

差（会衰减）

颜色

黑色、深蓝

深蓝晶体状

棕

主要优点

转换效率高、工作稳定，体积小。

工作稳定，成本低。

使用广泛。

价低，弱光性好，多数用于计算器，电子表等

主要缺点

成本高

转换效率较低

转换效率最低，会衰减。

相同功率的面积比晶体硅大一倍以上。

2．             充电控制器

在太阳能发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。

高级的控制器可以同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。

控制器主要功能如下：

1）         过充保护避免蓄电池因充电电压过高而造成损坏。

2）         过放保护避免蓄电池因放电到过低的电压而损坏。

3）         防反接功能避免蓄电池及太阳能电池板因正负极接反而不能使用甚至酿成事故。

4）         防雷击功能避免因雷击而损坏整个系统。

5）         温度补偿主要针对温差大的地方，保证蓄电池处于最佳的充电效果。

6）         定时功能控制负载的工作时间，避免能源浪费。

7）         过流保护当负载过大或短路时，自动切断负载，保证系统的安全运。

8）         过热保护当系统工作温度过高时，自动停止给负载供电，故障排除后，自动恢复正常工作。

9）         自动识别电压对于不同的系统工作电压，自动识别，无须另外设置。

3．蓄电池

蓄电池作用是将太阳能电池方阵发出直流电贮存起来,供负载使用。

在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态。

白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。

因此,要求蓄电池的自放电要小,而且充电效率要高,同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。

蓄电池的种类及特点

类别

项目

锂电池

镍镉电池

镍氢电池

免维护铅酸电池

胶体

普通酸液

充放电特性

无记忆效应,使用时间长,重复充电可达1200次以上。

2小时的急速充电

可以重复500次以上充放电,但是记忆效应明显,使用一定时间后,需完全放电后,才可充电。

没有明显的记忆效应,随充随用，可以重复500次以上充电。

1.2小时的急速充电。

耐深放电,亏电状态下恢复能为极好,不会因若干次亏电而失去容量.寿命长,可达10年.

若干次亏电而失去容量,易使电池报废.使用寿命一般为2~3年.

容量

同等容量的锂电池重量比镍电池要轻50%,单体电压为3.6V

单体电压为1.2V.容量在

200mAh~

14000mAh

单体电压为1.2V,容量是同体积的镍镉电池的1.5~2倍

单体电压有2V,6V,12V,容量5.5Ah~180Ah,2V可达3000AH

单体电压有2V,6V,12V,容量5AH~200Ah,2V可达3000Ah

适用范围

移动通信、报警系统、仪器仪表、日用品等。

太阳能系统、UPS、通信设备（2V）电动车、发电、数据工程等

4．      逆变器

绝大多数用电器，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作，要想这类用电器能正常工作，太阳能发电系统需要将直流电变换成交流电，具有这种功能的电力电子设备称作逆变器。

逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。

逆变器种类及特点

种类

特点

方波逆变器

修正波逆变器

正弦波逆变器

交流电压波形

方波

阶梯波

正弦波

优点

线路简单，价格便宜，维修方便。

比方波有明显改善、高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波，当采用无变压器输出时，整机效率很高。

输出波形好、失真度很低，对收音机及通信设备干扰小、噪声低，此外还有保护功能齐全，整机性能高等优点

缺点

高次谐波多，损耗大，噪声大，对收音机及通信设备干扰大。

线路比较复杂，对收音机和某些通信设备仍有一些高频干扰。

线路相对复杂、对维修技术要求高、价格较昂贵。

五．太阳能光伏发电需考虑的几个因素

太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素，只有掌握了准确的资料后，才能确定电池板的安装方式、最低功率、规格（太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量）及蓄电池的容量、性能及控制方式。

使产品达到最佳性价比。

如果对相关因素的估算失误，就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价。

（1）现场的地理位置.。

包括：

地点、纬度、经度、海拔等。

（2）安装地点的气象条件。

包括：

逐月太阳能总辐射量，直接辐射量（或日照百分比），年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。

（3）最大负载量。

包括：

负载每天工作时间及平均耗电量，连续阴雨天需工作的时间。

（4）负载用电特性

由于太阳能电池阵列输出的电流是直流，如果负载是交流的话，需要经过逆变器的转换，才能正常工作，这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大，从而所需太阳能电池就会增大，导致太阳能供电系统造价增大。

（5）交流负载对电源的要求

交流负载除了需要更大的太阳能电池板外，对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。

一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝，对逆变器要求不高，可用普通的修正波逆变器。

而电视、电动机对电源要求相对要高，需要的逆变器功率及输出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆变器，才能保证负载能正常工作，不受干扰。

负载要求不同，造价也不同。

（6）使用限制

由于部分国家和地区，对蓄电池有特定的环保要求，特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制，还有铅酸电池在运输方面也会受到限制，这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大。

六．太阳能光电产品的一般要求

（1）防水、防雹、防风。

一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装，外框用铝合金封装，能有效抵御冰雹袭击，安装用金属支架固定，能抵御10级以上大风。

（2）防晒、防冻。

一般都有通风、散热窗子，以利于蓄电池散热。

对于冬季特别寒冷地区，蓄电池采用防凝固的胶体电池。

（3）控制保护

为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命，一般都有防反充、过充、过放保护电路控制，避免损坏电池板及蓄电池过早的老化。

（4）零件选择

由于太阳能光电产品使用环境不同，温度相差较大，因此要求零件的工作温度范围要宽。

（5）维护

太阳电池发电系统没有活动部件，不容易损坏，其维护也非常简便。

不过也需做定期维护，否则可能影响正常使用，甚至缩短使用寿命。

一般来说，太阳电池板方阵倾角应超过30度，所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁，在风沙较大地区，应当经常清除灰尘，保持方阵表面的干净，以免影响发电量。

清洁时可拭去灰尘，有条件时可用清水清洗，再用干净抹布擦干。

切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭。

定期检查所有安装部件的紧固程度。

遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气，应及时采用保护措施。

经常检查蓄电池的充放电情况，随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。

在一些简单的系统中应根据蓄能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放电而损坏。

发现有异常情况应当立即检查、维修。

七、太阳能光电产品应用需明确的问题

1．太阳能电池峰值功率

普遍存在的一个问题就是：

认为只要有阳光就可以输出额定功率，100WP的峰值功率，如果在普通光照条件下，照射10小时，就可发电1000WH，也就是1度电，其实太阳能峰值功率WP是在标准条件下：

辐射强度1000W/m2，大气质量AM1.5，电池温度prefix=st1ns="urn:

schemas-microsoft-com:

office:

smarttags"25℃条件下，太阳能电池的输出功率。

（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广东地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为3.3~3.5小时。

在阴雨天，太阳电池也可以产生一定的能量，它的功率大约在额定功率的5-15%

2．太阳能发电损耗

通常误认为：

太阳能电池组件每天输出的电量会被负载全部利用。

实际上，太阳能电池组件安装存在相当大的损耗，大约在15~20%，充电、放电过程中，损耗在20%左右，如果有逆变器，损耗在10%以上，总的来说，太阳能发电利用率大约在50%左右。

总之，所有能量转换过程中，都必须遵循能量守恒的定律，绝对不会无中生有，也不会百分百利用。

3．如何降低太阳能发电损耗

一般来讲，为了尽可能降低损耗，常采取如下措施：

⑴太阳能电池组件倾斜，与光线成垂直角度，一般广东地区倾斜35~40度。

⑵太阳能电池所有组件开路电压、短路电流、工作电压、工作电流等参

数尽量一致，连接电缆尽可能粗些、短些。

⑶蓄电池如果采用串联，所有的单元内阻尽量一致，尽可能小。

⑷为了减少线路间的损耗，条件允许的话，尽可能采用高电压、低电流的方案，这样使线路承受的电流尽可能小，从而降低损耗。

在设计控制电路时，尽可能采用集成化高的、稳定性好的元器件。

附:

一.太阳能光电产品计算方法

下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：

1.首先应计算出每天消耗的瓦时数（包括逆变器的损耗）：

若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

2.计算太阳能电池板：

按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。

其中70％是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。

3.充电控制器的选择：

130W的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。

因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器。

4.蓄电池的选择：

若采用12V的蓄电池，其放电深度为50%，则应使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄电池；若选择24V的蓄电池，则蓄电池的容量应为555Wh/24V/50%=45Ah。

二.太阳能电池的估算与检测

太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。

太阳能电池目前的转换效率一般在14~17%之间，每平方厘米的电池片，其输出功率在14~16mW,每平方米的太阳能电池组件输出功率约120WP.

太阳能电池组件的测试，需用专门的检测设备，在标准的条件下检测。

由于检测设备非常昂贵，一般的检测方法是：

利用碘钨灯或白炽灯，模拟太阳光，比较样品作对比测试，主要检测其开路电压与短路电流，检测的时候注意控制温度，不能超过25℃。

三、基本计算公式

功率=电压X电流（W=UI）用电量=功率X时间（Q=Wh）

四、全国各地光照条件及平均峰值日照时间

表1是不同地区太阳光照条件。

表1

区域划分

丰富地区

比较丰富地区

可以利用地区

贫乏地区

年总辐射量

千卡/m2年

≧140

120-140

100-120

≦100

全年日照时数

≥3000h

2400h~3000h

1600h~2400h

≤1600h

地区

内蒙西部

甘肃西部

新疆南部

青藏高原

新疆北部，东北，内蒙东部，华北，陕北，宁夏，甘肃部分，青藏高原东，海南，台湾

东北北端，内蒙呼蒙，长江下游，福建，广东，广西，贵州部分，云南，河南，陕西

重庆，四川，贵州，江西部分地区

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。

表2

年总辐射量

千卡/m2年

100

110

120

130

140

150

160

170

180

平均峰值日照时数h

3.19

3.50

3.82

4.14

4.46

4.78

5.10

5.42

5.75

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理位置有关。

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天雨照明要求决定。

1、看表面

仔细查看钢化玻璃表面，一般小厂家为了提高生产速度，往往不在意无意间滴落在钢化玻璃表面的硅胶。

不清除的话会降低电池板的发电效率。

2、看电池片

很多不正规的厂家用破碎的电池片拼接，组成看似完整的电池片进行焊接，这种方式存在很大风险，初期可能不是很明显，但是拼接的电池片后期容易再次断开，影响整块电池板的使用。

3、看背面

看背面承压的质量，承压后有没有不平整的情况出现，如气泡、褶皱之类的。

4、看边框

由于太阳能电池板行业进入门槛低，很多小厂家采用人工打框的方式，人工打框由于每次打框的力度不均，打好的框接触紧密程度也不一，造型不成严格的矩形，牢固程度也大打折扣。

5、看硅胶

看背面四周硅胶是否均匀分布，是否紧密渗入背板和边框的缝隙。

6、看焊接

仔细观察电池片的串焊有无漏焊现象。

同时也要看下电池片排列是否规整。

7、看接线盒

最后看接线盒是否牢固，接线盒盖子是否能牢靠、

紧密地贴在接线盒上;看出线电线锁头是否旋转自如，能否收紧。

综上，太阳能电池板的质量把控要点是比较多的，要从细微之处判断质量好坏