光伏太阳能介绍.doc

本文由便便拐四圈贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 太阳能光伏基础教材 1太阳能 太阳是个不停燃烧的巨大火球，表面温度约 6000 内 C, 部温度 1.5*107 以上，它所产生的能量是以电磁波的方式向外 C 输送，称为太阳辐射；太阳想四周所有方向发出的总辐射能量大 约 3.75*1026W，其每平方厘米的太阳表面，每秒钟放出的能量， 相当于燃烧 1.3 亿吨的煤所产生的能量；距离一亿五千万公里的 地球接受太阳能的总量约为 1.8*1018kWh/年，仅为太阳总能量 的 1/2.2*109,但全年能量仍有相当于一百亿亿度的电力，为世界 年消耗能源的 12000 倍。太阳的年龄约为 51 亿年，它还可以继 续燃烧约 50 亿年。 太阳能之所以能成为一种有希望的能源，是因为其具有 以下特点： 1.供给量丰富：地球每小时从太阳获得的能量为 1 48X1017 卡，其中 30被直接反射回去，70则被地面吸收。 据统计，世界全年的耗能总量，只相当于 30 分钟降落于地球的 全部的太阳能。 2.清洁、干净：化石燃料的使用会形成大量污染气体， 如 C02 和 S02，原子能发电会给地球和人类造成潜在的核污染。 而利用太阳能直接发电，不影响地球的热平衡，在确保能量供给 的同时解决环境污染的问题. 3.太阳能的分散性：太阳光尽管辐射全球，但每单位面 积上的入射功率却很小。要得到较大的功率，需要庞大受光面积 的发电装置。对于小功率发电问题不大，但对于大功率发电，要 涉及的设备的材料、结构、占用土地等的费用问题，目前投资比 其他能源高得多。 4.间歇性：太阳的高度角一日内及一年内在不断变化， 且于地面纬度有关，即使没有气象的变化，太阳辐射的变化也相 当大。因此，太阳能利用的随机性很大。利用太阳能发电必须有 相当容量的贮能设备，如蓄电池等，这不仅增加了设备及维护费 用，也限制了功率的规模。 总的来说，太阳电池有许多优点，但在实际应用时，也 存在着许多问题，如：密度低(照射于地面的太阳能的最大密度 为 1KWm2)，单位面积效率低，供给不稳定。因此，在考虑太 阳能的利用时，不仅要从技术方面考虑，还要从经济、生态及国 家建设的整体方针来研究。 11 地球大气层与太阳光波的关系 太阳光波从宇宙空间进入地球大气层，受到大气的吸 收、散射和折射作用。不同的大气状况（大气成分、结构、现象 及其各种物理过程中和化学反应机制等差异；大气温度、温度、 密度、压强等的梯度和大气湍流等）和光波在大气传输的程长等 因素对不同波段的光波吸收、散射及重发射等不同；不同波段的 光波对不同状况的大气的穿透能力也不同。波长大于辐射大气衰 减主要由分子造成；波长小于 4 的则分子散射起了很大作用。 考虑到太阳能光伏电池具有吸收某一波段的太阳光子能 量的事实，我们试图使其吸收通过不同大气窗口的太阳能波段。 利用了红外和紫外滤光片，这样的设想得以很好地实现。虽然在 大气窗口处光波仍受到大气的吸收和散射，但不同窗口处大气的 成分与吸收带不尽相同。另外，在不同的气候条件（季节、天气 等）、地理位置（海陆等）与太阳高度角时，大气成分及其比例 也不尽相同。上述等原因造成了在任一时刻、地域，大气运动状 况不同的情况下，地球大气层对同一波段的光波的吸收散射等情 况也不尽相同。因此在太阳辐射量一定的情况下，不同时间段， 不同经纬度，不同气候时，传输至地面的太阳光子能量往往是有 差异的。 具体分类如下： 光波吸收物结论 紫外线 O2、云、雾、雪晴天紫外的变化就是臭氧层的变 化。可利用接收紫外线强弱研究臭氧层变化。 可见光云、雾、雪、气溶胶、SO2 红外线 H2S、NH2、N2O、O3、云、雾、雨等红外线 对云雾的穿透力比可见光强。 1.利用红外线观测低空水蒸气含量进行天气预报。 2.晴天利用红外线观测大气 CO2 含量，估计温室效应。 3.晴天利用红外线观测大气污染的情况。 在太阳能光伏电池接收到的波段中，有的波长区是被大 气吸收无法到达地面的。但仍有可能透达大气的红外线和可见光 波区，即大气窗口。大致分为以下四个： 波长（m）透过波段吸收物 0.31.5 全部可见光，部分紫外和近红外 O3、云、雾、 雪、气溶胶等 2.73.2 部分近红外 H2O 4 附近部分近红外 N2、CO2 8-14 远红外 CH4、CO2、O3、HNO3、H2O 即使在没有雾、灰尘或其他特殊物质的大气中，也不存 在完全透明的大气窗口。在窗口内仍有许多非常弱的吸收线和中 心位于窗口外的非常强的吸收线的边翼。我们试图利用这些窗 口，通过在地面上接收到的各波段的太阳辐射能量的多少，来研 究地球大气层的状况及大气中 O3、CO2、H2O、N2O、SO2 等 物质的增减。 太阳辐射强度和太阳常数 太阳辐射强度就是太阳在垂直照射情况下，在单位时间 （一分钟、一天、一个月或者一年）内，一平方厘米的面积上所 得到的辐射能量。如果在特定的情况下测量太阳辐射强度，就叫 做太阳常数。也就是说，在地球大气层的上界，由于不受大气的 影响，太阳辐射能有一个比较恒定的值，这个数值就是太阳常 数。它指的是在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直 于太阳光线的单位面积上，在单位时间内所接受的太阳辐射能 量，就称为太阳常数。它是用来表达太阳辐射能量的一个物理 量。根据 1981 年 10 月在墨西哥召开的“世界气象组织仪器和观 测方法委员会第八届会议”通过的最新数值，太阳常数取值为 1367W/m2） 11 地面太阳光谱 地球大气层外接受到的太阳辐射，未受到大气层的反射 和吸收，称为大气质量为 0 的辐射，以 AM0 表示。太阳辐射在 到达地球之前，被大气层中的气体分子及悬浮微粒所吸收、散射 和反射而被削弱，这种削弱还与穿透大气层的距离有关，这又决 定于太阳辐射的方向。通常，以 AM1 表示垂直于太阳入射方向 上单位面积上得到的太阳光谱。AM1.5，AM2 等分别表示不同 方向得到的太阳光谱。下图(a)表示大气质量与入射角度的关 系。虽然可用 AM1、AMl5、AM2 等来表示大气对太阳辐射的 影响，但实测表明，即使大气质量相同，所得光谱各异。为统一 标准，一般都采用美国 ASTM 地面用光伏电池的辐射光谱作为 电池地面应用的测试标准：AMl5 曲线中不连续部分为各种不 同大气组分对太阳光的吸收带，如下图(b)所示；AMl5 光潜积 分能量为 835W/m2。 2太阳电池 21 太阳电池的应用 1太阳电池的空间应用 由于太阳电池与化学电源相比具有功率高、寿命长、可 靠性好、应用方便等优点，在长期飞行的空间飞行器上，太阳电 池是理想电源。其电源系统由太阳电池方阵、蓄电池组、充电控 制器及配电的调节线路和负载等组成。 2.交通运输 太阳电池在航道、铁路等交通系统得到广泛应用，主要 用作交通标志、道路照明和航道指示等。 3农牧业 在缺少交流电源的广大农牧业地区，常采用太阳电池为 农牧业的小型用电设备解决电源供应问题主要有抽水泵、黑光灯 等。 4通讯太阳电池在偏僻的山区、分散的海岛、辽阔大草 原是通信设备的主要电源。主要用于微波中继站、电视和通信机 站等。 5电力 用于在无电地区建立大型地面发电系统和户用小型发电 系统。 6.其他 消费性电子产品、游船、汽车、草坪灯等。22 太阳电 池产品的特性 多晶硅太阳电池产品具有如下特点： 1.采用氮化硅怍减反射膜，增强太阳电池对阳光的吸收 率，同时对太阳电池有很好的表面体内钝化作用，提高了少数载 流子的寿命。减反膜的颜色可满足顾客的要求，适用于不同的场 合。 2.采用了体内吸杂技术和背面场技术，提高于电池的转 换效率。 3.电池具有与单晶硅相同甚至更高的转换效率，保证 20 年无衰减。 4.内应力小，易于切割和光焊。 5.安装简便，不需要高度技术和大量工程材料：安装后， 不需日常维护：以太阳光线为能量来源，运行费用为零。 23 太阳电池的材料 晶体硅太阳电池在光伏行业中占主导地位市场份额超 过 90，而近年来，多晶硅太阳电池分额已远远高于单晶硅的 市场分额 由两年前 50/50 的比例发展到去年的 52/48 导致这 ， ， 发展趋势的原因是多晶硅片的生产能力远远大大单晶硅片的生 产能力以及多晶硅太阳能电池转换效率不断提高。多晶能太阳电 池是以多晶硅多品硅儿基体材料的太阳能电池，它省去了生长单 晶硅这一昂贵的工序,所以多晶硅比单晶硅材料便宜得多。多晶 硅与单晶硅之间的主要差别在于存在晶粒间界，在晶界处存在位 错、杂质等能引入分布在禁带中的深能级的缺陷。一方面作为界 面附近的载流子，形成具有一定宽度的耗尽层和势垒，增大了串 联电阻，对填充因子不利。另一方面作为俘获中心俘获电子和空 穴，降低收集几率，对开路电压和短路电流不利。但随着对多晶 硅材料理解的不断加深和太阳电池生产工艺技术不断进步，目前 生产出的多晶硅太阳电池转换效率已接近单晶硅电池。采用铸造 多晶硅片为电池生产的基本材料，有效的采用了提高太阳能电池 转化效率的技术途径，太阳电池的转换效率达 14%。 24 太阳电池原理 一般的太阳电池是以掺杂少量硼原子的 p 型半导体作为 基体材料，采用高温热扩散的方法，将浓度高于硼的磷掺入 p 型 基体内形成 p-n 结，此结区则是由带正电的受主离子和带负电的 施主离子组成，在此正负离子所在区域内，存在着一个内建电 场。当太阳光照射到半导体时，光子所提供的能量会在半导体中 激发出电子-空穴对，电子与空穴受到内建电场的影响，空穴沿 电场方向移动，电子向相反方向移动，用导线将此太阳电池与负 载连接，形成回路，就会有电流流过负载，这就是太阳电池的工 作原理。 25 太阳电池的制造 太阳电池的制造原理包括去除损伤层、扩散制结、等离 子边缘腐蚀、去磷硅玻璃、沉积减反射膜、制作电极等主要工序。 一股来说，结特性是影响光电转换效率最主要的影响因素，电极 除影响电性能外，还关系到硅太阳电池的可靠性和寿命长短的问 题 减反射膜则使电池输出功率进一步提高 主要工艺原理如下： ， 。 1去除损伤层 由于硅片制作过程采用多线切割法，因此硅片前后表面 存在巧微米左右的损伤层，采用碱腐蚀的方法将其去除，化学反 应如下： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 为加快反应速度，溶液须加热至接近沸点。 2.扩散制结 采用 POCl3 液态源开管扩散制结制出的结均匀性好， 方块电阻的不均匀度10s。扩散过程中所发 生的化学反应为： 4POCI3+302(过量)2P2O5+6C12(气) 2P2O5+5Si5Si02+4P 3.等离子体边缘腐蚀 扩散过程中，在硅片的周边表面也形成扩散层，使电池 短路，须去除：利用辉光放电中氟离子与硅发生化学反应，产生 挥发性的产物 SiF4，达到边缘腐蚀的目的化学反应为： CF4+O2F*+O*+COF*+COF2*+CO+ 其中，COF*寿命较长，COF*F*+CO Si 十 4F*SiF4（气） 4.去磷硅玻璃 用化学除去扩散层 Si02 与 HF 生成可溶于水的络合物 SiF4 从而使硅片表面的磷硅玻璃(掺 P2O5 的 SiO2)溶解，化学 反应为： SiO2+6HF=H2(SiF6)+2H20 5.减反射膜沉积 采用等离子体增强化学气相沉积技术在电池表面沉积 层氮化硅(SiN)减反射膜，由此种方法制备的 SiN 薄膜含有大量 的氢原子，因此在增强对光的吸收性的同时，氢原子对太阳电池 起到很好的表面和体内钝化作用，从而提高了电池的短路电流和 开路电压。等离子体中所发生的化学反应为： SiH4 十 NH3SiN:H+H： 6.丝网印刷电极 采用丝网印刷纯银浆形成正面电极、背面丝印纯铝浆和 银铝浆分别形成背面场和互连条焊接点，经过高温烧结炉共烧完 成整个电池的制作过程。 26 太阳电池的电学特性 261 太阳电池的极性 太阳电池为 n+p 型，当太阳电池接受阳光照射时，太 阳能电池输出电压的极性，P 型一侧电极为正，N 型一侧电极为 负。当太阳电池作为电源与外电路连接时，太阳电池在正向状态 下工作。当太阳电池与其他电源联合使用时，如果外电源的正极 与太阳电池的 P 电极连接，负极与太阳电池的 N 极连接，则外 电源向太阳电池提供正向偏压：如果外电源的正极与太阳电池的 N 极连接，负极与太阳电池的 P 极连接，则外电源向太阳电池提 供反向偏压。 262 电池的 I-V(电流-电压)特性 太阳电池的的等效电路如图 1 所示，RL 为外接负载。 Rs 为串联电阻，由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和 电极与硅片间的接触电阻所组成。RSH 为并联电阻(又称旁漏电 阻)，由硅片边缘的漏电阻、电极的漏电阻或体内的缺陷引起。ID 为通过 PN 结的总扩散电流，与 Isc 方向相反，又称为二极管反 向电流(或饱和暗电流)。 RS IIDRSHRL 图 1太阳电池的的等效电路 当 RL 为 0 时，所测的电流为电池的短路电流 ISC，即 太阳电池存标准光强照射下,输出端短路时，流过太阳电池两端 的电流。短路电流与太阳电池面积大小有关，面积越大，短路电 流越大。般而言，1cm2 多晶硅太阳电池的 ISC 约为 32mA 左 右。对于单晶硅太阳电池由于表面金字塔绒面的效果,1cm2 太 阳电池的 ISC 约为 34mA 左右。同一块太阳电池，ISC 与入射 光的辐照度成正比；当环境温度升高时，ISC 略有上升，一股温 度每升高 1 度，ISC 约上升 0.1。 理想的太阳电池，RS 很小，RSH 很大。由于 Rs 和 RSH 分别为串联和并联在电路中，所以在进行理想电路计算时，可以 忽略不计。此时，流过负载的电流为：? IL=ISC-ID 理想的 PN 结特性曲线方程为： = 式中，Io 为电池在无光照时的饱和暗电流，q 为电子电 荷，K 为玻尔兹曼常数，A 为二极管的品质因子。 当 RL 无穷大时，所测电压为电池的开路电压 Voc，即 太阳电池在标准光强照射下，两端开路时，太阳电池的输出电 压。太阳电池的开路电压与光谱辐照度和材料特性有关，与电池 面积大小无关。在标准太阳光谱辐照度下，晶体硅太阳电池的开 路电压在 600mV,左右。当入射光谱辐照度变化时，太阳电池的 开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比；环境温度每上升 1 ，Voc 约下降 2mV。 I ISCA ImM 0VmVOCV 图 3.太阳电池的输出曲线 当 RL 从零变到无穷大时，即可画出图示太阳电池的负 载特性曲线。曲线上的任一点部为工作点调节负载 RL 到某一 值 Rm 时，在曲线上得到一点 M，得到的工作电流和工作电压之 积为最大，此时对应的 Pm 为最大输出功率： Pm=ImVm Imp 为最大工作点电流，Vmp 为最大工作点电压。最大 工作点与原点的连线称为负载线负载线斜率的倒数即为 RL。 评价太阳电池输出特性的另一重要参数是填充因子 FF 定义为最大输出功率与(ISCVoc)之比： FF=PmVocIsc=VmImVocIsc 在定光强下，FF 愈大，曲线愈方，输出功率愈高。FF 与入射光强、反向饱和暗电流、A 因子、串联、并联电阻密切相 关。 263 太阳电池的转换效率 太阳电池的转换效率用表示，即太阳电池最大输出功率 与照射到电池上的入射光的功率之比。 太阳电池的转换效率与太阳电池的结构、PN 结特性、 材料性质、电池的工作温度和环境变化等因素有关。目前世界上 的多晶硅太阳电池在标准测试条件下转换率已达 14%。 264 太阳电池的弱光效应 地面用太阳电池主要工作在地球表面晴天的太阳辐照度 (600-1000W/m2)，但有的用户比较关心太阳电池的暗特性，即 太阳电池的弱光效应。所谓太阳电池的弱光效应即太阳电池在太 阳辐照光谱保持 AMl5 不变的情况下，太阳光强在 10Wm2 以下的情况。 在太阳电池内部产生的电能中，有一部分通过电池的漏 电流而损失。原则上讲，漏电流由两部分组成，即饱和暗电流和 流过 Rsh 的电流。从数量级上讲，饱和暗电流的大小在 10 11A/cm2 左右，可忽略不计。因 Rsh 此的大小决定了漏电流的 大小。 要提高弱光下太阳电池的开路电压，最重要的是提高太 阳电池的并联电阻。经过对材料、工艺不断的研究和优化，采用 氢钝化的方法降低了晶粒间界复合中心的作用，生产出与单晶硅 电池效率相近的多晶硅太阳电池。多晶硅太阳电池封装成的组件 按*不良词语*l215 1993 标准与单晶硅电池组件以相同的条件进 ： 行环境试验和电性能衰减考核，实验结果完全复合标准要求。同 时对该组件进行室内辐照度下电性能测试，测试结果略高于同功 率的夏普单晶组件。因此可以判定，多晶硅太阳电池与单晶硅太 阳电池的寿命内在品质是相同的。 265 太阳电池的光谱响应 太阳光谱中，不同波长的光具有不同的能量，所含光子 数目也不同。因此，太阳电池接受光照射时所产生的光生载流子 数也不同，因此，太阳电池在入射光中每一种波长的光能作用下 所收集到的光生载流子数，与入射到电池表面的该波长的光子数 之比，称作太阳电池的光谱响应，当表面反射率也作为一个参数 来考虑时，则为外光谱响应。太阳电池的光谱响应与太阳电池的 结构、材料性能、结深、表面光学特性等因素有关，并且还随环 境温度、电池厚度和辐照损伤而变化。 对于波长小于 4000 埃的光波，在该波段，光子几乎全 被电池前面 N 区吸收收集效率由结深、前表面复合速度，少 子寿命决定。波长在 5000-9000 埃之间时，体寿命和结深起主 要作用，大部分日照都在这波段内。波长超过 9000 挨，光子 在硅中有较长的穿透深度，这时起主要作用的是电池的厚度以及 后表面的复合速度。 3.太阳电池组件 3.1 组件的特点 太阳电池组件是将单体太阳电池串、并联和严密封装制 成的，这是因为： 1单体太阳电池由单晶硅和多晶硅材料制成，其机械强 度弱，不能承受较大力的撞击，薄而易碎。 2.大气中的水分和腐蚀性气体会慢慢锈蚀和氧化电极， 逐渐使电极脱落，寿命终止，因此须将电池电极与大气隔绝。 3.单体电池的工作电压只有 0.4-0.45V，远不能满足一般 用电没备的电压要求，单体电池尺寸受硅材料尺寸所限，输出功 率小。 因此常将单体电池组合封装成可作为独立电源使用的组 件，我公司所生产的多晶硅太阳电池组件具有以下特点： 1.按国际电工委员会*不良词语*l215：1993 标准进行设 计，确保组件的质量、电性能和寿命要求。 2.组件标称工作电压和标称输出功率可按不同的要求没 计，提供多种接线方式，满足不同的电压输出要求。 3.有足够的机械强度，能经受运输、安装和使用过程中 发生的冲击、震动和其他应力并具有优良的防腐、防风、防水和 防雹能力。 4.组合具有明显的电性能增益。 3.2 组件的结构 太阳电池组件的可靠性很大程度上取决于其防腐、防 潮、防冲击等能力：这就取决于组件封装结构、边缘密封效果和 组件背面接线盒的质量。多晶硅太阳电池组件所采用的封装结陶 为：玻璃一 EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物)一太阳电池一 EVA 一 TPT 膜(耐侯性复合氟塑料膜)层叠封装，再组装导线、接线盒、 边缘密封带和铝台金框架，这种结构中电池和接线盒之间可直接 用导线连接。组件制造过程中所使用的材料、零配件和结构在寿 命上互相一致，不会因一处损坏而使整个组件失效。 3.3 组件的封装材料 组件工作寿命的长短封装材料和封装工艺有很大的关 系，封装件的寿命是决定组件寿命的重要因袭。太阳电池组件封 装材料对太阳电池组件电性能影响较大的相关特性做过研究，其 研究结果直接指导着太阳电池组件的选材和没计，主要封装材料 1.玻璃 采用低铁钢化玻璃(又称为白玻璃) 厚度 3.2mm, ： ， 在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达 91 以上，对于大于 1200nm 的红外光有较高的反射率，其透光率与 波长的关系曲线如图示。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射， 透光率不下降。 2EVA：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度 为 0.78mm 的优质 EVA 膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、 TPT 之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。 3TPT：太阳电池的背面：覆盖物一氟塑料膜为白色， 对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较 高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件 的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的 耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。 4.边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击 能力强。 根据对进口、国产各种不同封装材料的不同组合对太阳 电池组件输出增益的研究得出的结论表明，目前我公司所采用的 组件封装材料对组件输出特性的增益达 8。 3.4 组件的制造 组件制造过程如下： 划片手工焊(焊接汇流条)层叠(玻璃-EVA-电池 EVA-TPT) 中测层压烘箱固化装边框接线盒装配终测 3.5 组件性能测试 我公司组件根据*不良词语*l215：1993 标准要求进行设 计，并根据企业标准的要求进行测试，主要测试项目为： 1.电性能测试：在规定光源的光谱、标准光强以及一定 的电池温度(25)条件下对太阳电池的开路电压、短路电流、最 大输出功率、伏安特性曲线等进行测量。测试结果满足企业标准 的要求。 2.电绝缘性能测试：以 1KV 的直流电通过组件底板与引 出线测量绝缘电阻，绝缘电阻大于 2000 兆欧。 3.热循环实验：将组件置于带有自动温度控制、内部空 气循环的气候室内，使组件的温度在-40一 85之间循环规定 次数，并在极端温度下保持规定时间，监测实验过程中可能产生 的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻以确定组件 由于受温度重复变化引起的热失配疲劳和不同应力的能力。 4.湿热-湿冷实验：将组件置于带有自动温度控制、内部 空气循环的气候室内，使组件完成际准舰定的温度曲线和湿度 厂的往复循环，保持一定恢复时间，监测实验过程中可能产生的 短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻以确定组件承 受高温高湿和低温高湿的能力； 5.机械载荷实验：在组件表面逐渐加载，监测实验过程 中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻 以确定组件承受风、雪或冰雪等静态载荷的能力。 6.冰雹实验：以钢球代替冰雹从不同的角度以一定的动 量撞击组件监测外观缺陷和电性能衰减以确定组件抗冰雹撞击 的能力。 4光伏发电系统 41 太阳电池方阵 为了获得更高的工作电压，可以把组件串联起来。串联 组件的输出电流主要由输出电流最小的组件的输出电流决定。为 了获得更大的输出电流，可以将组件并联使用，并联组件的电压 主要由输出电压最小的组件的输出电压来决定。因此，组件的串 并联是存在损失的，需要进行优化。太阳电池组件的串并联并安 装在支架上，就构成了太阳电池方阵。 42 光伏发电系统 太阳能光伏发电系统由太阳电池方阵、充放电控制器、 蓄电池、直流/交流逆变器等部分组成。如图所示，虚线连接的 是可能的选择： 并网发电 图 6太阳能光伏发电系统 421 充放电控制器 能够自动防上蓄电池组过充电和过放电的设备。由于蓄 电池的过放电和过充电部将严重影响蓄电池的使用寿命并影响 太阳能发电系统的使用效果，充放电控制器在太阳能光伏发电系 统中是不可缺少的；充放电控制器还应具有防止蓄电池外接短路 保护、防上蓄电池断路保护、防止太阳电池方阵反接保护、在夜 间防止蓄电池向太阳电池放电等的功能。允放电控制器，按照开 关器在电路中的位置可以分为串联控制型和并联控制型。按照 控制方式 可以分为开关(单路或多路开关)控制和脉宽调制控制 。 。 充放电控制器的设计和工作参数的选定，对于太阳能发 电系统的有效应用影响很大。太阳能发电系统中的蓄电池是处于 低放电深度的循环充放电的工作状态，通常称之为半浮充制工作 状态。此种工作状态与通常的浮充电工作状态和循环工作状态不 同，一方面要求蓄电池要有较长的工作寿命，一方面要求每一天 都提供足够的电能。 422 直流交流逆变器 逆变器是将直流电转换为交流电的设备。太阳电池和蓄 电池输出的电能都属于直流电。当负载是交流负载时，逆变器是 不可缺少的。逆变器按照运行方式，可分为独立运行逆变器和并 网逆变器。独立运行逆变器用于独立式太阳能光伏发电系统。并 网逆变器用于并网运行的太阳能光伏发电系统，将发出的电能直 接馈入公共电网。逆变器按照输出的波形，又可分为方波逆变器 和正弦波逆变器。方波逆变器的电路结构简单、成本低、但谐波 分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波 逆变器的成本较高，但可以适应各类负载。太阳能电源系统中的 逆变器的转换效率和抗冲击负载的能力是两个非常重要的技术 参数。 4.23 蓄电池组 1.长寿命： 2.充放电效率高： 3.自放电率低： 4.深放电能力强： 5.少维护或免维护 6.工作温度范围宽，特别适合于较低温度条件的使用； 7.价格低廉： 8.便于安装。 用于太阳能光伏系统的蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍 蓄电池。目前得到广泛应用的是固定型阀控密封免维护铅酸蓄电 池。 424 测量设备 又寸于小些太阳能光伏发电系统，只要求进行简单的电 参数测量，如蓄电池电压和充放电电流，测量所用的电压表和电 流表一般就安装在控制器上。对于太阳能通信电源系统、阴极保 护等工业电源和大型太阳能光伏发电站，往往要求对更多的参数 进行测量，如太阳辐照度、环境温度、充放电电量等，有时甚至 要求具有远程数据传输、数据打印和遥控功能，这就要求太阳能 光伏发电系统配备数据采集和微机监控系统。太阳能发电系统中 的测试设备，主要用于检测太阳能电站的运行状态，有条件时可 以进行远程控制。同时，为了研究太阳能电站的实际使用效率 有些研究工作者通过太阳能电站的检测设备收集太阳能电站的 运行数据从而为太阳能电站的建没提供设计依据。 43 光伏发电系统没计 以国家气象局减灾网气象站为例简要介绍一个太阳能 光伏发电站的没汁过程； 1.当地气象地理条件 纬度：34 一 39 度 海拔高度：3000 米 年平均风速：5 米秒 太阳电池方阵面上的年辐射量180 千卡/厘米 2 最长无日照天数：2 天 2单位气象站负载情况 NO 负载名称耗电每日工作时间每日耗电 1 遥测仪(自动站)AC30w24(小时)720(瓦时) 2 微机、打印机 AC330w6(小时)1980(瓦时) 3 照明 AC80w5(小时)400(瓦时) 4 通讯设备 AClOOw12(小时)1200(瓦时) 5 合计 AC540w4300(瓦时) 3.单位气象站所需太阳电池和蓄电池 a.业务每日耗电量为 4300 瓦时24V180AH 其中：24V 为蓄电池的标称电压 b所需太阳电池总充电电流为 180x1.05(5.72xO.85xO.85)46A 其中：1.05 为太阳电池系统综合损失系数： 5.72 为青海当地平均每日的峰值日照时数； 0.85 为蓄电池的充电效率： 0.85 为逆变器效率。 c