太阳能组件测试标准条件.ppt

太阳辐射与AM 本讲目的 弄懂如下概念与含义 太阳辐射 太阳常数 AM1 5 等 什么是太阳 一个炽热气体构成的球体 主要由氢和氦组成 其中氢 H 占80 氦 He 占19 太阳辐射能 地球上所有生物的原动力归根结底都是太阳能 从太阳获取几乎所有能源 包括煤 石油 天然气 太阳能照耀大地有几千万年了的历史了 生物能源来自于阳光下生长的植物 太阳散发的热使水和空气蒸发 水利发电和风能 太阳电池 太阳热电站 太阳能热水器 将太阳辐射直接转换成电能或者热能 每年太阳辐射到地球的能量 1 5 1018kWh 人类消耗的总能量 1014kWh 太阳发出的能量是人类消耗能量的15 000倍 太阳辐射能 太阳辐射 来自太阳的能量 太阳辐射用两种方法来度量 a 功率 瞬时的概念功率的单位 瓦特 W 功率密度 W m b 能量 累计的概念能量的单位 瓦时 Wh 能量密度 Wh m orkWh m 其他名词 辐照度 辐射强度 辐射通量 辐射能流 辐射能 能量密度 太阳辐射能 太阳光谱 波长 频率 能量 光波长 频率 C 光子能量 h 太阳光谱中的可见光 红橙黄绿蓝靛紫5000 8000 500 800nm0 5 0 8 m 太阳常数 太阳常数 1 昼夜 地球自转每转一周为一昼夜地球每小时自转15 2 季节 地球自转轴与地球绕太阳公转椭圆轨道的转轴 法线 夹角太阳光投射到地球上的方向随不同季节变化3 北极 地球公转时 其自转轴方向不变 总是指向地球的北极 4 地球以椭圆形轨道绕太阳运行 故 太阳与地球间距离 日地距离 不是一个常数 每天不一样 5 辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比 I 1 r26 然而 由于日地间距离太大 1 5x108km 故 地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数 误差 年 3 4 7 太阳常数 平均日地距离时 在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能 1367W m2 太阳常数 地球 太阳D 155e9m 1 5e8Km R 6 96 105KmH0 1353W m2称为 太阳常数 到达地面的太阳辐射 1 直达日射 漫射日射 太阳辐射穿过大气层到达地面时 大气中空气分子 水蒸气和尘埃等对太阳辐射吸收 反射和散射 结果 使辐射强度减弱 改变辐射的方向改变辐射的光谱分布 实际到达地面的太阳辐射则由直射和漫射两部分组成 直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射 漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射 它由三部分组成 太阳周围的散射 地平圈散射 及其他天空散射 另外 非水平面也接收来自地面的反射辐射 2 漫射日射的变化范围很大 当天空晴朗无云时 漫射日射为总日射的10 当天空乌云密布见不到太阳时 总日射则等于漫射日射 反射日射一般很弱 但当地面有冰雪覆盖时 反射日射可达总日射的40 3 总日射G 直达日射Gb 漫射日射Gd 反射日射Gr 单位 W m 到达地面的太阳辐射 光伏组件上的太阳辐射成分 晴天 太空到海平面通过空气吸收或者反射 减弱 30 因此在地球海平面处功率密度的最大值 1000W m 1000W m 在太阳能工程上是一个重要参考值 到达地面的太阳辐射 全太阳辐射测量 辐照计 日射强度计 热电堆传感器 气象标准仪 到达地面的太阳辐射 全太阳辐射测量 辐照计 日射强度计 硅传感器 到达地面的太阳辐射 影响到达地面的太阳辐射主要因素 大气层厚度大气层越厚 对太阳辐射之吸收 反射 散射越强 地面接受的太阳辐射越少 大气状况和大气质量好坏 地球表面上太阳辐射光谱 地球表面上太阳辐射光谱 综合1 2 用大气质量AM AirMass 表述 D 大气厚度 Z 太阳斜入射天顶角 d D cosZ 太阳光通过大气层的距离 定义 AM d D 1 cosZ或 secZ 地球表面上太阳辐射光谱 当Z 0 cos0 1 称大气质量为1 AM 1当Z 48 2 cosZ 0 666 AM 1 5 当Z 60 cosZ 0 5 AM 2 这就是我们说的 AM1 AM1 5 AM2 AM0 大气层外上界处 空间科学条件 1367W m2AM1 930W m2AM1 5 844W m2AM2 691W m2 地球表面上太阳辐射光谱 需要强调的是 AM指的是 太阳的光谱分布 而不是光强 这一点一定要正确理解 光强 积分效果 AM1 5G和AM1 5D AM1 5G Global 全辐射 直射 散射 AM1 5D Direct 仅有直射 AM1 5D比AM0少 28 18 吸收 10 散射 AM1 5D比AM1 5G少 10 AM0 AM1 5D AM1 5G AM0 空间太阳能电池 GaAs AM1 5D 聚光电池 40 7 的世界纪录应用此标准 AM1 5G 普通地面应用太阳能电池 AM0 AM1 5D AM1 5G AM0 AM1 5D AM1 5G 可参见美国NREL或NASA网站 测试仪 模拟器 分选仪 仪器好坏标准是光谱模拟 Xenon A级和B级A级比B级更加接近于真实的太阳辐射谱 从此应该更加理解 模拟 两个字的意义了 地球表面上太阳辐射光谱 不同地区 不同季节 不同气象条件到达地面的太阳辐射强度是不相同的 http eosweb larc nasa gov sse 用人造卫星能够获得可靠的辐射图 地球表面上太阳辐射光谱 用人造卫星能够获得可靠的辐射图 太阳能光伏组件安装应当考虑的问题 面向阳光 则最适合接收太阳能辐射 光伏组件应该面向南面 北半球 光伏组件应该从水平面倾斜某个角度 最大年产出能量 倾斜角度 地理纬度冬天产生最大能量 倾斜角度 地理纬度 20度 例 北京的地理纬度是北纬40度冬天环境下 光伏组件应该面向南 与水平成60度倾斜角度 地面太阳电池和光伏组件标准测试条件 STC StandardTestConditionforterritorysolarcells PVmodulesAM 1 5 1000W 25 C光谱 辐照度 电池温度 地面光伏标准测试条件 C Si太阳电池工作原理 理想太阳电池 方程及其等效电路 IPh 光电流 A IS 反向饱和电流 A 近似 10 8 m2 V 二极管压降 V VT 热电压 VT 25 7mV T 25 C m 二极管理想因子 1 5 其中 热电压VT V k 波尔兹曼 Boltzmann 常数 1 38x10 23J K T 温度 K q 电子电量 1 6x10 19As 库仑 理想太阳电池 方程及其等效电路 二极管代表PN 结 理想太阳电池 方程及其等效电路 理想太阳电池的开路电压 理想太阳电池的填充因子 实际太阳电池 方程及其等效电路 Rs 串联电阻Rp 并联电阻 实际太阳电池 I V曲线 特征 最大功率点 MPP 实际上很难达到 高太阳辐射 温度增加 功率输出减小 太阳电池质量的衡量 填充因子 FF Rs 串联电阻 缺陷复合 边缘等 Rp 并联电阻 Si体 表面 导体 接触 I V曲线 辐射光强 开路电压Voc和短路电流Isc是辐射强度G的函数 不同辐射光强得出不同I V曲线 I V曲线 辐射光强 短路电流ISC V 0 ISC随着辐射量正比例增加开路电压VOC I 0 VOC随着辐射量呈对数形式增加MPP处的功率PMPP PMPP IMPP VMPPPMPP随着辐射量G 或多或少 正比例增加 I V曲线 电池光电转换效率 太阳能电池效率P功率单位 WG辐射能 W m2CellArea面积 m2 I V曲线 测试温度 太阳电池I V特