电动自行车的太阳能充电装置研究.doc

序号： 编码： 3A0401B 第八届“挑战杯”河南农业大学大学生课外学术科技作品竞赛作 品 申 报 书作品名称： 电动自行车的太阳能充电装置研究 学院名称： 机电工程学院 个人申报者姓名（集 体 名 称）： 赵兰兰 李向利 徐亚琴 张广伟 李哲 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技制作小发明创造 A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。姓 名赵兰兰性别女出生年月1988年11月申报者情况学 院机电工程学院专业电子信息工程现学历本科年级三学制四 年年入学时间2008年9月作品全称电动自行车的太阳能充电装置研究毕业论文题 目通讯地址河南农业大学校区12号楼304舍邮政编码450002办公电话63558045常 住 地通讯地址河南农业大学校区12号楼304宿舍邮政编码450002住宅电话63554421其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位李向利女24本科河南农业大学机电工程学院徐亚琴女23本科河南农业大学机电工程学院张广伟男21本科河南农业大学机电工程学院李哲男22本科河南农业大学机电工程学院资格认定学院学籍管理部门意 见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的的各类高等院校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否（部门签章） 年 月 日院系负责人或导师意 见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是 否 负责人签名： 年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片），也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称电动自行车的太阳能充电装置研究作品分类（ A）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等） B信息技术 （包括计算机、电信、通讯、电子等） C数 理 （包括数学、物理、地球与空间科学等）D生命科学 （包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E能源化工 （包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等） 作品设计、发明的目的和基本思路本作品通过将太阳能电池组固定到电动自行车车身上，并通过太阳能控制器使产生的电能传输到电动自行车的蓄电池中，实现电动自行车的太阳能充电。创新点、技术关键和主要技术指标既能解决普通电动自行车充电难的问题，又利用了太阳能这一新型能源，低碳环保。通过光伏发电，电子电路，电源系统控制等技术使作品得以付诸实践，并以客观的充电效率以及实际操作性能表现出来。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比，该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）通过本课题的研究，将实现电动自行车的太阳能充电，弥补普通电动自行车的不足。将太阳能电池板嵌入到电动自行车顶棚的设计，在为车载蓄电池满足太阳能充电的同时，可以起到挡雨遮日的作用，现在很多年轻的上班族在满足方便、美观的同时也非常注意保养，随着大气层的破坏，紫外线越来越强烈，炎炎夏日这样的多功能顶棚更显得举足轻重了。通过本课题的研究，将完善太阳能电动自行车安全性，实用性的设计。参考文献：赵争鸣，刘建政，孙晓瑛。太阳能光伏发电及其应用M 。太原理工大学学报 ， 2009， 12（1）：2123肖云来，常瑞甫等。全球可再生能源发展现状与趋势J 。 车孝轩。太阳能光伏系统概论M。 王培良。电动车控制器保护电路研究J 。 赵宏娟。光伏发电系统中逆变电源的原理与实现J 。 作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶 段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的 形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测本作品使用方便，只需在有光照的条件下打开太阳能充电开关，即可将太阳能转换为电能储存到电动自行车蓄电池中，省去了提着笨重的电池充电的环节。随着光伏发电技术的突飞猛进，太阳能组件成本的降低，以及低碳环保的必要性日趋凸显，本作品将会有巨大的市场，一旦太阳能电动自行车得以普及，本作品实现批量生产，产生的经济效益亦是十分显著的。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签章年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写。 2.填写此栏有助于评审。目前太阳能在电动自行车的充电方面有以下几个应用方案：1、固定太阳能充电器式太阳能电动自行车。固定太阳能充电器式太阳能电动自行车的特点：电动自行车的充电能量是由固定式太阳能电站提供的，最理想的方式是用太阳能电池做电动自行车车棚的棚顶。例如在长江中下游地区，普通的电动自行车每公里的行驶大约需要10WH的太阳能电池提供能量支持，对于12Ah/36V的电动自行车蓄电池，它可以支持电动自行车行驶2-3时，大约40-50公里。如果在长江中下游地区，在晴天里一天的时间将这个蓄电池充满电，大约需要255W的太阳能电池。值得注意的是，在不同光照条件的地区，所需太阳能电池功率是不一样的。2、便携太阳能充电器式太阳能电动自行车。这是一种附带太阳能充电器的电动自行车，太阳能充电器可以折叠存放在电动自行车的行李架上，充电时可以取下来，将太阳能电池展开。因为太阳能电池的方向和角度都可以任意随时调整，所以它的充电效率比较高。3、太阳能辅助充电器式太阳能电动自行车。太阳能辅助充电器式太阳能电动自行车的太阳能电池组件，一般建议用比较低的电压，这是因为小功率的太阳能电池组件，如果要直接做成给36V以上的蓄电池充电是需要100多片电池串联的，这在工艺上是不合适的。合理的方法是用比较低的电压组件，然后用DC/DC升压的电路将电压提高后给蓄电池充电。D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写；2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）；3推荐者填写此部分，即视为同意推荐；4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名刘军性别男年龄58职称教授工作单位河南农业大学机电工程学院通讯地址郑州市文化路95号机电学院邮编450002单位电话63554632住宅电话手荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述该作品选题较新颖，贴近生活，在现有的实验条件和技术下，具有一定的可行性和创新性，利用太阳能发电也是未来机动车发展的方向，作品顺利完成后，将具有很大的市场潜力。 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价 该作品使用太阳能电池板，将光能较快速的转化成电能储存在电动自行车电池里，作为辅助的电力来源供电动车使用，克服了普通电动自行车充电难的不足，实现了环保，节能，是未来新能源发展的方向。课题本身可行性强，在现有条件下可以实现，课题本身存在的问题也可以通过技术工作加以改进。其它说明D.推荐者情况及对作品的说明说明： 1由推荐者本人填写；2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组集体推荐亦可）；3推荐者填写此部分，即视为同意推荐；4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名姚传安性别男年龄职称讲师工作单位河南农业大学机电工程学院通讯地址郑州市文化路95号机电学院邮编450002单位电话住宅电话手荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述该作品情况属实！ 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价该作品适合当前社会发展的需求，其潜在市场非常广阔。其它说明学院组织机构确认并盖章 （团委代章） 年 月 日 学院确认盖章 （学院行政公章） 年 月 日校指导委员会资格和形式审查意见 合格 不合格审查人（签名） 负责人（签名） 年 月 日E校评审委员会审意见预审意见评委（签名）： 负责人（签名）：年 月 日终审意见评委（签名）： 负责人（签名）：年 月 日G科技发明制作类作品说明（附件）打印或粘贴处目 录1. 设计背景12 1.1 能源与环保12 1.2 太阳能特点 13 1.3 太阳能利用现状14 1.4 发展前景162. 产品原理21 2.1 太阳能发电原理21 2.2 多晶硅太阳能电池板光电转化原理23 2.3 产品优势25 2.3.1 采光效果 25 2.3.2 太阳电池制作工艺 272.3.3 太阳电池使用寿命 272.3.4 太阳能电池板面积的选取 27 2.3.5 目前太阳能电动自行车可行的充电方案 323. 修正和调整 354. 总结 36 371.设计背景1.1 能源与环保随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，但是与此同时人类社会的负担和责任也随之增加。能源是国民经济和社会发展的基础，社会经济发展的越快，人类对能源的需求就越大，利用能源时可能对环境造成较大程度的破坏。目前世界的主要能源是由吸收太阳能的植物经亿万年演化积累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然气等。正是由于上述原因，世界能源问题日益严峻，表现在如下方面：1.1.1 能源短缺世界上大部分国家能源供应不足，据统计近10年内化石燃料（煤、石油与天然气等）能量消耗增加了近20倍，预计今后10年化石燃料的用量将翻一番，但全球已探明的石油储能只能用到2050年，天然气也只能延续到2040左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。1.1.2 环境污染由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，局部地区形成酸雨，严重污染水土。1.1.3 温室效应化石能源的利用产生大量的温室气体而导致温室效应，引起全球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程，有关国际组织已召开多次会议，限制各国CO2等温室气体的排放量。能源问题关系到经济是否能够可持续发展。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的极大关注。现在人们常用的一次能源有煤炭、石油、原子能等。占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。据有关资料显示：石油储量的综合估算，可支配的化学能源的极限大约为11801510亿吨，以1995年世界石油的开采量32亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭；天然气储备估计在13180-152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在57-65年内枯竭；煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为3亿吨，可以供应169年；铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期，核聚变在2050年前没有实现的希望，能源短缺的形势很严峻，当前世界多数国家对能源问题都很重视。新能源技术及节能技术在世界范围内迅速发展，太阳能、绿色生物能、燃料电池、海洋能等新能源的研究与应用为人们描绘出希望。其中太阳能应用技术以其独特的优势在全世界蓬勃发展，使人们在能源危机的焦虑中，感到不少欣慰。1.2 太阳能特点1.2.1 供给量丰富：地球每小时从太阳获得的能量为1.48*1017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太阳能。1.2.2 清洁干净：化石燃料的使用会形成大量污染气体，如CO2和SO2，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。1.3 太阳能利用现状1.3.1 各领域太阳能利用为进一步的研究与设计工作提出导向；通过概念设计引起更多的人来关注绿色设计以及增强对绿色能源 太阳能利用的意识。之一。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池的种类也不同，但是不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：l、半导体材料的禁带不能太宽；2、要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。中国企业生产的基本上都是多晶硅太阳能电池，其主要原料为多晶硅。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。现实可见的已投入使用的光伏发电有以下几个方面：1.3.2 太阳能技术在电动车中的应用特点太阳能电动车是在传统的电动车主要构件，储电器蓄电池和电机的基础上增添太阳能电池板，将太阳能转换成电力，储电器把太阳能变成的电能储存起来。从太阳电池的输出特性看，由于太阳电池电压处于0V 范围内表现为恒流特性，相当于一个恒流源，不适于驱动直流电机，所以电动自行车都需要配有蓄电池，它可以给直流电动机提供瞬间大电流 。因此，太阳能技术在电动车中的应用一方面提供车体启动时产生较大的启动电流，另一方面提供电能，弥补蓄电池的电量不足或减少蓄电池的使用。车的行驶只要控制流入电机的电流就可以解决。太阳能电动车的开发主要体现在3个重要的技术环节：太阳光转化为电能、电能的储存以及将电能最大程度地发挥到动力上。太阳能电动车设计应充分考虑太阳能电池、电动车驱动特点。目前，国外太阳能电动车的设计出了对太阳能的利用外，还大量结合材料、电子、能源的多种新技术，太阳能电动车的设计随着太阳能、电动技术的成熟，其研发方向也从原先偏向高科技技术，如高性能的太阳能的太阳能汽车，转为具有一定的商业价值、民用的交通代步工具。其设计也开始更加注重美学元素，运用造型原理恰到好处的将突兀的太阳能电池与车体造型有机的 合起来，更加趋于个性化的造型设计和乘坐的舒适性设计以满足现代消费群体的个性化需求。国内，太阳能技术、太阳能电动车的开发技术近年来也得到了突飞猛进，与汽车相媲美的高速太阳能汽车不断出新，也有相当的太阳能电动车走向市面。但是，太阳能电动车在设计上偏向于技术实现，而造型艺术上表现薄弱。1.4 发展前景1.4.1 多晶硅市场形势分析中国是世界上最大的太阳能电池制造基地。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%。从2004年至今，全球多晶硅价格经历了一个“过山车”式的震荡过程。具体市场统计如下图所示：1.4.2 多晶硅与非晶硅、单晶硅的综合比较在多晶硅行业在遭受阵痛期，非晶硅开始受到资本追捧。非晶硅和多晶硅是制造太阳能光伏板的两类主要原料，也是光伏发电领域里的两大主将。非晶硅薄膜太阳能电池（简称非晶硅电池）的制造方法有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法等，采用上述方法可将甲硅烷气体在玻璃、塑料或金属箔等衬底上沉积成一层薄膜。与多晶硅太阳能电池相比，非晶硅电池具有制备工艺简单、原材料成本低等优势。同时具备低温大规模生产、抗幅射性、可任意弯曲、重量轻、坚固耐用等优点。然而，相比多晶硅电池，非晶硅电池组件虽然表面看成本较低，但从整个生产系统成本来计算，其优势并不明显。从技术成熟度来看，非晶硅电池与多晶硅电池相比还有不小的差距，而转化效率和使用寿命都不及多晶硅电池。即使非晶硅电池最大的成本优势，在生产中也面临着挑战。原因是虽然非晶硅电池的原料成本低，但加上在生产过程中同步产生的设备成本、运输成本，其系统成本相比多晶硅电池并不具有明显优势。生产非晶硅电池组件的设备要比生产多晶硅电池组件的设备成本高出四五倍，非晶硅电池片的转化效率平均在10%左右，而多晶硅电池片的转化效率平均在17%-20%。非晶硅电池未来的确是具有前景的技术，但至少在最近一段时期还很难与多晶硅电池相竞争。由于新能源技术发展极为迅速，非晶硅电池的技术前景虽然不错，但由于技术尚不够成熟，使用寿命和转换效率偏低。太阳能电池组件的寿命是由其发电效率决定的。多晶硅太阳能电池板：PN结的结合程度和硅片的纯度决定了太阳能电池在同样光的照射下产生电能的强度，随着时间的推移，PN结会不断破裂，这样效率会不断下降，15年后转换效率为90%以上，25年后将下降到80%左右，所以太阳能电池组件的寿命基本在二十年以上。非硅晶太阳能电池板寿命比较短，主要看生产的生产工艺还有使用的环境，短的2到3年长的5到8年。近年来，多晶硅太阳电池份额已远远高于单晶硅的市场份额，由两年前50/50的比例发展到去年的52/48导致这一发展趋势的原因是多晶硅片的生产能力远远大于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。多晶硅太阳电池是以多晶硅为基体材料的太阳能电池，它省去了生产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。我国多晶硅产业的蓬勃兴起得益于全球光伏产业的井喷式发展，旺盛的市场需求极大地推动了我国多晶硅产业的发展，在短短的几年时间里，我国多晶硅产业能够如此快速地发展起来，而且与国际先进水平的距离在逐渐缩小。1.4.3 新能源的利用与开发目前世界的主要能源是由吸收太阳能的植物经亿万年演化积累而形成的化石能源，如煤炭、石油、天然气等。随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，各种污染，温室效应逐步制约着人类生活水平的提高，不可再生能源开发和利用接近极限，新能源的开发和利用逐渐崭露头角。太阳能作为之中之一，更是得到大众的喜爱。另外，由于当前世界人口众多，就中国国内而言，电动自行车年产销量高达几亿辆，这种设计一旦投入批量生产，规模之大，影响之广，效益之高将无法估量。1.4.4 顶棚是的设计理念“楼房是安全的，宝马是气派的”。在当前天气突变，飞沙走石、紫外线照射强烈的天气状况下，对于大多数骑自行车、电动车出行的人而言，在外也能避免这些脏、乱、差的环境无意是大众之所求。因此，我们这种顶棚式的设计装置，在解决相关问题的前提下势必更受广大消费者的青睐。1.4.5辅助充电装置对蓄电池的间接保护太阳能辅助充电装置主要组成部分是光伏组件，多功能控制器，外加电动自行车的蓄电池和电动机，其中，多功能控制器在满足控制充电的条件下，防止了光伏组件对蓄电池过充电和使用过程中的蓄电池过放电对蓄电池的损伤，有效地保护了蓄电池。从长远角度来看，增长了电动车蓄电池的寿命。2.产品原理2.1 太阳能发电原理太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。1） 太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。2） 太阳能控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。3） 蓄电池电动自行车所用蓄电池一般为铅酸电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 当然，在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，恰如我们用于电动自行车上将不同电压值转换成48VDC的电能。因此，为了完成太阳能充电辅助充电，我们需要太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组、DC-DC电路转换器等部件组成的原理图：2.2 多晶硅太阳能电池板光电转化原理2.2.1 n型半导体和P型半导体大家都知道，硅原子的最外层电子数为4，可以像碳那样形成四面体网状结构的晶体硅，其中硅原子之间以SiSi键或非极性共价键结合。（如图1) （如图2)当晶体硅中掺人比硅原子最外层电子数多1个的磷原子时，因为晶体硅结构所限，每个磷原子只能和周围的4个硅原子形成4个共价键，多余1个可以用来导电的自由电子，得到富电子的n型半导体；掺入比硅原子最外层电子数少1个的硼原子时，因为晶体硅结构所限，每个硼原子和周围的4个硅原子结合时只能形成3个共价键，留下一个空位叫做空穴，得到缺电子的P型半导体或空穴半导体。如果有个自由电子过来填补了空穴，这个自由电子原来的位置就空出来，形成了新的空穴，因此空穴只是自由电子移动后留下的空位而已，自由电子和空穴的移动方向正好相反，说白了就是自由电子在移动半导体pn结晶体硅本身呈电中性，掺人三价元素杂质后的P型半导体仍然呈电中性，因为掺入的三价元素的原子本身也呈电中性，所以掺杂后仍然是电中性；掺人五价元素杂质后的n型半导体仍然呈电中性，因为掺人的五价元素的原子本身也呈电中性，所以掺杂后仍然是电中性；无论什么半导体，之所以呈电中性是因为电子带的总负电荷数与原子核的总正电荷数始终相等虽然P型半导体和n型半导体都是电中性的，但将P型半导体和n型半导体相互叠加在一起时，二者交界处的一边空穴多，另一边自由电子多，所以空穴和自由电子会向浓度低的方向扩散，就组成一个半导体pn结它是硅太阳能电池的元件，是现代电子和信息产业的主要基础2.2.2 太阳能电池工作原理模型当太阳光照射在半导体Pn结上时，用导线连接起来形成闭合回路，被太阳光激发的自由电子在Pn结电场的作用下，自由电子由P区流向n区，空穴由rl区流向P区，就会发生自由电子定向移动而形成电流，导致光生伏打效应，如图是太阳能电池的工作原理。2.3 产品优势2.3.1 采光效果太阳电池板吸收波长范围是320-1100nm的光，对超过1200nm的红外光具用很强的反射能力。本图是不同材质的板接受太阳能的转化能力：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能辐射照度（600-1000w/m2）,但是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。1）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AMI.5不变的情况下，太阳光强在10W/m2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，电流有两部分组成，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。因此Rsh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能电池的并联电阻。经过对材料、工艺不断地研究和优化，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应相近的多晶硅太阳电池。多晶硅太阳电池封装成的组件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，实验结果完全符合标准要求。同时对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。2）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，叫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。2.3.2 太阳电池制作工艺太阳电池组件是将单体太阳电池串、并联和严密封装成的，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设备的电压要求，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。2.3.3 太阳电池使用寿命 常规晶体硅太阳电池使用寿命一般承诺20或25年（一般组件出厂有质保书，保证什么时候衰减到多少），晶体硅太阳电池片由于晶体生长过程中引入杂质，对电池片的初期光照会导致其中的掺杂剂和氧、铁等杂质形成复合中心，从而使硅片的少子寿命降低，引起电池转换效率下降，发生较大幅度的光致衰减。另外还与封装材料的退化有关。衰减趋势应该和非晶硅类似，初期衰减大，以后衰减慢。2.3.4 太阳能电池板面积的选取1）目前生产太阳能电池产品种类和规格很多，对于蓄电池来讲一般有6V、12V、24V的。那么如何将太阳能电池和蓄电池配接起来？通常来说太阳能电池的额定输出电压要比蓄电池高1.31.5倍，这是因为蓄电池的充电效率决定的，因为太阳能电池的充电，不象使用市电给蓄电池充电一样有较大的选择余地，况且它在给蓄电池充电的时候功率波动比较大，这要先考虑太阳能电池的成本问题。假如蓄电池的充电时率选择在C10,充电的补偿值定位1.4倍，那么一个额定12V电压的蓄电池应当选配的太阳能电池的电压应该在12V1.4=16.8V左右的太阳能电池，这个电压值已经接近蓄电池的极限充电电压。用太阳能电池给手机电池充电也是一样的，充电的电压越高则充电的功率就会越大，那么其他的充电时间和充电补偿值就要另外计算。 在太阳能电池的与蓄电池并联充电时,还要注意防止树木和建筑物的遮挡照射太阳能电池的光线，或在阴天和夜晚时太阳能电池不能发电，所以在电路中一定要串联一个整流二极管防止太阳能电池在电压下降或者不发电时蓄电池对太阳能电池逆放电，并联使用二极管时注意选择内阻一致。 对于大功率的太阳能电池组件(小功率就免了)。为防止太阳能电池在强光下由于遮挡造成其中一些因为得不到光照而成为负载产生严重发热受损,最好在太阳能电池组件输出端的两极并联一个旁路二极管，旁路二极管的电流值不能低于该块太阳能组件的电流值。 太阳能电池的一个单片为一个PN结。单片电池的开路电压在0.45V0.6V之间,一般情况下电压为0.5V,电池串联的片数越多电压越高;单片电池的电流取决于单个PN结实际受光面积,其短路电流一般为1530mA/平方厘米，面积越大或并联的片数越多则电流越大。太阳能电池的最大功率Pmax=开路电压短路电流，这是它们的理想功率，而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率Pm。实际中额定功率是小于最大功率的，主要是由于太阳能电池的输出效率u只有70%左右。在使用中由于受光强度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作，则负载的额定功率为Pr=0.7Pm。如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则电池的功率为：Pm=1.43Pr。就是说太阳能电池的功率要是负载功率的1.43倍。在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。1） 蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量M发电功率（最大输出功率）有效光照时间发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘积，因此计算公式为：C=IH(单位Ah，就是额定1A的电流放电一小时)。那么太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公式:P=IU演化为:P=Iuh/h=CU/h。根据上面的公式可以计算出蓄电池的容量，在计算过程中为了更加准确，还要考虑蓄电池的充电效率。蓄电池的充电效率一般为65%80%之间，其充电效率的高低取决于充电的方式，即充电的速率和电池内部的活性物质的利用率等客观条件,一般的经验是充电效率的高低按照充电时间率和电流率来分别选取。充电时间越长电流越小，电能安全的转化效率越高，其补偿值就越高；充电时间越短则电流越大安全电能的转化越低，如附表：充电时间段时间率电流率电流补偿值20小时以上C200.05C1.501.5515小时左右C150.07C1.451.5010小时左右C100.1C1.401.455小时左右C50.2C1.351.401小时以下C11C1.201.30例如:有一块单晶硅电池的组件，最大的输出功率Pm(额定功率)为25W，峰值电压(额定电压)Ump为17.2V，峰值电流(额定电流)为1.45A，开路电压为21V，短路电流为Isc为1.5A，某地区有效光照时间为12小时，求太阳能电池一天的发电量和所需的蓄电池的容量。已知:Pm=25w,h=12h,U=17.2V,太阳能电池的发电效率为:u=0.7,蓄电池的补偿值为n=1.4太阳能电池的发电量:M=Pmhu=25120.7=210W按上诉公式:C=Ph/U=2512/17.2=17.44Ah那么实际的蓄电池的有效容量要在C=17.44/1.40=12.46Ah以上所以在实际中我们可以选择14Ah左右容量的蓄电池。 在我国南方和北方的地区由于地理纬度上的差异，夏季和冬季的太阳日照时间可以根据下面的公式计算:H=120.09,H表示日照时间、12为日照平均时间、0.09表示地理上的经度纬度的差异、表示所在地的地理纬度、夏季取,冬季取。光照效率一般在夏季取0.8左右，春秋季取0.7，冬季取0.50.6，这样有效光照时间就为:h=H光照效率2.3.5 目前太阳能电动自行车可行的充电方案1)固定太阳能充电器式太阳能电动自行车。固定太阳能充电器式太阳能电动自行车的特点：电动自行车的充电能量是由固定式太阳能电站提供的，最理想的方式是用太阳能电池做电动自行车车棚的棚顶。例如在长江中下游地区，普通的电动自行车每公里的行驶大约需要10WH的太阳能电池提供能量支持，对于12Ah/36V的电动自行车蓄电池，它可以支持电动自行车行驶23小时，大约4050公里。如果在长江中下游地区，在晴天里一天的时间将这个蓄电池充满电，大约需要255W的太阳能电池。值得注意的是，在不同光照条件的地区，所需太阳能电池功率是不一样的。2)便携太阳能充电器式太阳能电动自行车。这是一种附带太阳能充电器的电动自行车，太阳能充电器可以折叠存放在