第7讲-太阳能光利用..ppt

第七讲太阳能利用，太阳能转换理论，太阳能电池基本特性，太阳能电池介绍太阳能系统，1。什么是太阳能电池？太阳能电池是太阳辐射直接转换为电能的固体电子设备。太阳能电池利用光伏效应(Photovoltaic，PV)将太阳辐射转换为电能。因此，太阳能电池是光伏光电、Voltaic-Electricity太阳能电池单元SolarCell、模块模块模块模块模块、阵列阵列阵列阵列阵列太阳能电池，目前被广泛用作可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的硅基硅太阳能电池。在能源转换和寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池，硅硅硅比单晶硅转换效率低，但价格便宜。单元格(cell)；模块(模块)；阵列(array)、太阳电池装置(SolarCell)是太阳电池的最低组件，是一个芯片，通常面积为4到200cm2的半导体薄片。这些太阳能电池芯片输出电压约为0.5V。为了满足不同电气装置的需要，电压达到10 数百伏，需要将大量的太阳电池芯片串联起来。一般来说，将数十个太阳电池芯片串联或并行连接，然后用铝合金框架固定，表面用高强度半透明玻璃覆盖，就构成了太阳电池模块，并由多个太阳电池组件构成了太阳电池阵列。目前国内外太阳电池电源设备应用，宇宙开发观测卫星，航天器，通信卫星.航空运输用飞机、机场照明标志、航空壁垒灯、地对空无线通信.气象观测无人气象观测站、积雪仪、水位观测仪、地震遥测仪.航线识别航灯，副登记，灯塔，鸟类系统.通讯设备无线通讯器，steptam，电视广播中继站.浓缩产业电气围栏、泵、温室、黑灯、喷雾器、割灯.道路铁路无人信号灯、道路导向器、障碍物闪光、紧急电话.日常生活相机、手表、野营车、游艇、便携式电视、闪光灯、太阳能发电应用领域、宇宙飞船、人造卫星等太阳电池板。在太阳能发电应用领域瑞士主导下开发的世界最大的太阳能飞机“太阳驱动”连续第一次26小时完成了试飞。太阳能发电应用领域，太阳方舟-全长315米，最大位置(两侧)高37.1米，中央高度31.6米，底部宽度13.7米，顶部宽度4.3米，重量3000t。最大功率630千瓦，年功率53万千瓦，预计每年减排95吨。太阳能发电应用领域，德国Freiburg太阳能住宅，太阳能发电应用领域，广场或走廊罩，太阳能发电应用领域，德国，太阳能电池组件可用作遮阳部件，太阳能发电应用领域，德国，太阳能幕墙，太阳能发电应用领域，德国，装饰性太阳能大，2 .太阳电池的种类是？16，材料特性：都是半导体！singlerystalsilicon，multicrystal talsilicon，amoorphos silicon，a-si，(GaAs，InP，ingap)，(CDs光伏转换理论，光源时螺栓效应是光伏转换的基本过程。光电池效应(称为光电池效应)，英文名称：波托博泰效应。是指非均匀半导体或半导体与金属相结合的不同部分之间产生电位差的光。光电-光电转换的基本原理：太阳辐射的光子渗透半导体，产生自由运动的电子和共点，即负电荷粒子和正电荷粒子。半导体P-N结层附近内置有带一个电荷的粒子加速通过，再排斥另一个带电粒子的电场。因此，P-N接头两端的接触电极分别具有正电荷和负电荷。连接外部负荷后，电流通过负荷输出电力。半导体的结构，原子：所有物质都是由原子构成的。原子由带正电荷的质子的一定数量、带负电荷的电子的数量和不带电荷的中子的数量组成；原子核由质子和中子组成，集中原子的全部正电荷和几乎全部质量；电子在不同的能量水平上围绕原子核运动，离原子核最远的电子和相邻的原子相互作用，决定固体的结构。晶体：硅原子有14个电子，最外围有4个电子，称为价电子。大量的硅原子通过价电子结合形成晶体。在晶体中，每个硅原子通常以共价键的形式共享四个相邻的硅原子和四个价电子。通过共价键结合的电子受到外部能量(光或热)的作用，容易摆脱束缚，形成自由电子。半导体的结构，硅原子遵循的量子力学原理：原子的电子分布在分层的每个能量水平；电子必须从低能量水平向高能量水平吸收一定的能量；原子形成晶体时，由于原子之间的影响，一个能级成为一定大小的带，每个带由多个能级组成。原子中最外层的电子或原子带是原子带，通常称为满洲国，是电子所占能量最高的带。一些电子可能因热运动而转移到上面有空的高能量的波段，成为具有导电性的自由电子，具有导电性的电子的最佳波段可能成为导带。价格和引导带之间有一道叫禁带的空隙。频带具有特定的能量，称为频带宽度(或带隙、能量间隙)，Eg表示皮带的最小能量水平和整个皮带的最大能量差异。光的吸收，光照射半导体材料时，能量(Eph)小于带隙(Eg)的光子与半导体之间的左右非常弱，因此，就像半导体是透明的一样，顺利地穿透半导体。但是，能量比带隙(EghEg)更宽的光子与形成共享耦合的电子相互作用，并通过自身的能量破坏共享耦合，形成可以自由流动的电子-孔对。照明时电子-孔对生成，22，光子的能量越高，吸收的位置越接近半导体表面，能量低的光子从半导体表面越深的地方吸收。光的能量和电子-孔对生成位置之间的连接，光电效应：电子转换到这里的腰带后整个区域都留有孔。当光照射在半导体表面时，电子有足够大的能量摆脱原子的束缚，电子从原子圈产生到引导带，在半导体中产生大量的电子共点对的现象称为光电效应。仅当光子的能量大于Eg时，才能达到光电效应。也就是说，能量高于波段宽度的入射光子被电子完全吸收，吸收能量的电子跳出波段，达到引导区域的高能量水平。如果电子最终落在引导区域的底部，光子接收到的额外能量就会向晶格内散热。波段间隙大小决定了太阳电池对光波的选择性，波长大于截止波长的光不能实现光电子转换。半导体的能带图、太阳能电池对半导体材料的薄膜厚度有一定要求，其中光子不是全部被半导体表面吸收，而是从材料的一层厚度逐渐吸收。相同的半导体材料，通常具有较高频率光子的吸收系数，不同的半导体材料，相同频率光子的一般吸收系数不同。例如，要吸收90%以上的光子能量，半导体Si的薄膜厚度必须超过100 电子和孔在没有外部能量源的情况下相遇并合成之前不规则地移动。任何表面或内部的缺陷或杂质都促进复合物的生成。材料的载体寿命：从生成到复合的电子孔对的平均存在时间。硅的典型载体寿命约为1s。载流量扩散的长度：载流量从生成移动到复合的平均距离。硅的扩散长度一般为100 300 m。如果没有移动电子方向的方法，半导体就不能输出能量。因此，正常工作的太阳能电池通常需要一个整流P-N连接才能实现。P-N结，固有半导体：没有杂质的纯半导体杂质半导体：在半导体中加入少量杂质，从而改变导电机制的半导体。n型半导体：它的导电载体主要是电子的杂质半导体，例如添加了5的磷原子p型半导体。其导电载体主要是空腔中的杂质半导体，例如添加了3的硼原子的内置电场。n型半导体和p型半导体接触后，大部分载流量(电子或空心圆点)扩散。p型分区一侧有电子的积累，n型分区一侧有电的积累，一层电芯层p-n连接，这将在p-n接头内产生从n型区域指向p型区域的电场。这称为内置电场。障碍：电场的存在被植入并形成电位，也称为接触电位，从p-n连接的n-区域侧指向p-区域侧。屏障的存在阻止了大部分载体扩散运动，有利于少数载体漂移运动。最终漂移运动和扩散运动趋于平衡，p-n连接内空间电荷区域厚度不再增加。太阳电池装置产生的电压与大小无关。太阳电池输出电流与太阳电池的面积大小、太阳的强度、太阳电池的温度等有关。构成N /P结构的N型顶区上层的典型晶体硅太阳电池结构。从太阳能电池顶部区域流出的电极，使尽可能多的入射光不被电极遮住，同时减少电子和孔的复合损耗，以最短的路径接触电极，顶部电极一般由铝银材料制成。从太阳电池底部发出的电极是底部电极，通常是为了减少太阳电池内部的平行电阻，用镍锡材料制作了覆盖底部的板状结构。上下电极分别与n区和p区形成欧姆接触，尽量使接触电阻为零。为了减少入射光损失，整个上表面还均匀覆盖了由硅石等材料构成的防反射膜。N /P型是太阳电池正面照明半导体材料的N型，背面基板材料的P型，4 .太阳电池的基本特性，光电流Iph意味着n型区域、空间电荷区域和p型区域中的光载波移动和漂移。理想二极管表示p-n接头。Rs表示p型和n型半导体材料的本体电阻、p-n结扩散层的薄膜电阻、电池电极的欧姆接触电阻等。Rsh表示由p和n区域的载流量生成和复合、p-n连接载流量泄漏、电池边缘载流量泄漏等引起的电流损失引起的电阻增加。(1)太阳电池的等效电路、二极管方向饱和电流、太阳电池的短路电流Isc太阳电池的开路电压Uoc短路电流的大小与太阳电池的面积大小密切相关，大面积、短路电流更大。一般1cm2单晶硅太阳电池的短路电流为16 30ma开路电压与电池面积大小无关，一般单晶硅太阳电池的开路电压为450600mV，高度为700mV左右。太阳电池电压电流特性曲线的所有点都是对应的工作点，工作点和坐标原点的连接称为负荷线，工作点对应的电流和电压的乘积是太阳电池的输出功率。(2)太阳电池的伏安特性，4 .太阳能电池的基本特性，5 .太阳电池特性的影响因素，(1)短路电流与入射光照射程度几乎成正比；(2)经过入射光照射时间后，开路电压与入射光照射程度几乎成正比，入射光照射程度大的话，开路电压和入射光照射程度具有对数关系；(3)随着工作温度的增加，短路电流略有上升，而开路电压大幅降低，输出功率随温度的增加而大幅降低。，6 .影响太阳电池转换效率的因素，太阳电池效率：太阳电池的输出和入射到太阳电池的辐射功率的百分比主要是(1)半导体材料的特性，包括基体材料特性和掺杂特性；(2)太阳能电池制造工艺；(3)太阳电池工作条件，如温度，波段宽度温度复合寿命入射光辐照强度掺杂强度表面复合速度接触电极和串联电阻金属栅和光反射，具体参数：具有适当的Eg值，以在给定温度下最大限度地提高转换效率。温度升高，电池材料禁带宽度略有降低，缩短了载波寿命，断路电压大幅降低，效率下降。光生载体寿命要长，才能通过p-n接头形成电流，必须最大限度地提高复合寿命，关键是在材料准备和电池生产过程中尽量减少晶格缺陷和有害杂质。热点可以提高入射光照射强度，显着提高电池效率，但热点会提高电池温度，减少托架复合寿命，因此必须设法冷却电池。增加基本区域的掺杂浓度是降低饱和电流I0的主要方法。如果掺杂浓度在电池表面不均匀地下降到节点方向，电池内会产生额外的电场，有利于光生载体的收集，从而提高转换效率。降低表面复合系数可以提高Isc，减少I0可以改善Uoc。主要方法：在减反射膜和表面层之间添加钝化层，钝化表面缺陷结果；控制杂质浓度，减少复合中心。从电池底部进行再掺杂，形成后表面场，加快载体运输。通过致密金属线减少接触电阻和串联电阻。为了防止金属栅格影响阳光的投影，金属栅格必须占用最小面积，例如使用激光凹槽埋设栅电极工艺。减少表面反射可以使用防反射膜、表面纹理(绒面革)提高效率。7 .作为典型太阳能电池的特点，单晶硅电池、铸造多晶硅电池和带状多晶硅电池单晶硅太阳能电池是目前最开发的太阳能电池，效率为12% 14%，实验室20%，电池厚度为0.2 0.3毫米。准备过程的高能耗是其主要缺点，(1)晶体硅太阳电池，(2)薄膜太阳电池，薄膜太阳电池厚度一般只有1 10mm，可以实现玻璃等相对便宜的基板支撑材料的准备，低成本，大面积工业生产。主要为砷化镓薄膜太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池、铜铟硒薄膜太阳电池和镉碲化物太阳电池等非晶硅薄膜太阳电池，其特点是与晶体硅太阳电池相比，其重量轻、工艺简单、成本低、性能好，但其单个电池的最大效率约为8%，系列电池组的最大效率约为3% 6砷化镓薄膜太阳能电池效率高，但生产复杂，能耗高，生产周期长，生产成本高，38，无机太阳能电池的性能和应用，各种电池的主要性能表，8 .光伏发电系统分类和配置，光伏发电系统根据与电力系统的关系进行分类。隔离光伏发电系统是一种与现有电力系统不连接、独立运行的发电系统，是并网光伏发电系统。光伏系统是由光伏板、控制器及电力存储和转换链路等组成的发电和电力转换系统。光伏发电系统主要包括1、独立光伏发电系统(脱离网络系统)2、并网光伏发电系统、8 .光伏发电系统的类型和配置、独立系统的主要组件、独立光伏发电系统由光伏阵列、光伏控制器、电池组、变频器、监控系统和