太阳能电池方阵及容量计算

1、太阳能电池方阵及容量计算 5.1太阳能电池 太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。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，太阳光照在半导体pn结上，形成新的空穴电子对。在pn结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流，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”。 5.2太阳能电池种类 制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄式和非结晶系膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 按材料可分为：硅薄膜形、化合

2、物半导体薄膜形和有机薄膜形，百化合物半导体薄膜形又分为 非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、V族(GaAs,InP)、族(cds系)和磷化锌(Zn3P2)等。 目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。 5.3太阳能电池原理 太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动

3、。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入硼、 5-1 图镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个PN结。太阳能电池的奥妙就在这个“结”上，PN结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光能，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。这样，在PN结两端便产生了电动势，也就是通

4、常所说的电压。这种现象就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在P型层和N型层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过，如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。如图5-1所示。 5.4 太阳能电池方阵 太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4100C。太阳能电池单体的工作电压约为0.450.5V，工作电流约为2025mA/C，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至百余瓦，可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串、并联组装放于固件或支架上，就构成了太阳能电池

5、方阵，可以满足多负载所须的功率输出要求。 5.4.1太阳能电池组件连接 太阳能电池方阵（Array）是由许多小单位的太阳能电池组件经由并联或是串联组合所组成：组件串联组合可以提高太阳光电能发电系统的最高输出直流电压；组件并联组合可以提高太阳光电能发电系统的最高输出直流电流，而串联或并联组件可以交替使用以便得到期望的输出直流电压或直流电流值。为了减小周围环境因素的影响，就在每一个组件并联一个旁路二极管（Bypass Diode），如图5-2所示，如此便可提供每一组件一个能量散逸的低阻抗路径，克服了多个组件连接时的问题。 图5-2 太阳能电池模块的连接方式 在白天时太阳能电池会对蓄电池组进行充电的

6、工作，若是太阳能电池在夜晚时或没有足够亮光时，其输出电压会低于蓄电池电压。此时，太阳能电池的特性电流将会从蓄电池倒而如蓄电池组有放电工作的话，表现就如同一般的二极管，流入太阳能电池，造成太阳能电池的损坏。为防止此发生，其最简单解决方式便是在太阳能电池与蓄电池组之间加入一阻塞二极管（Blocking Diode），如图5-2所示。 5.4.2太阳能电池方阵最大功率点 在发电效率上，由于正常操作条件下，太阳能电池的输出电压与电流变化中，似乎输出电流对输出功率的影响程度会较大，加上影响开路电压的因素除了Rsh外还包括二极管的电流值，因此R对太阳能电池发电效率影响较为明显，而Rshs的影响则比较不明显

7、。 画出太阳能电池的I-V及V-P等特性曲线，如图5-3所示，由图可知太pvpvpvpv阳能电池的输出曲线为非线性且为温度与日照强度的函数，每一条曲线中各点所能画出的最大矩形面积则是I与V的最大乘积值称为最大功率点，定义为P，maxpvpv为在该日照强度下，它所能输出功率的最大值。 图5-3 太阳能电池的输出特性 5.5太阳能组件选型及计算 5.5.1太阳能电池方阵的选型 太阳能电池主要功能在將光能转换成电能，这个现象称之为光伏效应。在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。转换效率在近几年不断提高。在阴雨天比较多阳光相对不是很

8、充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因单晶硅太阳能电池电性能参数比较稳定。当然非晶硅太阳能电池在室内阳光很弱的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。 首先，我们必须先了解太阳能电池，太阳能电池有五大电性能参数： 1、Isc是短路电流 2、Im是峰值电流 3、Voc是开路电压 4、Vm是峰值电压 5、Pm是峰值功率 教你们一个简单方法让我们相对知道这五大参数，我们可以在中午12点太 。阳光的情况下用万用电表测试这五大参数（当然这样测得数值会有一点相差）方法：我们先测Voc是开路电压（万用电表调电压档，万用表正极接太阳能电池正极负极接太阳能电池负极）和Isc是短路电流（

9、万用电表调电流档，万用表正极接太阳能电池正极负极接太阳能电池负极），知道这两组数值后。它们五者有这样相对关系计算： Isc是短路电流=1.05 Im是峰值电流 Voc是开路电压=1.2 Vm是峰值电压 Pm是峰值功率= Im是峰值电流Vm是峰值电压 1、一般对6V蓄电池充电太阳能电池开路电压为10.2V. 2、一般对12V蓄电池充电太阳能电池开路电压为20.4V. 注：以上计算跟据太阳能电池的外特性 5.5.2太阳能电池方阵的计算 N 1、太阳能电池组件串联数S将太阳能电池组件按一定的数目串联起来，可得所需工作电压。当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮冲电压时，可得较理想的充电效果。但本设计

10、有升压DC-DC变换器，因此太阳能电池组件串联数为1。 U?U?UUCrDR?N?1 SUUOCOC注： U：太阳能电池方阵输出最小电压 RU：太阳能电池组件的最佳工作电压 OCU：蓄电池浮充电压 rU：二极管压降，一般取0.7V DU：其它因素引起的压降 CN 、太阳能电池组件并联数2P确定大阳能电池阵列并联数，主要取决于负载每日的总耗电量、当地年平均峰值日照时数、蓄电池组充电效率、方阵表面尘污遮蔽或组件老化引起的修正系数、阵列组合损失等因素。 所计算的阵列最佳电流为总的蓄电池充电电流，除以每个串联阵列的最佳工作电流，就是阵列的并联数。考虑每年中最小月份的太阳能总辐射量低于年均太阳辐射量，因

11、此通常采用进位法取整数值。将串联数、并联数和每个组件功率相乘，即为太阳能阵列总功率。 Q?I?T?K?C(安时) ZOPPOCQ ：太阳能电池组件日发电量；P ：太阳能电池组件最佳工作电流；IOC22 11668 kJ/m：实际地点的单位面积日辐射量；单位一般为kJ/m。；如杭州为Ht22 W/m或1000100mW/cm标准日光谱辐射照度：Ht ：标准光强下的平均日辐射时数；式中3.6kJ=1Wh；?(小时)TT 10003.6? 利用公式求杭州的日照平均时数为H11668t 天/?3.24小时T? 10003.6?3.6?10000.9362 ：斜面修正系数；杭州取KOPC 0.8。：修正

12、系数，组合、衰减、灰尘、充电效率等的损失，一般取Z型号 单元数 外形尺寸 开路电压 工作电流 工作电压 Vop Model VUnits ocSize(cm) Iop 1.5 11A 3.78SC 3813 1.54 4 1.8V 2.2 1.33 2.2V 15A 5 5.46SC 5514-5 3.6 3.12.4 8 8A SC 2431 4V 1.5 2V 4 2.5SC 2520 2.0 11A 6 11.5A 7V TN 1001 14 1.79 9.992 SC 2642-5 5 2.5V 2.59 19A 4.153.6 8 5.53.0 4V SC 5530-8 18A I。

13、可根据容量从中选择合适的电池，得到相应工作电流典型值 SC如：选择SC 2431，3124 最大输出功率2430W假设选24W；最佳工作电压3.6V，开路电压典型值4V，工作电流典型值8A。 Q?I?T?K?C 太阳能组件日发电量：ZSCPOPQ?I?T?K?CZSCPOP?8?3.24?0.9362?0.8 ?19.41AhNQ； 设最长连续阴雨天天数，负载的日平均耗电量LLB?A?Q?N(安时)，设连续阴雨天为需补充的蓄电池容量为：5天； LLcbB?A?Q?NLcbL?1.1?17.715?5 ?97.44Ah由于阴雨天，太阳能电池不能发电，这时负载所耗电能由蓄电池补充；这样一来，进入阴雨天后，蓄电池将处于不满状态；一旦天晴，太阳能一方面对负载供电；另一方面，会对蓄电池充电，而且希望在下次阴雨天来临前将其充满。 太阳能组件并联数： 设两次最长连续阴雨天之间的最短间隔天数为： NwB?N?Q)负载蓄电池+间