太阳能电池基础知识

1、一,基础学问(1)太阳能电池的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置.半导体的光电效应 全部的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料 在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激 下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子.光激励核核电子空穴电子欢迎下载PN 结合型太阳能电池电子对太阳能电池是由 P 型半导体和 N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而 P 型半导体中含有较多的电子,当 P 型和 N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯 片在受光过程中,带正电的空穴

2、往 P 型区移动,带负电子的电子往 N 型区移动,在接上 连线和负载后,就形成电流. N 型PN 结 N 区PN 结合 电势P 区 P 型(2)太阳能电池种类硅半导体结晶类 非晶类单晶硅电池 多晶硅电池 非晶硅电池转换效率:17% 转换效率:14% 转换效率:6-7%空间用 民用民用 民用太阳能电池3-5 族化合物电池转换效率:24%空间用化合物半 导体2-6 族化合物电池转换效率:10%民用1-3-6 族化合 物电池转换效率:8%在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于其原材料的广泛性,较高的转换效率和牢靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广

3、泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛接受.现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不行少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上其次大的贮存物质.京瓷公司早在上世纪的八十年月就生疏到多晶硅太阳能电池的光阔前景和奇特将来,领先 开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电 池也结晶类太阳能电池的主流产品(太阳能电池的 70%以上).(3)多晶硅太阳能电池的制造方法铸2造 工艺高温冶炼(1400 度以上)将经过还原后的金属硅 原

4、料注入铸造炉内,同 时注入硅烷气体在高温 熔化的同时进行化学反冷却成锭基片厚度(220 微米)破锭(150mm*155mm)切片(线切割)PN 结合(正面 N 极,反 面P 极)减反膜形成芯片 工 艺N 极烧结电极 印刷 ( 正 反通过电极,汇合电压芯片串,并联,形成设计需要 的 电 流( 一片芯 片 的 电封 装 工 艺组配叠片层压玻璃(防冲 EVA(缓冲)芯片(发电) EVA(缓冲) 背垫(防湿)模拟光源,输出测试边框安装(4)太阳能电池关连的名称和含义转换效率太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率输出功率转换效率=100% 太阳能电池板被照射的太阳能标准测试状态 由于

5、太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影响,为了表述太 阳能电池的输出和评价其性能,设定在太阳能电池板的表面温度为 25 度,太阳能辐 射强度为 1000 /、分光分布 AM1.5 的模拟光源条件下的测试为标准测试状态.大气层AM1=90 度AM1.5(标准测定状态)地面41.8 度分光分布小学问晶硅类理论转换效率极限为 29%,而现在的太阳能电池的转换效率为 17%19%,因此,太 阳能电池的技术上还有很大的进展空间.太阳能电池输出特性【太阳能电池电流-电压特性(I-V 曲线)】短路电流 I最佳输出动作电流电流Ipm最大输出动作电压V最佳动作点 最大输出最大输出(PM):最大输

6、出电压(Vpm) 最大输出电流( Ipm ) 开路电压(Voc ):开路状态的太阳能电池端子间的电压 短路电流(Isc ):太阳能电池端子间的短路电流 最大输出电压(V):最大输出状态时的动作电压 最大输出电流(Ipm ):最大输出状态时的动作电流电压开路电压Voc【日照强度变化和 I-V 曲线】【温度变化和 I-V 曲线】1000W/0 度25 度50 度75 度800W/600W/电流电流400W/电压电压【日照强度最大输出特性 】【温度-最大输出特性】120最 100 大 80 输 60 出 40%200200 400 600 800 1000 1200日照强度(W/)120最 100

7、大 80 输 60 出 40%200-250255075100温度(度)太阳能电池的短路电流和日照强度成正 比太阳能电池对环境的贡献对防止地球暖和化,减轻对地球环境的贡献太阳能电池的输出随着池片的表面温度 上升而下降,输出随着季节的温度变化而变化在同一日照强度下,冬天的输出比夏天 高从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产 过程的排放量,也确定少于传统的燃料发电设备,是防 止地球暖和化的环保设备.同时在发电时,不排放氧化 硫,氧化氮等污染物,减轻了对环境的压力.例:3W 太阳能发电系统对环境污染物的削减量Co2NOSO石油替代量:729L/年减排放 CO2 力量:540kg-C/ 年森

8、林面积换算:5544 对能源和节能的贡献太阳能电池 2。2 年的发电量即可收回制造太阳能电池时使用的电力(5)独立电源太阳能发电系统构成专用设备直流有蓄 电路灯,交通信号灯,无线电无蓄电池DC 水泵,换气扇,充电器独立电源沟通有蓄电池照明系统无蓄 电AC 水泵一般负荷直流有蓄 电小型用户系统无蓄 电无实例沟通有蓄 电无电村落系统简介无蓄 电无实例把握器DC 太阳能电池板DC直流负荷DCAC蓄电池逆变器沟通负荷部品名称:太阳能电池-吸取太阳能,将光能转换成直流电能 把握器-把握蓄电池的充放电深度,延长蓄电池寿命.蓄电池-储存太阳能电池板产生的电能,在必要时,向负荷供应直流电力 逆变器-将直流输入

9、电力转换成沟通电力输出二、独立电源的系统设计步骤(1)总体设计思路1)程序图 简洁的来说,太阳能独立电源系统的容量是由设备安装场所的日照量,负荷的消费电力 两大因素打算.在程序图内还需再适当地考虑若干平安因素,设备的效率等因素.项目的安装地点安装地点日照量负荷的消费电力确定太阳能电池容量确定蓄电池容量(2)设计挨次1)确定安装地点的日照量 Q（mWh/cm2.day）太阳能独立电源系统的太阳能电池方阵为了尽可能多接收日照,通常是按肯定的倾角 安装的.一般方阵是以安装纬度设置倾角. 安装面日照量的计算方法:（通常接受查询当地日照记录方法）cos|()Q=Q×K×1.16

10、15;公式(1)cos|()|符号含义Q: 水平面的月平均日照量(calcm2day) K1: 日照修正系数（一般为 0.9）1.16 : 单位变换定数(calcm2.daymWh/cm2): 设置场所的纬度: 太阳能电池方阵的倾斜度(相对于水平面): 太阳的月平均赤纬度°赤纬表白(表 一)FebMarAprMayJunJulAugSepQctNovDec-21°-13°-2°+10°+15°+23°+21°14°3°-9°-18°-23°注:在南半球时,上述的符号

11、相反假如只有日照时间的数据,日照量可以按以下方式进行换算:Q = Q0(a+bS/So)Qo:大气圈外的日照量(理论值;1.382kW/)S:被记录的日照时间(日出到日没时间)So:可照时间(日出到日没时间)a,b :需要依据当地气候,纬度,季节而定2)确定负荷的消费电力消费电力是负荷的日平均消费电力,为了计算日平均消费电力,必需了解负荷的 使用时间.日平均消费电力计算表白(表2)负荷名称照明收音机电视机照明平均消费电力(W /）功率(w /h )100 2 0 0300 1 0 0使用时间(h )6666消耗电力(w )600 1 2 0 018 00 6 0 01 75 W30020010

12、0照明收音电视照明PL:平均消費電力(175W)0612 1824時間（）3）确定太阳能电池板容量 P（W）太阳能电池容量计算按下列方式计算Pm=2400/Qmin*PL*1/(K)公式 2 符号含义Qmin :前述安装面日照量 Q的年最小值(mWh/m2.day) PL:平均消费电力(W)K:系数(K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9)：充电效率(0.97)：太阳能电池板脏污系数(0.9) ：电池板温度补正系数(0.9)4：直并联接线损失系数(1)-12V(0.90,24V(0.95) 5：最佳输出补正系数(0.9)6：蓄电池充放电效率(0.9) 7：逆变器效率(视容量和设备

13、而定)8：变压器效率(视容量和设备而定)9：DC 线损(0.95)（参考）PV(太阳能电池输出)的额定输出功率是在日照量 100W/m2,芯片温度为 25 度的条件下 测定的,输出功率是依据日照的强度发生变化的.为了区分 PV 和柴油发电机的容量标志,故 用 Wp 来表示太阳能电池的峰值输出.（参考）等价日照量:Qmin./100折损系数=(K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9)：充电效率(0.97) ：太阳能电池板脏污系数(0.9) ：电池板温度补正系数(0.9) 4：直并联接线损失系数(1)-12V(0.90,24V(0.95) 5：最佳输出补正系数(0.9) 6：蓄电池充

14、放电效率(0.9) 7：逆变器效率(视容量和设备而定) 8：变压器效率(视容量和设备而定)9：DC 线损(0.95)PV 额定输出(P)总消费(P 24)日平均消费电力时间100W/m2WpW0100W/m日照量PV 额定输出 平均消费电力时间参照图(a)24等价日照量假设在日照为 100W/m2 的强度 持续 24 小时,PV 的容量可等同于平均消费电力. 但是,日照的时间不行能是 24 小时, 同时受到自然条件的影响(白天,夜 间,阴,雨).故设计时,按公式 2,以 最小的日照时间来计算计算.（参照图(a)）假设在日照量为 400Wh/m2.day 的 状况,相当于在 1000W/m2 的

15、日照强度4 个小时的日照,也就是说,这天除 4 小时输出以外以外,其他时间的输出功率为零. （参照图()）实际的日照量(400Wh/m2.day)04 小时24参 照 图假设,PV 的容量按平均消费电力来设置的话,系统只能带动负荷 4 个小时的运作.为了保证其他 20 小时的负荷使用,PV 的容量的设置必需放大.其放大倍率为(100*24/(100*4).故公 式(2)的右边为 2400/Qmin.5)蓄电池容量 Be(AH)蓄电池的容量由下列公式(3)计算打算Be=(PL*24*D)/(Kb*V)公式(3) 符号含义D:连续不日照天数(一般在 3 至 7 天)Kb:平安系数(放电深度(一般为

16、 70%),逆变器效率(依据厂家数据),线损(一般为 5%)等)V:系统电压(V)人与人之间的距离虽然摸不着，看不见，但的的确确是一杆实实在在的秤。真与假，善与恶，美与丑，尽在秤杆上可以看出；人心的大小，胸怀的宽窄，拨一拨秤砣全然知晓。人与人之间的距离，不行太近。与人太近了，经常看人不清。一个人既有优点，也有缺点，所谓人无完人，金无赤足是也。初识时，走得太近就会模糊了不足，宠之；时间久了，原本的秀丽之处也成了瑕疵，嫌之。与人太近了，便顺手可得，有时得物，据为己有，太过贪财；有时得人，为己所用，或许贪色。贪财也好，贪色亦罢，都是一种贪心。与人太近了，最可悲的就是会把自己丢在别人身上，找不到自己的

17、影子，忘了回家的路。这世上，根本没有零距离的人际关系，由于人总是有一份自私的，人与人之间太近的距离，易滋生事端，恩怨相随。所以，人与人相处的太近了，便渐渐相远。人与人之间的距离也不行太远。太远了，就像放飞的风筝，过高断线。太远了，就像南徙的大雁，失群哀鸣。太远了，就像失联的旅人，形单影只。人与人之间的距离，有时，先远后近；有时，先近后远。这每次的变化之中，总是有一个难以遗忘的故事或者一段难以割舍的情。有时候，人与人之间的距离，突然间近了，其实还是远；突然间远了，确定是伤了谁。人与人之间的距离，假如是一份信笺，那是思念；假如是一个微笑，那是宽容；假如是一句问候，那是友情；假如是一次付出，那是责任

18、。这样的距离，即便是远，但也很近。最怕的，人与人之间的距离就是一句失真的谗言，一个不屑的眼神，一叠迷人的纸币，或者是一条无法逾越的深谷。这样的距离，即便是近，但也很远。人与人之间最美的距离，就是不远不近，远中有近，近中有远，远而不离开，近而不相丢。太远的距离，只需要一份宽容，就不会走得太远而行同陌人；太近的距离，只需要一份自尊，就不会走得太近而丢了自己。不远不近的距离，多像一朵明丽的花，一首动听的歌，一首美丽的诗。人生路上，每个人的相遇、相识，都是一份缘，我们都是相互之间不行或缺的伴。人与人之间的距离虽然摸不着，看不见，但的的确确是一杆实实在在的秤。真与假，善与恶，美与丑，尽在秤杆上可以看出；人心的大小，胸怀的宽窄，拨一拨秤砣全然知晓。人与人之间的距离，不行太近。与人太近了，经常看人不清。一个人既有优点，也有缺点，所谓人无完人，金无赤足是也。初识时，走得太近就会模糊了不足，宠之；时间久了，原本的秀丽之处也成了瑕疵，嫌之。与人太近了，便顺手可得，有时得物，据为