太阳能电池的发电原理

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1、 (1)太阳能电池的发电原理 (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. 半导体的光电效应半导体的光电效应 所有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. PN 结合型太阳能电池 PN 结合型太阳能电池 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

2、 片在受光过程中,带正电的空穴往 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. (2)太阳能电池种类 (2)太阳能电池种类 一,基础知识 一,基础知识 核 核 核核空穴电子 光激励光激励电势电势电子 电子对 电子对 P 型 N 型 PN 结PN 结合 硅半导体 硅半导体 结晶类结晶类非晶类非晶类单晶硅电池单晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池非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PN 结N 区 N 区 P 区 P 区 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

3、广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广泛的应用(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采用. 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可少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质. 京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先 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). 2 太阳能电池

4、太阳能电池 (3)多晶硅太阳能电池的制造方法(3)多晶硅太阳能电池的制造方法将经过还原后的金属硅 原料注入铸造炉内,同 时注入硅烷气体在高温 熔化的同时进行化学反 铸造 工铸造 工 艺艺芯 片 工 艺 芯 片 工 艺 冷却成锭基片厚度(220 微米)3-5族化合物 电池 3-5族化合物 电池 2-6族化合物 电池 2-6族化合物 电池 1-3-6族化合 物电池 1-3-6族化合 物电池 化合物半化合物半 导体导体 转换效率:24% 转换效率:10% 转换效率:8% 空间用民用高温冶炼 (1400 度以上) 破锭(150mm*155mm) 切片(线切割) PN 结合(正面 N 极,反 面 P 极

5、)减反膜形成N 极烧结 电 极 印 刷 ( 正 反通过电极,汇集电转换效率转换效率 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 输出功率 转换效率转换效率 = 100%100% 太阳能电池板被照射的太阳能 太阳能电池板被照射的太阳能 标准测试状态 标准测试状态 由于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. EVA(缓冲) EVA(缓冲) 芯片(发电)芯片(发电)EVA(缓冲) EV

6、A(缓冲) 背垫(防湿)背垫(防湿)大气层 大气层 AM1.5(标准测定状态) 41.8 度 AM1 =90 度 地面 封 装 工 艺 封 装 工 艺 模拟光源,输出测试 模拟光源,输出测试 组配 芯片串,并联,形成设计需要 的 电 流 ( 一 片 芯 片 的 电 压 0 5V)玻 璃 ( 防 冲玻 璃 ( 防 冲叠片层压边框安装 (4)太阳能电池关连的名称和含义(4)太阳能电池关连的名称和含义分光分布 太阳能电池输出特性 太阳能电池输出特性 【太阳能电池电流-电压特性(I-V 曲线)】 【太阳能电池电流-电压特性(I-V 曲线)】 【日照强度变化和 I-V 曲线】【日照强度变化和 I-V 曲

7、线】 【温度变化和 I-V 曲线】【温度变化和 I-V 曲线】 【日照强度最大输出特性 】【日照强度最大输出特性 】 【温度-最大输出特性】【温度-最大输出特性】 小知识 小知识 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发展空间. 最大输出(PM):最大输出电压(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 最佳动作点 最大输出 最

8、佳输出动作电流 Ipm 短路电流 I 开路电压 Voc 最大输出动作电压 V 电压电流 1000W/800W/600W/ 400W/ 电压 电流 75 度0 度 25 度50 度200 400 600 800 1000 1200 120 100 80 60 40 20 0 120 100 80 60 40 20 0 最大输出 % 日照强度(W/) -25 0 25 50 75 100 温度(度) 最大输出%电流电压 太阳能电池对环境的贡献 太阳能电池对环境的贡献 对防止地球温暖化,减轻对地球环境的贡献 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,也绝对少于传统的燃料发电设备

9、,是防 止地球温暖化的环保设备.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 例:3W 太阳能发电系统对环境污染物的削减量 对能源和节能的贡献 (5)独立电源太阳能发电系统构成(5)独立电源太阳能发电系统构成 减排放 CO减排放 CO2 2能力:540kg-C/ 年能力:540kg-C/ 年 石油替代量:729L/年石油替代量:729L/年 森林面积换算:5544 森林面积换算:5544 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 专用设备

10、直流 有 蓄 电无蓄电池路灯,交通信号灯,无线电DC 水泵,换气扇,充电器 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 高太阳能电池的短路电流和日照强度成正 比 Co2 NO SO 系统简介 部品名称: 太阳能电池-吸收太阳能,将光能转换成直流电能 控制器-控制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,向负荷提供直流电力 逆变器-将直流输入电力转换成交流电力输出 (1)总体设计思路 (1)总体设计思路 1)程序图 简单的来说,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

11、消费电力 两大因素决定.在程序图内还需再适当地考虑若干安全因素,设备的效率等因素. 独立电源 独立电源 交流 有蓄电池无 蓄 电一般负荷 直流 有 蓄 电无 蓄 电有 蓄 电无 蓄 电交流 无实例 无电村落 照明系统 AC 水泵 无实例 小型用户系统 太阳能电池板 太阳能电池板 直流负荷直流负荷交流负荷交流负荷逆变器逆变器DC AC 蓄电池控制器 蓄电池控制器 DC DC DC DC 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 二、独立电源的系统设计步骤二、独立电源的系统设计步骤(2)设计顺序 1)确定安装地点的日照量 Q （mWh/cm2.day） (2)

12、设计顺序 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,通常是按一定的倾角 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安装面日照量的计算方法:（通常采用查询当地日照记录方法） Q=QK1.16 Q=QK1.16 公式(1) 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.day mWh/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) Feb

13、 Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Qct Nov Dec -21 -13 -2 +10 +15+23+2114 3 -9 -18 -23注:在南半球时,上述的符号相反 如果只有日照时间的数据,日照量可以按以下方式进行换算: Q = QQ = Q0 0(a+bS/S(a+bS/So o) ) 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 :需要根据当地气候,纬度,季节而定 2)确定负荷的消费电力 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,必须

14、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)1 0 02 0 03 0 01 0 0 使用时间(h)6666 消耗电力(w )6 0 01 2 0 01 8 0 06 0 01 7 5W cos|()cos|()|cos|()cos|()| 300200 100 0 12 24186 照明照明电视收音PL:平均消費電力(175W) 時間（） 3）确定太阳能电池板容量 P（W） 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) 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)