《光伏发电技术系列讲座_1_光伏发电原理及发展现状》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光伏发电技术系列讲座_1_光伏发电原理及发展现状（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 本文由由lmjj200031226贡献献 pdff文档可可能在WWAP端端浏览体体验不佳佳。建议议您优先先选择TTXT，或下载载源文件件到本机机查看。技术讲讲座 王宏华华光伏发发电原理理及发展展现状 光伏发发电技术术系列讲讲座 （ 1） 光伏发发电原理理及发展展现状 王宏华华 （ 河河海大学学 自动动化工程程系， 江苏 南京 21000988） 摘摘 要： 阐述述了太阳阳能光伏伏发电系系统的基基本结构构和工作作原理， 综述述了国内内外光伏伏发电技技术的发发 展现状状及发展展趋势。 关键键词： 太阳能能； 光光伏电池池； 光光伏阵列列； 光光伏发电电系统 52776（ 20110） 04001
2、86604 中图分分类号： TKK51 文献标标志码： A 文章编编号： 16771Thhe SSeriies of Leccturres on Phootovvolttaicc Poowerr Teechnnoloogy（ Paart 1） Priinciiplee annd DDeveeloppmennt oof PPhottovooltaaic Powwer WANNG HHongghuaa （ Depparttmennt oof AAutoomattionn Ennginneerringg，Hoohaii Unniveersiity，Nannjinng 22100098，Chiina）
3、 Abbstrractt： TThiss paaperr deescrribees tthe priinciiplee annd sstruuctuure of phootovvolttaicc poowerr syysteem，aand preesennts thee laatesst ddeveeloppmennt ttrennd andd reeseaarchh prrogrresss off phhotoovolltaiic ppoweer ttechhnollogiies Keyy woordss： ssolaar eenerrgy； soolarr ceell； phhotoovo
4、lltaiic aarraay； phootovvolttaicc poowerr syysteem 0 引言 众所周周知， 太阳能能是一种种用之不不竭、 储量巨巨大的清清洁 可再生生能源， 每天天到达地地球表面面的辐射射能量相相当于数数亿万 11 桶桶石油燃燃烧的能能量 ， 太阳阳能开发发与利用用正逐步步成为各各 国政政府重点点发展的的战略。热能和和光能利利用是太太阳能应应用 。“光伏发发电” 的两两种重要要形式 是利用用光伏电电池的光光伏效 应将太太阳光的的光能直直接转换换为电能能的一种种可再生生、 无无污染 正在全全球范围围内迅猛猛发展， 其不不仅要替替代部 的发电电方式， 分化化石能源
5、源， 而而且未来来将成为为世界能能源供应应的主体体， 是是世 界界各国可可再生能能源发展展的重点点。本文文阐述了了太阳能能光伏 发电系系统的基基本结构构和工作作原理， 综述述了国内内外光伏伏发电 技术的的发展现现状及发发展趋势势。 图图1 单单晶硅光光伏电池池发电原原理 1 光伏电电池的原原理及发发展现状状 P， 区分别别带正、 N 负电， 于是是产生由由 N 区指向向 P 区的光光生 则则有电流流从 PP 区流流出， 经负载载从 电电动势； 当外外接负载载后， N 区区流入光光伏电池池。 II 图 2 为为光伏电电池等效效电路， 其中中，phh 为与与光伏电电池面 2 积积、 入入射光辐辐照
6、度成成正比的的光生电电流 （ 1 cm 硅光伏伏电池 11 II N 的 II phh 值为为 166 30 mA ） ； I D ，sh 分别为为 P- 结的的正向电电 18339 年年， 国国 的 Edmmondd Beecquuereel 发发 现 了“光 伏伏 效 法 ， 应” 即光光照能使使半导体体材料内内部的电电荷分布布状态发发生变 N 化化而产生生电动势势和电流流。光伏伏电池是是基于半半导体 P- 结 接接受太阳阳光照产产生光伏伏效应， 直接接将光能能转换成成电能的的能 量量转换器器。19954 年， 美国 Belll 实实验室的的 G Peearsson 等发 其原理理如图 1
7、 所所示。 明了单单晶硅光光伏电池池， 图图 1 中， 太阳光光照射到到光伏电电池表面面， 其其吸收具具有一 在内部部产生处处于非平平衡状态态的电子子 空穴 定能量量的光子子， NN 对； 在 P- 结内建建电场的的作用下下， 电电子、 空穴分分别被驱驱向 NN， 区区， PP N 从而在在 P- 结附附近形成成与内建建电场方方向相反反的光 N 生生电场； 光生生电场抵抵消 PP- 结结内建电电场后的的多余部部分使 作者简简介： 王宏华华（ 119633 流、 漏电流流； 串串联电阻阻 R S 主主要由电电池体电电阻、 电极导导体电 阻等组组成（ R SS 一般般 1 ） ； 旁漏漏电阻 R
8、ssh 由由硅片边边缘不清清 洁或或体内缺缺陷所致致（ RR shh 一般般为几 k） ； RLL 为外外接负载载电 II U 电流； 当负负载开路路 阻，L ， O 分别为为光伏电电池输出出电压、 （ R LL = ） 时，UU O 即为开开路电压压 U oc ， 其其与环境境温度成成反 2 比比、 与与电池面面积无关关（ 在在 1000 mmW / cmm 的光光谱辐照照度下， 硅 22 光光伏电池池的 UU occ 一般般为 4450 6600 mV ） 。 与图 2 对对应的光光伏电池池解析模模型为 11 ： ） ， 江苏苏泰州人人， 男男， 博博士， 现为河河海大学学教授、 博士士生
9、导师师。研究究方向为为新型交交直流电电力传动动等。 htttp： ZZHHD chiinajjourrnall nnet cnn Emmaill： ZZZHDD cchaiinajjourrnall nnet cnn机械械制造与与自动化化 1886技术讲讲座 王宏华华光伏发发电原理理及发展展现状 图 33 表明明， 一一定的温温度、 照度下下， 光光伏电池池对应存存在一 P mmax = UU pmmax I ppmaxx ） ， 个个可能的的最大功功率输出出运行点点（ 但但实际 工作点点则是光光伏电池池伏安特特性与负负载伏安安特性的的交点。 R* R 图 33（ aa） 中中， 给给出了 3
10、 条条不同阻阻值 RR L11 ， L ， L22 的电电阻负载载 其与与光伏电电池伏安安特性的的 3 伏安特特性（ R LL1 R L R L2 ） ， M， 个交交点 AA， BB 则为为对应的的 3 个实际际工作点点， 只只有当负负载 * 电阻阻 R L = R L 时时光伏电电池才运运行在最最大功率率点 MM， 输输出最 图2 光伏电电池等效效电路 I LL = I pph I D I sh I pph = I sc S + C T （ T TT reef ） 1 0000 大功功率 PP maax （ U pmaax II pmmax ） 。事实上上，光伏伏电池的的短路电电流与 辐照
11、度度成正比比， 开开路电压压与温度度成反比比，辐照照度增加加、 温温 3， 1- 12 ， 度降低低将使其其最大功功率增加加 故随随着天气气（ 辐辐照度、 温度度） 变变化， 应实时时调整负负载的伏伏安特性性使其相相交于光光伏 “最大功功率点 电池伏伏安特性性的最大大功率输输出点处处， 以以实现 。 跟跟踪（ MPPPT） ” 自 19554 年年实用光光伏电池池问世至至今， 晶体硅硅光伏电电池 占占了光伏伏电池总总产量的的 800% 以以上， 广泛应应用的单单晶硅光光 伏电电池光电电转换效效率已接接近 225% ； 多多晶硅光光伏电池池的光 电转换换效率虽虽较低， 但其其材料成成本较低低，
12、可可望成为为主导产产 2， 1- 5 。随着着光伏产产业的迅迅猛发展展， 具具有半导导体材 品之一一 料消消耗少、 易批批量生产产、 低低成本、 对弱弱光转化化率高、 易实实现 光光伏建筑筑一体化化等优势势的薄膜膜光伏电电池成为为第二代代光伏 19776 年年问世的的非晶硅硅薄膜光光伏电 电池研研发的重重点， 其中， 池实实验室效效率已达达 122 88% ； 200 世纪纪 800 年代代兴起的的铜铟 55 。 硒（ CIIS） 多晶薄薄膜光伏伏电池实实验室效效率已接接近 220% 进入 21 世纪， 以提提高光电电转换效效率、 降低成成本为目目标的第第 如叠叠层、 玻璃窗窗式、 纳米光光伏
13、电池池等研究究方 三三代光伏伏电池， 5 1， 。 兴兴未艾 22 * I DD = I DD0 （ qE T 33 nnkg（ T11 1 ） q（ U oo + I LL R S ） ） e e 11 rref T TT reef nnkT I ssh = Uo + III RRs RR shh I 上上式中，sc 为 RR L = 00 时 的 短短 路 电 流流 （ A） ； TT 为 环 境境 温 度 （ K） ； T rref 为参考考温度（ 一般般取 2298 K） ； SS 为实实际太阳阳光辐 2 299 照度度（ WW / m ） ； C TT 为温温度系数数（ AA / K
14、） ； qq = 1 6 100 C； k = 11 338 100 23 J / K； n，D0 分别为为二极管管排放系系数、 I 反反向电 流； E gg 为表表征半导导体禁带带宽度的的常量（ V） 。 实用中中， 为为了满足足负载需需要的电电压、 电流， 需将将多个容容 并联联成数瓦瓦到数百百瓦的光光伏模 量较小小的单体体光伏电电池串、 块（ 其输输出电压压一般在在十几 几几十 VV） ， 进一一步可将将多个 并联成成光伏阵阵列。图图 3 为在环环境温度度 255 光伏伏模块串串、 22 （ T = 2998 KK） ， 太阳阳光辐照照度 SS = 1 0000 W / m 条件下下某光 1 伏模块块（ 其其解析模模型参数数参见文文献 ） 的的仿真输输出特性性。 2 2 1 光伏发发电系统统的结构构和工作作原理 离网型型光伏发发电系统统 离网型型光伏发发电系统统亦称为为独立光光伏发电电系统， 4 图 为其典典型
