太能光伏发电技术知识总结

第一章1.地球的自转、季节、气候条件、大气层成分、海拔等因素，都对地球上接收到的太阳能产生影响， 也就是说在地上不同地区受到的光照是不同的， 我国的西藏自治区是地球上太阳能最丰富的地区之一。2. 太阳是由炽热气体构成的球体， 中心温度约 107k，表面温度接近 5800k，主要由氢和氦组成， 其中氢占 80， 氦占 19， 太阳内部处于高温、高压状态。3.巨大的能量不断从太阳向宇宙辐射，达到3. 6 1820 mv/s， 其中约 22 亿分之一的辐射到地球上， 经过大气层的反射、 散射和吸收，约有 70的能量辐射到地面上。. 每年辐射到地球表面的太阳能能量约为31.8 1018KW.h,太阳每年投射到地面上的辐射能高达 1.05 1018 KW.h， 太阳的寿命约为6 1010 年，所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。5. 太阳能的优缺点分别有哪些答优点，资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。缺点，一是能流密度低 ;二是其强度受各种因素 （季节， 地点，气候等）的影响不能维持常量。6. 太阳常数 在地球大气层外， 地球与太阳平均距离处， 垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本为一个常数。 这个辐射强度称为太阳常数， 或称此辐射为大气质量为零的辐射，取值 1.367 0.007KW/m 2 或 1367 7 kw/m 2。7. 阳光穿过地球大气层时， 至少衰减了 30造成衰减的原因是（ 1）瑞利散射或大气中的分子散射。（ 2悬浮微粒和灰尘引起的散射。3 大气，特别是其组成气体氧气、臭氧、水蒸气和二氧化碳的吸收。8. 晴天， 决定总入射功率的最重要的参数是光线通过大气层的路程。 太阳在头顶正上方时，路程最短。实际路程和此最短路程之比称为光学大气质量。用 AM 表示，定义为AMb/b 0secZ ，常件效率测试时的标准。当 Z0 时， AM1 ，称大气质量为 1，用 AM1 表示。当 Z48.2o,AM1.5;Z60 o,AM2; 分别用 AM1.5和AM2表示大气质量为 1.5 和 2. 9. 影响太阳辐射的因素有① 公转和自转、② 地理位置、③ 天气气候、④ 季节变换。太阳能的利用10. 太阳能利用的基本方式有哪些答 （ 1）光热利用（ 2）太阳能发电（ 3）光化学利用（ 4）光生物利用11. 技术进步是降低光伏发电成本 ,光伏产业和市场发展的重要因素。12. 世界光伏发电市场的增长主要得益于德国，日本和美国的鼓励政策。13. 光伏产业的发展特点可简要概括为规模化，规范化，高技术化。目前，全球主要光伏企业均在向 GW 甚至 TW 级产能迈进，1GW1000MW10 9W,全球光伏产业的总产能要超过 1 个 TW1000GW 。14. 面对光伏产业快速发展的机遇，我们也面临着一些艰巨的挑战， 主要表现在哪些方面答 （ 1）急需由数量型向效益型转变。 （ 2）急需工艺技术设备的科技进步作为支撑。（ 3）需要完善的产业链作为支撑。 （ 4）缺乏先进，合理的标准体系。 （ 5）缺乏大量高素质的专业人才。15. 光伏在农村电气化和并网发电上的市场潜力有哪些答 （ 1）农村电气化。 （ 2）城市建筑并网光伏系统的应用。 （ 3）大规模光伏荒漠电站。（ 4）其他光伏商业应用的发展潜力。本章思考题1. 太阳在相对水平面成 30 度角的高度，其相应的大气质量是多少答因为太阳在相对水平面成 30 度角的高度 ,所以太阳天顶角 Z 为 60 度， 所以 AM 为2。3. 简述中国光伏产业发展现状及存在的主要问题。答高速兴起的光伏产业，主要问题是我国光伏产业鱼龙混杂； 我国光伏产业发展急需工艺技术设备的科技进步作为支撑； 需要完善的产业链；缺乏先进，合理的标准体系；缺乏大量高素质的专业人才。4. 简述中国光伏产业的发展趋势。答我国光伏产业近年来开始腾飞， 2005年，我国的光伏电池总产量仅 150MW ，而到 2006 年， 这个数字已经上升到 450MW 左右，增长率达到 200， 2007 年总产量突破1000MW ，增长势头持续强劲。我国仅仅用了两三年时间， 中国光伏产业便由默默无闻一跃成为世界第一大产业基地， 涌现出了一批国际性的大型生产企业。第 2 章 太阳能光伏发电的系统组成及原理1；太阳能光伏发电系统的 特点 没有转动部件；不产生噪声；没有空气污染；不排放废水；没有燃烧过程；不需要燃料；维修保养简单；维护费用低；运行可靠性，稳定性好。晶体硅太阳电池寿命 2530 年。2、太阳能光伏发电系统工作原理白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串、并联形成太阳能电池方阵， 使得方阵电压达到系统输入电压的要求，再通过控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换过来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电流，通过逆变器的作用，将直流电转变成交流电，输送到配电柜，由配电柜切换作用进行供电。蓄电池的放电情况由控制器进行控制， 保证蓄电池正常使用。3太阳能光伏发电系统基本形式可分为两大类1） .没有与公用电网相连接的太阳能光伏系统称为离网太阳能光伏发电系统， 也称为独立太阳能光伏发电系统。2） .与公用电网连接，共同承担供电任务的太阳能光伏发电系统称为并网太阳能光伏发电系统，也称为联网太阳能光伏发电系统。4 并网太阳能光伏发电系统的优越性 1）可以对电网调峰，提高电网末端的电压稳定性，改善电网的功率因数，有效地消除电网杂波。2）所发电能回馈电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池， 与独立太阳能光伏系统相比可减少建设投资 3545，发电成本大大降低。3）光伏电池与建设完美结合，既可发作为建筑材料和装饰材料，使资源充分利用，发挥多种功能。4）出入电网灵活，既有利于改善电力系统的负荷平衡，又可降低线路损耗。5太阳能电池与建筑相结合的并网屋顶太阳能光伏发电系统 光伏建筑一体化（ BIPV ） . 6独立运行的光伏发电系统根据用电负载的 特点 直流系统，交流系统，交直混合系统。其主要区别是系统中是否带有逆变器7独立太阳能光伏发电系统 组成 太阳电池方阵、储能装置、直流 --交流逆变装置、控制设备与连接装置等组成。8 太阳能光伏发电最核心的 器件是太阳电池。9 太阳电池单体 是用于光电转换的最小单元，一般不能单独作为电源使用。10太阳电池的单体工作电压为400mV500mV, 工作电流为 2025mA/cm 2远低于实际应用所需要的电压值。 11 防反充二极管 又称阻塞二极管，作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨天和夜晚不发电或出现短路故障时， 蓄电池通过太阳电池放电。12蓄电池组 作用是储存太阳电池方阵受光照时所发出的电能并能随时向负载供电。13 控制设备的功能 （ 1）信号检测 （检测光伏发电系统各种装置和各个单元的状况和参数，可以对系统进行判断、控制、保护等提供依据。 ） （ 2）蓄电池的充放电控制 （一般蓄电池组经过过充和过放后会严重影响其性能和寿命， 所以充放电系统是必不可少的） （ 3）其他设备保护 系统所连接的用电设备， 在有些情况下需要由控制设备来提供保护， 如系统中因逆变电路故障而出现的过压和负载短路而出现的过电流等， 如不及时加以控制， 就有可能导致系统或用电设备损坏） （ 4）故障诊断定位 当系统发生故障时，可自动检测故障类型，指示故障位置，对系统进行维护提供便利。 （ 5）运行状态指示 通过指示灯显示器等方式指示光伏系统的运行状态和故障信息）14 逆变器 是将直流转变成交流的一种设备。15测量设备如测量太阳辐射能，环境温度，充放电，数据传输、数据打印和遥控功能。16并网光伏发电系统的组成 17 并网太阳能光伏发电系统分为集中大型并网光伏系统（大型集中并网光伏发电站）和分散式小型并网光伏发电系统 （屋顶光伏系统或住宅并网光伏系统）两大类型。18 根据并网光伏发电系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电， 分为逆潮流和非逆潮流并网光伏发电系统两种 .逆潮流系统是在光伏系统中产生剩余电力时将该电能送入电网。由于是同电网的供电方向相反，所以称为逆潮流。 非逆潮流系统在区域内的电力需求通常比光伏系统的输出电力大， 因此在不可能产生逆潮流电力的情况下被产用，即光伏系统与电网形成并联向负载供电 。19 住宅并网光伏系统又有用户系统和区域系统之分。户用系统，装机容量小，一般为1kWp 5kWp ，区域系统装机容量大，一般为 50kWp 300kWp, 为一个小区或一栋建筑供电。20 根据并网光伏发电系统是否配有储能装置， 分为有储能装置和无储能装置并网光伏发电系统。配有少量蓄电池的系统，称为有储能系统。 不配置蓄电池的系统称为无储能系统。21 据相关国际标准光伏并网逆变器输出的并网电流波形总谐波畸变率应小于 5，各次谐波畸变频率小于 3 。22 并网逆变器主要性能参数有 额定输出 、容量输出、电压稳定度、整机效率、保护功能、启动功能。23 并网和离网光伏发电系统的不同组成部分及异同点二者的不同组成部分， 在于独网光伏发电系统具有防反充二极管、储能装置 蓄电池，而并网光伏发电系统的储能装置为并联电网，可不需要蓄电池。独网系统的逆变器只完成直流 -交流变换，而并网系统的逆变器除完成直流 -交流变换外，还要有保护功能。并网系统还需要变压器进行升压， 将电能送入电网，同时需要电压、电流检测装置进行并网控制，从而实现并网净化。独网系统的控制器控制的是蓄电池的充放电， 而并网系统的控制器是控制逆变的电能和并网的电能，保持其一致，从而顺利、安全并网。24 孤岛效应 指在电网失电情况下，发电设备仍作为弧立电源对负载供电这一现象。其危害一是当检修人员停止电网的供电， 并对电力线路和电力设备进行检修时， 若电网光伏电站的逆变器仍继续供电，会伤亡事故；二是当因电网故障造成停电时，若并网逆变器仍继续供电，一旦电网恢复供电，电网电压和并网逆变器的输出电压在相位上可能存在较大差异， 会在这一瞬间产生很大的冲击电流，导致设备损坏。25 孤岛效应检测方式 被动方式（检测时间 0.5 秒以内，保持时间 510 秒）电压相位跳变检测方式 1 检测向孤岛运行过度时的功率调节器从功率因数 1运行向负载的功率因数变化的瞬间的电压相位跳变。 2 向孤岛运行过度时若没有相位变化就不能检测。 3 误动作少且实用。 三次谐波电压突增检测方式 1检测向孤岛运行过度时的伴随变压器励磁电流的电压失真的激增。 2因与负荷变压器组合，所以误动作概率比较高。 频率变化率检测 主要检测因向孤岛运行过度时发电功率和负载不平等导致的频率突变。 主动方式 （检测时间 0.51 秒）频率偏移方式使功率调节器内部振荡器产生频偏， 然后检测孤岛运行时出现的频率变化。 有功功率变化方式 1使功率调节器的输出产生周期性有功功率变化，然后检测孤岛运行时出现的电压、电流或者频率的变化 2 平时输出也可能变化。无功功率变化方式 使功率调节器的输出产生周期性无功功率变化， 然后检测孤岛运行时出现的频率变化等。 负载变化方式 与功率调节器的输出并联、 瞬间且周期性地介入阻抗，然后检测电压、电流的突变。第三章 太阳能电池及组建1 对于晶体硅太阳能电池来说，太阳光谱中波长小于 1.1μ m 的光线都可能产生光复效应。正面电极（ -）太阳光减反射膜N型层（ p）ΘΘ背面电极（ ）晶体硅太阳电池工作原理图（ 1）2 太阳能电池的输出特性（ 1）等效电路在恒定光照下，一个处于工作状态的太阳电池， 其光电流不随工作状态而变化， 在等效电路中卡额把它看做是恒流源。（ 2） 输出特性I I scI mpO V mp V oc太阳能电池输出特性（ 2）VIRVIRRRIbkshLshssh太阳电池输出电流 I 和输出电压 V 关系3短路电流太阳电池的短路电流等于其光生电流。如图 2 所示当shs RR ,0 时可得10 kTqVLDL eIIIII 当外电路短路时（ R0.V0 ） ，此时 I 最大，表达式为 scL III如果将 p-n 结与外电路接通， 对于恒定光照，就会有恒定电流流过电路， 在非静电力作用下 p-n 结起了电源作用。在外电路街上负载后，负载中便有电流过，该电流称为太阳电池的工作电流，或称输出电流。负载两端电压称工作电压。4开路电压 在开路情况下，光照 p-n 结两端建立光生电势 qV oc， 称 Voc 为开路电压，表达式如下 1ln0II LkTqV oc 在可以忽略串联 并联电阻的影响时， Isc 为与入射光强度成正比的值，在很弱的阳光下，0II sc ，因此00RIIIqnkTVLLoc 其中00 qInkTR在很强的阳光下， 0II sc ，0lnIIqnkTV scoc 由此可见，在较弱阳光时， 硅太阳电池的开路电压随光的强度做近似直线的变化。而当有较强的阳光时， Voc则与入射光的强度的对数成正比。 禁带宽度愈宽的半导体， Voc 也愈大。5太阳电池伏安特性曲线太阳电池组件的输出功率取决于太阳辐照度 太阳光谱的分布和太阳电池的温度。 太阳电池组件的测试必须在标准条件下（ STC-Standard Test Condition ）进行测量条件“欧洲委员会”定义为 101 号标准，其条件是光谱辐照度为1000W/m2，光谱为 AM1.5 ，电池温度为25oC。在这种条件下，太阳电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，单位为峰瓦（ Wp） 。6 填充因子 最大输出功率mmm IVPVm 和 Im 分别是太阳能电池工作时的最大电压和电流。 填充因子是最大输出功率与电池的短路电流和开路电压乘积的比值。用 FF表示scocmmscocmIVIVIVPFF7转化效率转换效率表示在外电路连接最佳负载电阻 R 时， 得到的最大能量转换效率，起定义为PVIPPinmpmpinmax即电池的最大功率输出与入射功率之比。 由于太阳能电池材料只能最大限度的吸收一定波长的太阳能光辐射， 而太阳光谱却是一个宽的连续谱， 以及在温室下必然存在晶格热震动等散射机制， 太阳能的最高转换效率不可能达到 100。8太阳电池的光谱响应太阳电池的光谱响应是指一定量的单色光照到太阳能电池上， 产生的光生载流子被收集后形成的光生电流的大小。因此，她不仅取决于光亮子的产额， 而且取决于收集效率。太阳能电池电学性能的参数主要有 4个开路电压 Voc短路电流 Isc（或短路电流密度 Isc） 填充因子 FF 和光电转换效率。9 什么是光生伏打效应当太阳光照射在由 p型和 n型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的 p-n 结上时，在一定条件下，光能被半导体吸收后，在导带和价带智能光产生非平衡载流子电子和空穴。 它们分别在 p 区和 n 区形成浓度梯度，并向 p-n 结做扩散运动，到达结区边界时受 p-n 结势垒存在的强内建电场作用将空穴推向 p 区电子推向 n 区， 在势垒区的非平衡载流子亦在内建电场的作用下， 各向反方向运动，离开势垒区，结果使 p 区电势升高， n 区电势降低， p-n 结两端形成光生电动势，这就是 p-n 结的光生伏打效应。11. 单晶硅电池的基本结构多为 n/p 型， 其电阻率范围一般为 1 3Ω cm， 厚度一般为200μ m 300μ m。其优点如下①所用硅材料比较丰富 ; ②制造技术比较成熟；③结晶中缺陷较少， 转换效率较高； ④可靠性较高；⑤特性比较稳定。制作成单晶硅太阳电池组件， 一般其使用寿命可达到 30 年左右，但制作成本较高。12. 制备 SiO2 和 TiO2 薄膜通常采用热氧化或常压化学气相沉积工艺。应用领域主要用于光伏电站，特别是通讯电站，也可用于航空器电源，或用于聚光光伏发电系统。13. 多晶硅太阳电池的基本结构都为 n/p型，都用 p 型单晶硅片，电阻率 0.5 2Ω cm，厚度 220μ m 300μ m。制作特点以氮化硅为减反射膜， 商业化电池的效率多为 13--15。多晶硅结构在阳光下可通过控制氮化硅减反射膜的厚度，呈现金、绿、深蓝等不同的颜色。14. 非晶硅亦称无定形硅或 a-Si ， 是一种 “长程无序”而“短程无序”的连续无规则网络结构。15. 目前非晶硅太阳电池的实验效率达 15，稳定效率为 13。商品化非晶硅太阳电池的效率一般为 6--7.5。 非晶硅太阳电池经光照后， 会产生 10--30的电性能衰减， 这种现象称为非晶硅太阳电池的光致衰减效应。16.GaAs 太阳电池的缺点 GaAs单晶晶片价格比较昂贵； GaAs密度为 5.318g/cm 3（ 298K） ,而硅的密度为 2.329g/cm 3（ 298K） ，不利于在空间应用； GaAs比较脆，易损坏。17. 与硅太阳电池相比， GaAs太阳电池具有几个显著的特点 ① GaAs具有最佳禁带宽度1.424 ｅ V，与太阳光谱匹配良好，具有高的光点转换理论效率， 是很好的高效太阳电池材料。②由于禁带宽度相对较大， 可以再较高温室下工作。③ GaAs材料对可见光的吸收系数高，使绝大部分的可见光在材料表面 2μ m以内就被吸收，电池可采用薄层结构，相对节约材料。④高能粒子辐射产生的缺陷对 GaAs中的光生电子空穴复合的影响较小， 因此电池的抗辐射能力较强。 ⑤较高的电子迁移率使得在相同的掺杂浓度下，材料的电阻率比 Si的电阻率较小， 因此由电池体电阻引起的功率损耗较小。⑥ p-n 结自建电场较高，因此光照下太阳电池的开路电压较高。正是如此， GaAs的单结的多结太阳电池具有光谱响应特性好、空间应用寿命长、可靠性高的优势，尽管成本很高，但在空间电源方面有较大的应用。18. 聚光太阳电池是在高倍太阳光下工作的太阳电池。通过聚光器，使大面积聚光器上接受的太阳光汇聚在一个较小的范围内， 形成“焦斑”或“焦带” 。19. 基于目前的技术成熟情况及市场状况，太阳能光伏发电系统中常用的太阳电池主要是晶体硅太阳电池。20太阳电池组件要求 1.有一定的标称工作电流输出功率，② 工作寿命长，要求组件能正常工作 2030 年， 要求组件所使用的材料， 零部件及结构， 在使用寿命上互相一致，避免因一处损坏而使整个组件失效③ 有足够的机械强度，能经受在运输，安装和使用过程中发生的冲突。④ 组合引起的电性能损失小，组合成本低。21太阳电池常规组建的几种机构形式玻璃壳式机构、低盒式组件、平板式组件、无盖板的全胶密封组件。22 互连条材料可用厚度为 0.03mm0.05mm的镀银铜箔、银箔或铝箔。互连条的宽度按电流密度和单体电池上电极主栅形状来设计， 其长度按电池之间的距离及电池尺寸来设计，应略长些或加“消应力环”来减少热力。单体面积如较大，则电流密度大，互联条的厚度和宽度也应增加以减小由于内阻引起的电能损耗。23按其封装材料与工艺不同分为环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等。24 太阳电池组件的基本性能指标检测方法① 性能测试 在规定光源的光谱、 标准光强以及一定的电池温度（ 25oC条件下对太阳电池的开路电压、 短路电流、 最大输出功率、伏安特性曲线测量。 ② 电绝缘性测试 以1KV 的直流电通过组建底板与引出线， 测量绝缘电阻，绝缘电阻要求大于 2000M ，以确保在应用过程中组件边框无漏电现象进行测量。 ③ 热循环试验 将组件置于有自动温度控制、内阻空气循环的气候室内，使组件在 400C85 0C 之间循环规定次数， 并在极端温度下保持规定时间， 监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件由于温度重复变化引起的热应变能力。④ 湿热湿冷实验 将组件置于带有温度控制、内部空气循环的气候室内， 使组件在一定温度和湿度条件下往复循环，保持一定恢复时间，检测实验过程中可能产生的短路和断路、 外观缺陷、电性能衰减性、救援电阻等，已确定组件承受高温高湿和低温低湿的能力。⑤ 机械载荷实验 在组件表面逐渐加载，检测实验过程中可能产生的短路和断路、 外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受风雪、冰雪等静态载荷的能力。⑥ 冰雹实验 以钢球代替冰雹从不同角度以一定动量撞击组件，检测组件产生的外观缺陷、电性能衰减率，以确定组件冰雹撞击的能力。 ⑦ 老化试验 老化试验用于检测太阳电池组件暴露在高湿和高紫外辐照场地时具有有效抗衰减能力。将组件样品放在65oC，约 6.5OC 紫外太阳下辐照，最后测电光特性， 看其下降损失。 在暴晒老化试验中，电性能下降是不规则的，且与 EVA/TPT 光的损失不成比例。第四章. 1 蓄电池的基本概念； 蓄电池的主要功能是当日照量减少时或者夜间不发电时补充负荷要求的功率。蓄电池的基本要求； （ 1）自放电率低（ 2）使用寿命长（ 3）深放电能力强（ 4）充电效率高（ 5）少维护或免维护（ 6）工作温度范围宽（ 7）价格低廉目前我国与光伏发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池， 特别是阀控式密封铅酸蓄电池。2 蓄电池的内部结构；（ 1）正极活性物质；蓄电池正极中的填充物质，蓄电池放电时得到电子，发生还原反应。（ 2）负极活性物质，蓄电池负极中的填充物质，蓄电池放电时放出电子，发生氧化反应。（ 3）电解质； 为蓄电池内部离子提供导电的一种介质。 （ 4）隔膜；一般为绝缘性比较好的材料， 为了防止正负极活性物质直接接触导致短路而增加的隔。（ 5）外壳；为蓄电池的容器，能耐电解液的腐蚀，耐高温，能抗一定的机械强度。（ 6）放电；蓄电池内部发生自发反应， 向外部用电设备输送电流的过程。（ 7）充电外部向蓄电池内输入电能，形成与放电电流方向相反的电流， 使蓄电池内部发生于放电反应相反的反应， 此过程称为充电。3蓄电池的主要参数； （ 1）蓄电池的电动势； 定义电动势体现了电源把其他形式的能量转换成电能的本领。 电动势使电源两端产生电压。一般来说，电势越高，输出的能量越高，使用价值越高。（ 2）蓄电池的工作电压，开路电压，和终止电压。工作电压；工作电压在整个放电过程中会不断地降低，充电过程中会不断的增加。开路电压；蓄电池在开路状态下的端电压称为开路电压。 终止电压； 蓄电池在放电时电压下降到不宜再放电时的最低工作电压， 为了防止电池不至于过于放电而损耗极板各种标准的蓄电池在不同放电率和温度下放电时， 都规定了电池的终止电压。（ 3）蓄电池内阻；蓄电池在工作时， 电流通过蓄电池内部时受到各种阻力，使得蓄电池的电压降低，该阻力总和称为蓄电池的内阻。 蓄电池内阻受各种因素的影响包括活性物质的重量， 电解液的浓度和温度等等。 蓄电池一般来说蓄电池容量大则内阻小，低倍率放电时蓄电池内阻小；但在高倍率放电时，蓄电池的内阻明显增大。（倍率；放电电流数值与电池额定容量之比） 蓄电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻两者之和即为蓄电池的总内阻， 欧姆内阻遵守欧姆定律呈线性关系； 而极化内阻不遵守欧姆定律，随电流密度增大而增大，随温度增大而增大呈非线性关系。（ 4）蓄电池的能量；蓄电池的能量是指在一定的放电条件下，蓄电池所能放出的电能，通常用瓦时（ w.h表示，他表征蓄电池放电能力的大小。 能量等于蓄电池容量与电动势的乘积即wcv ， 通常蓄电池的能量分为理论能量和实际能量。比能量是蓄电池单位质量或单位体积所输出的能量，单位分别为 W.h/kg 或者 w.h/L 。比能量同样也分为理论必能量和实际比能量。（ 5）蓄电池的容量；蓄电池的能量就是蓄电池的蓄电能力， 通常以充足电后的蓄电池放电所放出的总电量来表示，标志符号位 C。容量常用的单位为安培小时简称安时（ A ） .理论容量是指蓄电池中活性物的质量按法拉第定律计算得到的最高理论值。 实际容量值是指蓄电池在一定放电条件下实际所输出的电量， 数值上等于放电电流与放电时间的乘积其数值小于理论值。 额定容量国外也称为标称容量是按照国家或有关部门颁布的标准在电池的设计时要求电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的电量值。 因此蓄电池的容量是由两级中较小容量的电极决定。（ 6）蓄电池的输出效率 ;容量输出效率是指电池放电时输出的电量与充电时输入的电量之比， 公式式中Cdis 为放电时输出的电量； Cch 为充电时输入的电量。 影响蓄电池容量输出效率的主要因素是蓄电池内部的各种副反应。 容量输出效率是指放电输出能量与充电输入能量之比，公式为；为放电时输出的能量 , 而为充电时输入的能量 . 7蓄电池的使用寿命 ;在规定的条件下 ,蓄电池的有限寿命期限称为该电池的使用寿命 影响铅酸蓄电池的寿命的主要因素包括放电深度 ,过充电程度 ,温度硫酸浓度和放电电流密度等 .8蓄电池的放电深度 ;在蓄电池使用过程中 ,电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度 .铅酸蓄电池寿命受放电深度影响很大 . 9自放电率 ;蓄电池的自放电现象是指蓄电池在独立存放期间容量逐渐减小的现象 .自放电率用单位时间内容量降低的百分数表示 . 自放电率 常规电池要求储存温度范围为-20 45.电池充满电搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。 （ 10）放电速率；放电速率简称放电率，是指放电的快慢，常用时率和倍率表示。譬如放电电流为0.1 对于一个 60 的电池， 即以 0.1 606 的电流放电； 3 则指 180 的电流放电 .4蓄电池的运行方式；主要有三种运行方式（ 1）循环充放电制（ 2）连续浮充制（ 3）定期浮充制。5蓄电池充电（ 1）恒流充电；在充电电流自始至终不变的充电方式。（ 2）恒压充电在蓄电池充电过程中， 充电电源电压始终保持不变， 叫做恒压充电 I 式中 U为被测电池的端电压； E 为被测电池的电动势； R为充电电路中的内阻。 充电末期， 充电电流过小，形成长期充电不足，影响电池的使用寿命；同时对电池的端电压很难补偿， 对低压蓄电池的完全充电很难完成。 这种充电方式一般用在过定式防酸隔式蓄电池。 （ 3 ） 恒压限流充电； 采用恒压限流的方法主要是为补救恒压充电的缺点。（ 4）间隙式充电；间隙式充电方法是指对蓄电池充电一段时间， 然后再静置一段时间，然后再充电，静置，多次循环，直至电池充满的方法，（ 5）快速充电，（ 6）智能充电；智能充电是一种动态自动跟踪蓄电池可接受的充电电流从而使得充电电流与蓄电池内部极化电流保值一致的充电方式， 也被称为最小损耗的充电模式。 注意智能充电是光伏发电系统中充电技术最具潜力的方向。6蓄电池分类及其工作原理以酸性水溶液作为电解质的蓄电电池酸性蓄电池防酸隔爆铅酸蓄电池典型的为铅酸蓄电池常用蓄电池阀控式密封铅酸蓄电池 VRLA 以KOH.NaoH 水溶液为电解质的蓄电池碱性蓄电池典型 为铁镍 .镉镍 .氢镍 .氢化物镍以及锌银蓄电池酸性蓄电池的结构和工作原理在光伏发电系统中， 目前最受欢迎的是免维护铅酸蓄电池， 正规名称叫阀控式密封铅酸蓄电池 VRLA. 特点使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会漏酸毒，电池盖子上设有单向排气阀 安全阀 ，该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值时，排气阀自动打开，排除气体，然后关闭气阀，防止空气进入电池内部。工作原理PbO22H2SO4Pb 2PbSO42H2O 碱性蓄电池的结构和工作原理正极 Ni（ OHOHeNiOOHO。负极 OeO 特点 1. 充放电循环次数达 500 次后， 容量无明显减小 2. 较好的低温放电特性， 自放电率低。3. 其充放电次数可达到 1000 次 . 无污染 . 无记忆效应，被称为绿色蓄电池，使用方便，为光伏发电系统优先推荐的蓄电池种类。7. 锂离子电池目前能量密度可高达 170 ≈ 180W*h/kg, 锂离子电池的高工作电压 3.6V 特点自放电率低 . 循环寿命长 . 对环境友好 . 没有污染 . 但价格昂贵。8燃料蓄电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。特点反应过程中不涉及燃烧， 能量转换效率不遵守“卡诺循环”的限制，大部分燃料蓄电池的效率高达 5060， 通过对余热的二次利用，总效率可高达 8085。作为动力源，其实际能源利用效率是普通内燃机的 23倍。9 铅酸电池充放电原理 在生产过程中，蓄电池会出现电压过低或者过高，极板腐蚀，热失控，容量下降等现象，掌握和应用好蓄电池的充放电特性是光伏发电系统应用的基础。10充电的过程反应 1 HHH OO电2 2 2424 SOPbPbSO 3 42 2 PbePb 4 44 4 OHPbOHPb 5 OHPbOOHPb 224 2 6 PbePb 22 7 424 224 SOHSOH 8 2PbS2OPbPb2S12放电的过程反应（ 1） 2442 2 SOHSOH 2 OHPbSOSOeHPbO 24242 224 3 22 PbePb 4 4242 PbSOSOPb 5 PbS2 2PbS 13;.过充现象“过充”就是过量给蓄电池充电而产生的一种对蓄电池化学和物理性能起破坏作用的现 象。14 过充的原因 “过充”主要是电压调节器的原因， 如果蓄电池中的电压调节器性能被破坏或者调整 不当，长期得不到修复或者修正， 易导致电池长期处于过充状态，从而失水严重，寿命缩短或发生热失控及膨胀等问题。15 0IQ ， 即 QI 0 。 被称为电流接受比，是充电初始电流 0I 与待充入电荷量之比，是一 个重要参数。 Α 值越大则初始充电电流越大， 充电速度越快。16 第一定律蓄电池接受充电电流的能力与蓄电池的放电电流有关，放电电流越大，则蓄电池可接 受充电电流的能力也越大。17. 第二定律 蓄电池可接受的初始充电电流 0I 与蓄电池的容量有关，蓄电池的容量越大， 蓄电池 接受的初始充电电流越大。18 第三定律电流的可加性原则，蓄电池各个阶段以不同的放电效率放电后， 可接受的充电电 流是各个放电率的可接受充电电流的总和。19 S 为总充电电流接受比； SI 为总的可接受充电电流； SQ 为蓄电池放出的总容量。20. 极化现象事实上影响蓄电池充电速度和充电电流的主要因素是充电过程中的极化现象。在蓄电 池的化学反应中， 这种电动势超过势力学平衡值的现象，称之为极化现象。21. 浓差极化随着电极化学反应的进行，电极表面的反应物不断减少而生成物不断增加， 为了维持 平衡，反应物能及时补充而生成物应该及时离去。然而实际上生成物和反应物的扩散迁移速率远远赶不上化学反应的速度， 也就造成了电极表面到中部溶液电解质容度的不均匀。该现象为浓差极化。22 电化学极化 电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应较慢，反应较慢的过程需要较高的活 化能，为了使电极反应顺利进行， 所额外施加的电压称为电化学超能（亦称为活化超电势） ，这种极化现象称为电化学极化。23. 欧姆极化由于离子间的碰撞，从而使离子在迁移过程中不可避免地受到一些阻力，该阻力称之 为欧姆内阻。 为了克服阻力就必须额外增加一定的电压。 如果两极间内阻为 R， 所对 应的额外电压为 IR。额外电压向环境散发热量为RI 2 ，该现象称之为欧姆极化。24蓄电池充电过程中常见的几个问题 1 铅酸蓄电池的不一致性与均衡充电2 放电对蓄电池性能的影响3 快速充电及极化25 光伏发电系统的能量系统为太阳能电池阵列和蓄电池组的复合系统。 充电控制主要包括充电程度判断， 从放电状态到充电状态的自动转换， 充电各阶段模式的自动转换及停充控制等方面。26、 蓄电池的不一致性是指同一型号规格蓄电池的电压、电阻、容量等参数存在差别。改善该缺点可以采取基于消除蓄电池极板硫化的均衡充电。27、 快速充电是快速提高蓄电池储能速度的有效方法， 但是快速充电会引起蓄电池的极化现象，造成蓄电池极板活性物质脱落，直至损坏蓄电池。28、消除极化现象的几种方法（ 1）强制消除（ 2）自然消除（ 3）反馈控制29、蓄电池充电过程的阶段划分一般分为主充、 均充、 和浮充。 主充一般为快速充电 。均充就是均衡电池特性的充电 。为了保护蓄电池不过充， 在蓄电池快速充电至 80 90容量后，一般采用浮充模式（恒压充电） 。30、充电程度的判断方法有蓄电池实际容量值的检测（ 2）检测蓄电池端电压（ 3）充电各阶段的自动转换31、充电各阶段的自动转换方法 （ 1）时间控制，即预先设定各阶段的充电时间，时间继电器或 CPU 来控制转换时刻（ 2）设定转换点的充电电流或蓄电池端电压值， 当实际电流或电压值达到设定值时及自动转换 （ 3）采用积分电路在线检测蓄电池的容量， 当容量达到一定数值时则发信号改变充电电流大小。32、停充控制方法 （ 1）定时控制（ 2）温度控制33、 正确使用和维护蓄电池可延长蓄电池使用性命（ 1）定期检查电解液液面高度（ 2）保持电压调节器的正常工作（ 3）正确搬用与安装（ 4）保持蓄电池清洁（ 5）注意防冻防晒（ 6）及时正确充电34、蓄电池的检测蓄电池的技术状况可以根据放电程度和启动能力 . 第五章1、太阳能光伏发电系统分为离网型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。2、充放电控制器是太阳能独立光伏系统中至关重要的部件， 其主要功能是对独立光伏系统中的储能元件蓄电池进行充放电控制， 以免蓄电池在使用过称中出现过充或过放的现象，影响蓄电池寿命，从而提高系统的可靠性。3、控制器主要是为了避免蓄电池在充放电过程中出现过充或过放情况而设计的控制部件，它能使蓄电池工作在最佳状态。4、充放电控制器主要由控制电路、开关元件和其他基本电子元件组成。 开关元件包括充电开关、 放电开关。 它可以是一个继电器、三极管、 MOS 管、晶体管或是机械等类型的元件。5、控制器控制电路部分是整个光伏控制器的核心，控制部分的作用一方面需要控制电路所需要的稳定电压， 以稳定供给控制电路部分集成电路所需要的电压， 以保证集成电路正常工作。5.1.2 控制器的分类及选购注意事项6、太阳能光伏控制器的种类很多，根据所控制的太阳电池组件的路数可为单路型控制电路和多路型控制电路。7、太阳能光伏控制器根据控制电路的复杂程度不同， 又可分为简易型控制器和智能型控制器。8、光伏控制器按电路方式的还可以分旁路型、串联型或脉宽调制等。9、 一般光伏控制器应具有 6个基本功能 ○ 1 .防止蓄电池过充 ○ 2 .防止蓄电池过放 ○ 3 .提供负载控制的功能 ○ 4 .光伏控制器工作状态信息显示 ○ 5 .防雷功能 ○ 6 .防反接功能10、 在国标中规定了控制器的相关技术参数如下 ○ 1 充满断开和恢复功能当蓄电池充满时， 要求控制器具有输入充满断开和恢复接通的功能。标准设计的蓄电池值为12V；则充满断开和恢复连接电压参考值如下 起动型铅酸蓄电池充满断开为15.0V15.2V ； 恢复连接为 13.7V； 规定型铅酸蓄电池充满断开为 14.8V15.0V ；恢复连接为 13.7V；密封型充满断开为14.1V14.5V ；恢复连接为 13.2V 。 ○ 2 .温度补偿 实际考虑光伏发电电池系统环境及蓄电池的工作温度特性， 由于蓄电池在充电过程中，再化合反应产生大量热不易散出，就会导致电池温升过高，电解液干涸，造成电池的热失控。标准规定了温度系数在-37mV/℃。 ○ 3 .空载损耗（静态电流）标准中规定控制器最大自身耗电不应超过其额定充电电流的 1。 ○ 4 .充、放电回路电压降 在标准中规定控制器充电或放电的电压降不应超过系统额定电压的 5。对选购控制器的相关技术要求， 可用相应方法对参数进行检测。11.在电力电子中， 将交流转成直流的装