太阳能系统设计工程师必看的培训教材--强烈推荐-1

- 1 -1目录太阳能光电产品 /3一．太阳能电池组件 /31．太阳能电池的工作原理 /32．太阳能电池组件类型 /33．太阳能电池组件的面积计算 /5A．太阳电池的转换效率 /5B．太阳电池的串并联 /5C．太阳电池的面积计算 /54．太阳能电池结构图 /65．太阳能电池的主要参数 /66．测试标准 /77．太阳能电池组件报价 /7二．太阳能照明系列 /91．太阳能照明系统工作原理 /92．太阳能照明产品的种类 /93．五星太阳能照明产品的特点 /94．照明系统的配置参数计算 /105．太阳能灯具与普通灯具经济效益对比 /116．五星系牌太阳能路灯、庭院灯、草坪灯、应急灯 /15(1)FS-BSL601 风光互补路灯 /15A.系统组成图 /15B.系统结构图 /15C.系统工作原理 /16D.系统配置 /17E.设备性能 /17(2)FS-TSL 系列太阳能庭院灯 /18A. 系统组成图 /18B. 系统结构图 /18C. 结构图与技术参数 /18FS-TSL601 /19FS-TSL602 /20FS-TSL603 /21FS-TSL604 /22FS-TSL605 /23FS-TSL606 /24FS-TSL607 /25FS-TSL608 /26FS-TSL609 /27FS-TSL610 /28FS-TSL611 /29- 2 -2FS-TSL612 /30FS-SFL601（ LED烟花灯） /31(3) 五星 WX-YJ系列太阳能草坪灯 /32A.工作原理 /32B.技术参数 /32WX-YJ501 /32WX-YJ502 /32WX-YJ503 /33WX-YJ504 /33WX-YJ505 /33WX-YJ506 /33WX-YJ507 /34C.使用说明 /34（ 4）五星 RL788B太阳能应急灯 /34A.产品概述 /34B.技术指示 /34C.使用说明 /35D.注意事项 /35E.原理电路图 /36- 3 -3太阳能光电产品太阳能光电产品一． 太阳能电池组件太阳电池组件俗称太阳能电池板，是太阳能光电产品的核心部件，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。1． 太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理是在基于半导体的光电效应将太阳幅射直接转换成电能。在高纯度的半导体硅晶体中掺入不同的杂质，如硼、磷等；当掺入硼时，硅晶体中就会形成含有较多的空穴 N型半导体，掺入磷时，硅晶体中就会形成含有较多的电子 P型半导体，当 P 型和 N型半导体结合在一起时，就会在交界面形成一个 PN结；太阳能电池的基本结构就是一个大面积的 PN结，其光电转换原理是：在 PN结内建电场作用下，N 型半导体的空穴往 P 型区移动，而 P 型区中的电子往 N型区移动，最后造成在太阳电池受光面（上表面）有大量负电荷（电子）积累，而在太阳电池背光面（下表面）有大量的正电荷（空穴）积累。如在太阳电池上下表面做上金属，并用导线接上负载，在负载上就有电流通过，这就形成了电源。如下两图所示2． 太阳电池组件类型太阳电池组件种类繁多，根据太阳电池片的类型可分为：单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等等，其中晶体硅（包括单晶硅与多晶硅）电池组件约占市场的 80～ 90％。封装材料与工艺也不尽相同，主要分为：环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等。目前用得最多的是层压封装方式，因为这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。同类太阳电池组件根据峰值功率、额定电压又可以分为不同型号。单个组件的功率从几分之一瓦到几百瓦，电压从零点几伏到几十伏不等。目前，五星公司生产的太阳电池组件有单晶硅，多晶硅，层压板，滴胶板（环氧树脂板）。- 4 -4多晶硅太阳电池片 单晶硅太阳电池片滴胶板主要用于太阳能草坪灯、礼品玩具、手机、充电器等小型太阳电池组件，层压板主要用于太阳能路灯、庭院灯，光伏电系统等大型太阳电池组件。3． 太阳电池组件的面积估算通常客户在设计开发太阳能产品时能计算出太阳电池的工作电压和电流，但对太阳电池的最小面积不能确定，常咨询太阳能电池组件生产厂商。因此我们需学会太阳电池面积的计算方法。首先了解一下太阳电池组件的基本参数。A. 太阳电池转换效率太阳电池转换效率是电池电功率和入射光功率的比值。太阳电池最重要的基本参数包括：短路电流 I SC、开路电压 VOC、最大工作电压Vm、最大工作电流 I m、填充系数 FF、转换效率 η 、串联电阻 Rs 和并联电阻 RP。常用的关系式为：填充系数： FF=VmI m/V ocI sc转换效率：η =I mVm/P=FFI scVoc/P （P - 太阳辐射功率）其中 Pin 是入射功率，对于地面应用的太阳电池，太阳功率密度数值为 1000 W/m2（海平面） ，对于太阳电池来说，填充系数 FF是一个重要的参数，它可反映太阳电池的质量。太阳电池的串联电阻越小、并联电阻越大，填充系数越大，反映到太阳电池的电流 - 电压特性曲线上是曲线接近正方形， 此时太阳电池可以实现很高的转换效率。B. 太阳电池的串并联太阳电池每片工作电压 0.4 ～ 0.45V 左右（开路电压约 0.6V） ，将一片切成两片- 5 -5后，每片电压不变；太阳电池的功率与电池板的面积成正比（同样转化效率下） 。 根据组件所需电压、功率，可以计算出所需电池片的面积及电池片片数。由于单体电池（未切割前）尺寸一定（有几种标准） ，面积通常不能满足组件需要，因此，一般先激光切片，然后进行串并联焊接。C. 太阳电池组件面积估算单体太阳电池片尺寸常有 103mm*103mm、 125mm*125mm、 156mm*156mm三种标准，但每一种标准的的转换效率从 14%--18%不等，为了有足够的安全空间我们把转换效率定为 14%。已知太阳电池的工作电压（ Vm） 、电流（ Im） , 则晶片面积 Sj=(Vm*Im/η )*1000, η =14%，而实际应用中需考虑到晶片间距、边距、正负极引线孔、割片方式等，故太阳电池板的最小面积如下图所示：在 1000W/m*m条件下W*L=(2Bw+Wj)*[(Vm/0.5v-1)*p+Lj+2BL]=S 式 1-1式中 Wj*Lj*1/1000* η =Vm*Im=Pm（ Wj 为晶片宽度， Lj 为晶片长度） ，经验值Bw=1mm、 BL=2mm、 P=0.5mm(Min)。对式 1-1 化简后可得：(2+Wj)*[ （ Pm/Wj*η） *1000+Vm+3.5） ]=S 式 1-2因分割后的太阳电池片必须要有一条主栅线，且单体太阳电池片有标准的边长尺寸，即 Wj 的取值常以主栅线为中心线平分标准的单体太阳电池片 , 如 125/2 、125/4 ； 所以通常采用假设固定 W长度， 然后计算 L 的方法来确定太阳电池的最小面积。当然理论上 Wj的取值也可任选 , 不过没有了主栅线的太阳电池片是不能做太阳能电池组件的，因此会提高太阳电池的造价。总之太阳电池组件的面种计算方法是固定 W边，再跟据式 1-2 求 L 边。例：某滴胶板太阳电池要求工作电压 Vm=3v,工作电流 Im=45mA，求它的最小面积（选用 125*125 多晶少彩晶片η =14%、 1000W/M*M） ？解： Wj=125/4=31.25mmW=2+31.25=33.25mmL=(Vm*Im/Wj*η )*1000+Vm+3.5=37.36mm∴ S=W*L=1256mm*mm(实际取值 W=33.5、 L=37.5)常用 103、 125、 156 规格太阳电池片的滴胶板最小面积总结如下表 , 供参考规格 W(mm) L(mm) 备注103*103 28 Vm*Im/0.0036+Vm+3.5 1000w/m*mη =14%54 Vm*Im/0.0072+Vm+3.5125*125 34 Vm*Im/0.0044+Vm+3.565 Vm*Im/0.0088+Vm+3.5156*156 41 Vm*Im/0.0055+Vm+3.5- 6 -680 Vm*Im/0.0011+Vm+3.5层压板太阳电池最小表面积估算（略）4． 太阳能电池板结构图：层压板层次结构示意图 电池片互连示意图层压板组件与边框 滴胶板结构示意图5． 太阳能电池板主要参数内容项次 参数名称 ( 代号) 项次 参数名称 ( 代号)1 标称功率 (Pm) 7 绝缘性能2 功率容许公差 ( ± %) 8 耐压3 最佳工作电压 (Vm) 9 耐风压4 最佳工作电流 (Im) 10 抗冰雹5 开路电压 (Voc) 11 转换效率6 短路电流 (Isc) 12 使用寿命表中 1~6项需根据客户要求而定，其它项次我公司一般设计为以下水准：? 绝缘性能： >100MΩ；? 耐压： AC2000VDC3000V；? 耐风压： 60m/s(200kg/ 平方米 ) ；? 抗冰雹： 25mm(1 inch) at 23 m/s(52mph) 225g 钢球 100cm高度落下；? 转换效率： 14%~17%；? 使用寿命：层压板 25 年以上，滴胶板 3~5 年；? 工作环境温差： -30 ℃ ~65℃- 7 -76． 测试标准太阳能电池实行的测试标准是 IEC61215，在批量生产中主要是模拟阳光对太阳电池的 V-I 特性测试，其主要测量的参数指标有开路电压 Voc、短路电流 Isc 、最佳工作电压 Vm、 最佳工作电流 Im（最佳工作电压电流指最大功率点的带负载电压和电流） 。标准测试条件是电池温度 25℃± 2℃，辐照度 1000W/m-2光谱分布 AM1.5。目 前 ， 我 公 司 使 用 的 模 拟 阳 光 测 试 台 是 采 用 卤 灯 作 为 光 源 ， 光 照 度 调 节 为35000~40000LUX(客户有特殊要求除外 ) 。测试电路图如下所示Voc Isc35000~ 40000lux模拟阳光 ( 卤灯)Vm35000~ 40000lux模拟阳光 ( 卤灯) R+Im-+-从上图中可知有以下几种因素会造成太阳电池的 V-I 特性测量误差:A. 模拟阳光的照度在校对时如使用不同的 LUX表会产生误差;B. 测试台的结构设计不相同，会造成太阳电池温度和受光角度不相同;C. 电压电流表因规格型号不同其内阻会有所差异产生误差;D. 不同品牌的太阳电池片其内阻、损耗等不相同;E. 假负载 R的精确度和人眼的读数 ( 指针表头 ) 误差都会影响测量结果;以上因素也是我公司通过全检后出厂的太阳电池在客户的 IQC检验中会有少部分不良品现象发生的原因所在。7． 太阳电池组件报价太阳能电池的价格与其面积大小、电压高低无关，而是与功率成正比。目前， 我公司报价情况如下（随原材料、人工等成本波动而有所调整，仅供参考）分类 瓦数（ W） 单价 / 瓦 分类 瓦数（ W） 单价 / 瓦1 小于 2W 42 元 / 瓦 4 16~40W 35 元 / 瓦2 2~5W 40 元 / 瓦 5 41~65W 34 元 / 瓦3 6~15W 36 元 / 瓦 6 70~200W 32 元 / 瓦附：实物照片供参考：