太阳能光伏发电系统知识

https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270 （微信同号） QQ 1058999501 郭先生 太阳能光伏生产设备 a) 硅棒硅锭生产设备：单晶炉，铸锭炉，坩埚，热场及其他相关设备； b) 硅片生产设备： 切割设备，清洗设备，检测设备及其他相关设备； c) 电池生产设备： 全套生产线，腐蚀清洗设备，扩散炉，减反射膜 /沉积设备， 丝网印刷机，测试仪和分选机，其他相关设备； d) 电池板 /组件生产设备：全套生产线，测试设备，玻璃清洗设备，引线焊接设备 及层压设备等； e) 薄膜电池生产设备：硅基薄膜电池，铜铟镓硒电池 CIS/CIGS, 碲化镉薄膜电池 CdTe,染料敏化电池生产技术及研究设备 ； Ø 光伏电池：单晶电池，多晶电池，非晶电池，其他薄膜电池； Ø 光伏相关零部件：蓄电池，充电控制器，逆变器，监视器，转换器，记录仪，支架 系统跟踪系统接线盒，电缆等； Ø 光伏材料：硅料，硅锭 /硅块，硅片，漿料，封装玻璃，封装薄膜及其他原料； Ø 光伏产品：灯具类产品，移动充电器，光伏水泵，家用太阳能及其他太阳能应用产 品； Ø 光伏工程及系统：并网发电系统，独立发电系统，太阳能空气调节系统，农村光伏 发电系统、太阳能检测及控制系统、太阳能光伏工程程序控制和工 程管理及软件编 制系统； 太阳能光伏发电系统组成的四大件 太阳能电池板分类 多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、有机太阳能电池 编辑本段太阳能发电系统 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为 交流 220V 或 110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为： （一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电 系统中价值最高的部分。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。太阳能电池板的质量 和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 （二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起 到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的 功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 （三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。 其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 （四）逆变器：在很多场合，都需要提供 220VAC、 110VAC 的交流电源。由于太 阳能 的直接输出一般都是 12VDC、 24VDC、 48VDC。为能向 220VAC 的电器提供电能，需要将 太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用 DC-AC 逆变器。在某些 https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270 （微信同号） QQ 1058999501 郭先生 场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到 DC-DC 逆变器，如将 24VDC 的电能转换成 5VDC 的电能（注意，不是简单的降压）。 编辑本段太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素： Q1、 太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？ Q2、 系统的负载功率多大？ Q3、 系统的输出电压是多少，直流还是交流？ Q4、 系统每天需要工作多少小时？ Q5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？ Q6、 负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大 ? Q7、 系统需求的数量？ 什么是光伏发电 ?光伏发电产品用途 光伏发电是根据光生伏特效应原理 ,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。 不论是独立使用还是并网发电 ,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变 器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件 ,所以 ,光伏发电设备极为精 炼 ,可靠稳定寿命长、安装维护简便。 理论上讲 ,光 伏发电技术可以用于任何需要电源的场合 ,上至航天器 ,下至家用电源 ,大到兆 瓦级电站 ,小到玩具 ,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片）， 有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于 一些小系统和计算器辅助电源等。国产晶体硅电池效率在 10 至 13％左右，国外同类产品效 率约 12 至 14％。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。 目前，光伏发电产品主要用于三大方面： 一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、 通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源； 二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等； 三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过， 2008 年北京奥运会部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。 光伏发电的原理 基本原理就是 “光伏效应 ” 光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大， 能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。 “光生伏特效应 ”，简称 “光伏效应 ”。指光照使不均匀半导体或半导体与金 属结合的不同部位 之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程； 其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的 回路。 光伏发电，其基本原理就是 “光伏效应 ”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因 为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。 https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270 （微信同号） QQ 1058999501 郭先生 太阳能电池，通常称为光伏电池。目前的主要的太阳能电池是硅太阳能电池。用的硅是 “提 纯硅 ”，其纯度为 “11 个 9”，比半导体或者说芯片硅片 “只少两个 9”；又因为提纯硅结晶后里 头的成分不同，分为多晶硅和单晶硅；目前，单晶硅太阳能电池的光电转换率为 15％左右， 最高达到了 24％，使用寿命一般可达 15 年，最高达 25 年，比转换率仅 12％ 左右的多晶硅 太阳能电池的综合性能价格比高。 什么是光伏效应 ?P-N 结电流方程 光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间 产生电位差的现象。 产生这种电位差的机理有好几种，主要的一种是由于阻挡层的存在。以下以 P-N 结为例说 明。 热平衡态下的 P-N 结同质结可用一块半导体经掺杂形成 P 区和 N 区 。由于杂质的激活能量 ΔE很小，在室温下杂质差不多都电离成受主离子 NA-和施主离子 ND+。在 PN 区交界面处 因存在载流子的浓度差，故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间，在 N 区的电子为 多子，在 P 区的电子为少子，使电子由 N 区流入 P 区，电子与空穴相遇又要发生复合，这 样在原来是 N 区的结面附近电子变得很少，剩下未经中和的施主离子 ND+形成正的空间电 荷。同样，空穴由 P 区扩散到 N 区后，由不能运动的受主离子 NA-形成负的空间电荷。在 P 区与 N 区界面两侧产生不能移动的离子区（也称耗尽区、空间电荷区、阻挡层），于是出 现空间电偶层 ，形成内电场（称内建电场）此电场对两区多子的扩散有抵制作用，而对少子 的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳定的内建电场。 P-N 结能带与接触电势差： 在热平衡条件下，结区有统一的 EF；在远离结区的部位， EC、 EF、 Eν 之间的关系与结形 成前状态相同。 从能带图看， N 型、 P 型半导体单独存在时， EFN 与 EFP 有一定差值。当 N 型与 P 型两者 紧密接触时，电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动，空穴流动的方向相反。 同时产生内建电场，内建电场方向为从 N 区指向 P 区。在内建电场 作用下， EFN 将连同整 个 N区能带一起下移， EFP将连同整个 P区能带一起上移，直至将费米能级拉平为 EFN=EFP， 载流子停止流动为止。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲，形成势垒。势垒高度等于 N 型、 P 型半导体单独存在时费米能级之差： qUD=EFN-EFP 得 UD=(EFN-EFP)/q q：电子电量 UD：接触电势差或内建电势 https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270 （微信同号） QQ 1058999501 郭先生 对于在耗尽区以外的状态： UD=(KT/q)ln(NAND/ni2) NA、 ND、 ni：受主、施主、本征载流子浓度。 可见 UD 与掺杂浓度有关。 在一定温度下， P-N 结两边掺杂浓度越高， UD 越大。 禁带宽的材料， ni 较小，故 UD 也大。 光照下的 P-N 结 P-N 结光电效应： 当 P-N 结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征吸收都将产生光生载流子。但能引起 光伏效应的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因 P 区产生的光生空穴， N 区产生的光生 电子属多子，都被势垒阻挡而不能过结。只有 P 区的光生电子和 N 区的光生空穴和结区的 电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向 N 区，光生空穴被拉向 P 区，即电子空穴对被内建电场分离 。这导致在 N 区边界附近有光生 电子积累，在 P 区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡 P-N 结的内建电场方 向相反的光生电场，其方向由 P 区指向 N 区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差， P 端正， N 端负。于是有结电流由 P 区流向 N 区，其方向与光电流相反。 实际上，并非所产生的全部光生载流子都对光生电流有贡献。设 N 区中空穴在寿命 τp 的时 间内扩散距离为 Lp， P 区中电子在寿命 τn 的时间内扩散距离为 Ln。 Ln+Lp=L 远大于 P-N 结本身的宽度。故可以认为在结附近平均扩散距离 L 内所产生的光生载流子都对光电流有 贡献。 而产生的位置距离结区超过 L 的电子空穴对，在扩散过程中将全部复合掉，对 P-N 结光电效应无贡献。 光照下的 P-N 结电流方程： 与热平衡时比较，有光照时， P-N 结内将产生一个附加电流（光电流） Ip，其方向与 P-N 结 反向饱和电流 I0 相同，一般 Ip≥I0。此时 I=I0eqU/KT - (I0+Ip) 令 Ip=SE，则 I=I0eqU/KT - (I0+SE) 开路电压 Uoc： 光照下的 P-N 结外电路开路时 P 端对 N 端的电压，即上述电流方程中 I=0 时的 U 值： 0=I0eqU/KT - (I0+SE) https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270 （微信同号） QQ 1058999501 郭先生 Uoc=(KT/q)ln(SE+I0)/I0≈(KT/q)ln(SE/I0) 短路电流 Isc： 光照下的 P-N 结，外电路短路时，从 P 端流出，经过外电路，从 N 端流入的电流称为短路 电流 Isc。即上述电流方程中 U=0 时的 I 值，得 Isc=SE。 Uoc 与 Isc 是光照下 P-N 结的两个重要参数，在一定温度下， Uoc 与光照度 E 成对数关系， 但最大值不超过接触电势差 UD。弱光照下， Isc 与 E 有线性关系。 a)无光照时热平衡态， NP 型半导体有统一的费米能级，势垒高度为 qUD=EFN-EFP。 b)稳定光照下 P-N 结外电路开路，由于光生载流子积累而出现光生电压 Uoc 不再有统一费 米能级，势垒高度为 q(UD-Uoc)。 c)稳定光照下 P-N 结外电路短路， P-N 结两端无光生电压，势垒高度为 qUD，光生电子空穴 对被内建电场分离后流入外电路形成短路电流。 d)有光照有负载，一部分光电流在负载上建立起电压 Uf，另一部分光电流被 P-N 结因正向 偏压引起的正向电流抵消，势垒高度为 q(UD-Uf)。