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一基础知识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__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.光激励核核电子空穴电子●PN结合型太阳能电池电子对太阳能电池是由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片在受光过程中带正电的空穴往P型区__带负电子的电子往N型区__在接上连线和负载后就形成电流..-+-N型PN结+-++-+-+-N区------PN结合+-++-+-+-电势++++++P区-+-P型2太阳能电池种类硅半导体结晶类非晶类单晶硅电池多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太阳能电池3-5族化合物电池转换效率:24%空间用化合物半导体2-6族化合物电池转换效率:10%民用1-3-6族化合物电池转换效率:8%※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.3多晶硅太阳能电池的制造方法铸造工艺高温冶炼1400度以上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冷却成锭基片厚度220微米破锭150mm*155mm切片线切割PN结合正面N极反面P极减反膜形成芯片工艺N极烧结电极印刷正反通过电极汇集电芯片串并联形成设计需要的电流一片芯片的电封装工艺组配叠片层压玻璃防冲EVA缓冲芯片发电EVA缓冲背垫防湿模拟光源输出测试边框__4太阳能电池关连的名称和含义●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转换效率=100%太阳能电池板被照射的太阳能※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1000w/㎡、分光分布AM
1.5的模拟光源条件下的测试为标准测试状态.大气层AM1θ=90度AM
1.5标准测定状态地面θ=
41.8度分光分布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.●太阳能电池输出特性【太阳能电池电流---电压特性I-V曲线】短路电流Isc最佳输出动作电流电流Ipm最大输出动作电压Vpm最佳动作点最大输出最大输出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Vpm: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电压开路电压Voc【日照强度变化和I-V曲线】【温度变化和I-V曲线】1000W/㎡800W/㎡600W/㎡电流电流400W/㎡电压电压【日照强度—最大输出特性】【温度-最大输出特性】120最100大80输60出40%20020040060080010001200日照强度W/㎡120最100大80输60出40%200-250255075100温度度●太阳能电池的短路电流和日照强度成正比●太阳能电池对环境的贡献
①对防止地球温暖化减轻对地球环境的贡献●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:3kW太阳能发电系统对环境污染物的削减量Co2NOxSOx石油替代量:729L/年减排放CO2能力:540kg-C/年森林__换算:5544㎡
②对能源和节能的贡献太阳能电池22年的发电量即可收回制造太阳能电池时使用的电力5__电源太阳能发电系统构成专用设备直流有蓄电路灯交通__灯无线电无蓄电池DC水泵换气扇充电器__电源交流有蓄电池照明系统无蓄电AC水泵一般负荷直流有蓄电小型用户系统无蓄电无实例交流有蓄电无电村落●系统简介无蓄电无实例控制器DC太阳能电池板DC直流负荷DCAC蓄电池逆变器交流负荷部品名称: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
二、__电源的系统设计步骤1总体设计思路1程序图简单的来说太阳能__电源系统的容量是由设备__场所的日照量负荷的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.项目的__地点__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2设计顺序1确定__地点的日照量Q’(mWh/cm
2.day)太阳能__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__的.一般方阵是以__纬度设置倾角.__面日照量的计算方法:(通常采用查询当地日照记录方法)cos|θ―β―δ|Q’=Q×K1×
1.16×公式1cos|θ―δ|符号含义Q:水平面的月平均日照量cal/cm2*dayK1:日照修正系数(一般为
0.9)
1.16:单位变换定数cal/cm
2.day→mWh/cm2θ:设置场所的纬度β:太阳能电池方阵的倾斜度相对于水平面δ:太阳的月平均赤纬度〔°〕赤纬表白表一JanFeb__rApr__yJunJulAugSepQctNovDec-21°-13°-2°+10°+15°+23°+21°14°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__式进行换算:Q=Q0*a+b*S/SoQo: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ab:需要根据当地气候纬度季节而定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/h)功率w/h100200300100使用时间h6666消耗电力w60012001800600175W300200100照明收音电视照明PL:平均消費電力175W06121824時間(h)3)确定太阳能电池板容量Pm(Wp)太阳能电池容量计算按下列方式计算Pm=2400/Q’min*PL*1/K公式2符号含义Q’min:前述__面日照量Q’的年最小值mWh/cm
2.dayPL:平均消费电力WK:系数K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9k1充电效率
0.97k2太阳能电池板脏污系数
0.9k3电池板温度补正系数
0.9k4直并联接线损失系数1-12V
0.9024V
0.95k5最佳输出补正系数
0.9k6蓄电池充放电效率
0.9k7逆变器效率视容量和设备而定k8变压器效率视容量和设备而定k9DC线损
0.95(参考1)PV太阳能电池输出的额定输出功率是在日照量100mW/cm2芯片温度为25度的条件下测定的输出功率是根据日照的强度发生变化的.为了区别PV和柴油发电机的容量标志故用Wp来表示太阳能电池的峰值输出.(参考2)等价日照量:Q’min./100折损系数k=K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9k1充电效率
0.97k2太阳能电池板脏污系数
0.9k3电池板温度补正系数
0.9k4直并联接线损失系数1-12V
0.9024V
0.95k5最佳输出补正系数
0.9k6蓄电池充放电效率
0.9k7逆变器效率视容量和设备而定k8变压器效率视容量和设备而定k9DC线损
0.95PV额定输出Pm*h*k≧总消费P*24日平均消费电力时间100mW/cm2WpW0100mW/cm2日照量PV额定输出平均消费电力时间参照图a24等价日照量假设在日照为100mW/cm2的强度持续24小时PV的容量可等同于平均消费电力.但是日照的时间不可能是24小时同时受到自然条件的影响白天夜间阴雨.故设计时按公式2以最小的日照时间来计算计算.(参照图a)假设在日照量为400Wh/m
2.day的情况相当于在1000W/m2的日照强度4个小时的日照也就是说这天除4小时输出以外以外其他时间的输出功率为零.(参照图b)实际的日照量400mWh/cm
2.day04小时24参照图假设PV的容量按平均消费电力来设置的话系统只能带动负荷4个小时的运作.为了保证其他20小时的负荷使用PV的容量的设置必须放大.其放大倍率为100*24/100*
4.故公式2的右边为2400/Q’min.5蓄电池容量BeAH蓄电池的容量由下列公式3计算决定Be=PL*24*D/Kb*V公式3符号含义D:连续不日照天数一般在3至7天Kb:安全系数放电深度一般为70%逆变器效率根据厂家数据线损一般为5%等V:系统电压V。