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太阳能光伏系统知识-太阳能电池板


太阳能电池板

太阳能电池板知识
一、什么是太阳能电池(片)、板?

二、太阳能电池板的工作原理 三、太阳能电池板的分类
四、太阳能电池板性能测试环境

五、太阳能电池板寿命、价钱
六、太阳能电池板功率计算方法 七、太阳能电池板使用注意事项 八、提高太阳能电池板效力方法 九、太阳能电池片设计举列

一、什么是太阳能电池(片)、板?
? 一种由光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能

的器件,是一种半导体光电二极管,当太阳光照到 光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变 成电能,产生电流!
? 太阳能电池片的几种规格及输出功率:
Isc (A) Imp(A) Voc(V) Vmp(V) 103×103(mm2) 3.2 2.96 4.63 6.66 0.6 0.6 0.6 0.48 0.48 0.48 Pmp 1.43W 2.11W 3.04W η

13.5%
13.5% 13.5%

125×125(mm2) 5.0
150×150(mm2) 7.2

厚度一般均为250-350微米之间,填充因子74%。 短路电流(Isc/A) 峰值电流(Imp/A) 开路电压(Voc/V) 峰值电压(Vmp/V)

一、什么是太阳能电池(片)、板?
? 由于单件太阳能电池片输出功率较小难以满足常规需 求,需要将它们串联或并联后封装再组装成太阳能板 接入太阳能发电系统进行供电!

+

? 由于太阳能电池板是放置在室外,因此背、面板除了具有保护 功能外,还须具备25年可靠的绝缘性能、阻水性、耐老化性。

二、太阳能电池板的工作原理
?太阳光照在半导体P-N结上,

形成新的空穴-电子对,在P-N 结电场的作用下,空穴由N区 流向P区,电子由P区流向N区, 接通电路后就形成电流?光电 效应 !

三、太阳能电池板的分类
? 太阳能电池板主要材料是“硅”,“硅”是地 球上储藏最丰量的材料之一。
? 太阳能电池板按材料分主要有以下四类:
1.晶体硅电池板:A、多晶硅太阳能板 B、单晶硅太阳能板
a、提纯过程 1)多晶硅板生产过程大致可分为五个步骤: b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程 多晶硅生产技术掌握在美、日、德等3个国家7个公司10家工厂手中, 按纯度要求不同,分为电子级和太阳能级;其中电子级占55%左右, 太阳能级占45%;多晶硅的光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日 本夏普上市多晶硅效率为14.8%为世界最的高效率)。

三、太阳能电池板的分类
2)多晶硅经过区熔法(Fz)和坩埚直拉法(CG)制成单晶硅棒。 单晶硅的光电转换效率为15%左右,最高达24% ,这是太阳能电池板中 光电转换效率最高的,但制作成本大。

国产晶体硅电池效率在10~13%! 国外同类产品效率约为18~23%! 2.非晶硅电池板:A、薄膜太阳能板 B、有机太阳能板。
1976年出现的新型薄膜式太阳能板,优点是弱光条件下能发电;缺点 是光电转换效率偏低,目前最先进水平为10% 左右 ,且不稳定,随着 时间延长转换效率会衰减。

三、太阳能电池板的分类
3.化学染料电池板:染料敏化太阳能板。
新型涂层覆盖在太阳能板上使其阳光吸收率提高到96.2% ,而普通板 的阳光吸收率仅为70%左右。新涂层主要解决了两个技术难题: 1)帮助太阳能电池板吸收几乎全部的太阳光谱; 2)使太阳能电池板吸收来自更大角度的太阳光。

4.多元化合物电池板:硫化镉板、砷化镓板、铜铟硒板
其中铜铟硒太阳能板是新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能 板,Cu(In, Ga)Se2是一种优良太阳光吸收材料,光电转化率达18%; 而且,此类薄膜太阳能板到目前未发现有光辐射引致性能衰退效应 (SWE),其光电转化效率比商用薄膜太阳能板提高约50~75%,在薄膜 太阳能板中属于世界最高水平。

四、太阳能电池板性能测试环境
? 地面上的太阳光,一部分来自太阳直接照射,另一部分来自大气层或

周围环境的散射,前者称为直接辐射,后者称为天空辐射,二者合起 来称为总辐射,在正常大气条件下直接辐射占总辐射的75%以上。 ? 太阳光的辐射线都属于波长不等的电磁波。太阳能电池板对不同波长 的光具有不同响应,辐照度相同、光谱成分不同的光照射到同一块板 上,其效果不同;太阳光是各种波长的复合光,它所含的光谱成分组 成光谱分布曲线,而其光谱分布也随地点、时间及其它条件的差异而 不同,大气层外情况很单纯,太阳光谱几乎相当于6000K 的黑体辐射 光谱,称为 AMO 光谱。国际标准规定,在晴朗气候条件下,当太阳 透过大气层到达地面所经过的路程为大气层厚度的1.5 倍时,光谱为 标准地面太阳光谱,简称AM1.5 ,此时太阳天顶角为48.19°。
? 太阳能电池板性能测试标准条件:光谱采用标准太阳光谱AM1.5 ;地

面阳光的总辐照度为1000W/M2;标准测试温度为25oC , 对定标测试允 许差为+ 1oC,对非定标准测试允许差为+2oC。

五、太阳能电池板寿命、价钱
?太阳能电池板厂家提供的数据是包用20年 ?价格是按瓦计算:国内9~12元/瓦,国际

1.6~1.9美元/瓦! 电流为各单体中最小的电流;并联,电流 为各单体电流之和,电压取平均值。

?电池板串联,两端电压为各单体电压之和,

六、太阳能电池板功率计算方法
以100W输出功率,每天使用5H为例,介绍计算方法:

1.首先计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗): 若逆变器转换效率为90%,当输出功率为100W时,实际需 要输出功率应为100W÷90%=111W;每天使用5小时,耗电 量为111W×5H=555Wh。
2.计算太阳能电池板功率: 按每日有效日照时间6H计,考虑到充电效率和充电过程 中的损耗,太阳能板输出功率为555WH÷6H÷70%=130W; 其中70%是充电过程中,太阳能电池板的实际使用功率。

七、太阳能电池板使用注意事项
? 太阳板电池板方阵通常面向赤道放置,相对地平面有一

定倾角。 ? 固定面积的电池板,电流与太阳辐照度成正比且几乎与 温度无关,而电压(功率)随温度升高而下降;一般晶体 硅板电压降为 0.5%/oC,故电池板要装在通风地方,以 保持凉爽,且一个位置不可安装过多组件。 ? 光伏板阵列的任何部分不能被遮荫,如果有电池片被遮 荫,则它们便不会产生电流且会形成反向偏压,这就意 味着被遮组件会消耗功率发热,久而久之,形成故障。 这就是所谓的热岛效应。防止热岛效应,一般将太 阳能电池板倾斜放,使太阳能电池表面不能附着遮挡物。

七、太阳能电池板使用注意事项
? 偶然遮挡不可避免,故需用旁路二极管来起保护作用。

若所有组件并联,就不需要旁路二极管;若要求输出电 压为24V(或更高),那么必须有2个(或更多)组件串联, 这时就需加旁路二极管来控制光伏系统中电流。阻塞二 极管既可在每一并联支路,又可在阵列与控制器之间的 干路上,但当多条支路并联接成一个大系统,则应在每 条支路上用阻塞二极管以防止由于支路故障或遮蔽引起 的电流由强电流支路流向弱电流支路的现象(控制器没 有这项功能)。小系统在干路上用一个阻塞二极管就够 了,不要两种都用,因为每个二极管会降压0.4~0.7V是 一个12V系统的6%。

八、提高太阳能电池板效力方法
1.太阳的方位角和高度角跟踪系统:
跟踪方法有机械方法、物理方法、电子方法及计算机控制的高精密 度跟踪系统等。使用跟踪装置能提高太阳能电池板的输出功率,但 要增加投资,同时也带来了方阵结构的复杂性和不可靠因素,转动 也要消耗一定的能量,所以采用跟踪系统是否合算,要进行综合考 虑。一般小型方阵都不推荐采用跟踪装置。

2.聚光:
聚光后效率虽有提高,但组件工作温度的升高而导致对效率影响的 增加,因而要采用适当的冷却方法。聚光方阵要采用跟踪方式,否 则很可能会对发电量产生负面影响。聚光方阵要一套聚光、跟踪、 冷却等装置,增加了系统的成本和复杂程度,但效率有所提高,尤 其是在同时需供热的大型系统中,聚光方阵具有突出的优越性,因 而聚光组件及方阵的研究还是有一定的价值。

九、太阳能电池片设计举列
用Φ 40mm单晶硅片(效率8.5%)设计一电压1.5V,功率为1.2W的组件:

1.单晶硅片的工作电压为:V=0.41V
2.则串联电池数:Ns=1.5/0.41=3.66片,取Ns=4片 3.单体电池板面积:S=π d2/4=π ×42/4=12.57cm2 4.单体板封装后功率:Pm=100MW/CM2×12.57×8.5%×95%=100MW=0.1W (95%是封装时的失配损失) 5.需太阳电池总的片数:N=1.2÷0.1=12片

6.太阳电池并联数:NP=N/Ns=12÷4=3组
7.总结:用12片Φ 40mm的单晶硅电池片四串三并,即可满足要求!

九、太阳能电池片设计举列
用Φ 40mm单晶硅片(效率8.5%)设计一电压1.5V,功率为1.2W的组件: 这种联接方法有缺点,一旦其中一片电池损坏、开路或被 阴影遮住,损失的不是一片电池的功率,而是整串电池都 将失去作用,这在串联电池数目较多时影响尤为严重。

为了避免这种情况,可以用混联(网状连接)将对应电池 之间连接起来,这样,即使有少数电池失效(如有阴影线 的),也不致于对整个输出造成严重损失。

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