13215150267
4001898908
星火太阳能和你一起了解更多太阳能资讯

光伏发电基础知识全面详解(二)

返回列表 来源: 发布日期: 2022.08.05 浏览次数:

太阳能光伏电源系统的原理及组成

太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳 辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、 直流/交流逆变器等部分组成。
4ef4582372cd436080256b3cef3d3c4a_noop

太阳能电池方阵

太阳能电池单体是光电转换的最小单元,尺寸—般为4c㎡到100c㎡不等。 太阳能电池单体的工作电压约为0.5V,工作电流约为20—25mA/cm2, —般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后,就成为太阳能电池组件,其功率一般为几瓦至几十瓦,是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上,就构成了太阳能电池方阵,可以满足负载所要求的输出功率

78d45d7cdf2a41dba5571d0f339148cd_noop

(1)硅太阳能电池单体

常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成,在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线,下表面是金属层。硅片本身是 P型硅,表面扩散层是N区,在这两个区的连接处就是所谓的PN结。PN结形成一个电场。太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖,以便减少太阳能的反射损失。

太阳能电池的工作原理如下:

光是由光子组成,而光子是包含有一定能量的微粒,能量的大小由光的波长决定,光被晶体硅吸收后,在PN结中产生一对对正负电荷,由于在PN结区域的正负电荷被分离,因而可以产生一个外电流场,电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。这就是“光生伏打效应”。

将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时,将有电流流过该负载, 于是太阳能电池就产生了电流;太阳能电池吸收的光子越多,产生的电流也就越大。光子的能量由波长决定,低于基能能量的光子不能产生自由电子,一个高于 基能能量的光子将仅产生一个自由电子,多余的能量将使电池发热,伴随电能损 失的影响将使太阳能电池的效率下降。

(2)硅太阳能电池种类

目前世界上有3种已经商品化的硅太阳能电池:单晶硅太阳能电池、多晶硅 太阳能电池和非晶硅太阳能电池。对于单晶硅太阳能电池,由于所使用的单晶硅 材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质,使单晶硅的使用成本比较昂 贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性,意味着正负电荷对并不能全部被 PN结电场所分离,因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规 则而损失,所以多晶硅太阳能电池的效率-•般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅 太阳能电池用铸造的方法生产,所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。晶硅太阳能电池属于薄膜电池,造价低廉,但光电转换效率比较低,稳定性也不如晶体 硅太阳能电池,目前多数用于弱光性电源,如手表、计算器等。

一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为13— —15%

产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为11 — —13%

产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为5— —8%

(3) 太阳能电池组件

一个太阳能电池只能产生大约0.5V电压,远低于实际应用所需要的电压。 为了满足实际应用的需要,需把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一 定数量的太阳能电池,这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上,太阳能电池 的标准数量是36片(10cmX10cm),这意味着一个太阳能电池组件大约能产生 17V的电压,正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。

通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件, 具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力,广泛应用于各个领域和系统。当 应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时,可把多个组件组成 太阳能电池方阵,以获得所需要的电压和电流。

太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于其防腐、防风、防雹、防雨等的能力。 其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。

这种组件的前面是玻璃板,背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防 潮、防污。太阳能电池也是被镶嵌在一层聚合物中。在这种太阳能电池组件中, 电池与接线盒之间可直接用导线连接。

组件的电气特性主要是指电流一电压输出特性,也称为V—I特性曲线,如 图1—3所示。V—I特性曲线可根据图1—3所示的电路装置进行测量。V- I特性曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流Im与电压Vm在特定的太阳 辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路即V=O,此时的电流称为短路 电流Isc;如果电路开路即1=0,此时的电压称为开路电压Voc。太阳能电池组 件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积,即P=Vxl。

7e1368475bbd47358380127342c266b2_noop

当太阳能电池组件的电压上升时,例如通过增加负载的电阻值或组件的电压 从零(短路条件下)开始增加时,组件的输出功率亦从。开始增加;当电压达到 一定值时,功率可达到最大,这时当阻值继续增加时,功率将跃过最大点,并逐 渐减少至零,即电压达到开路电压Voc。太阳能电池的内阻呈现出强烈的非线性。 在组件的输出功率达到最大点,称为最大功率点;该点所对应的电压,称为最大 功率点电压Vm (又称为最大工作电压);该点所对应的电流,称为最大功率点 电流Im (又称为最大工作电流);该点的功率,称为最大功率Pm。

随着太阳能电池温度的增加,开路电压减少,大约每升高rc每片电池的 电压减少5mV,相当于在最大功率点的典型温度系数为一0.4%/°Co也就是说, 如果太阳能电池温度每升高1。。,则最大功率减少0-4%o所以,太阳直射的夏 天,尽管太阳辐射量比较大,如果通风不好,导致太阳电池温升过高,也可能不 会输出很大功率。

由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳能光谱的分布和太 阳能电池的温度,因此太阳能电池组件的测量在标准条件下(STC)进行,测量 条件被欧洲委员会定义为101号标准,其条件是:

a15efebd839b45c8b80bf80ce905a809_noop

在该条件下,太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率,表示为 Wp(peakwatt)o在很多情况下,组件的峰值功率通常用太阳模拟仪测定并和国 际认证机构的标准化的太阳能电池进行比较。

通过户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的,因为太阳能电池组件 所接受到的太阳光的实际光谱取决于大气条件及太阳的位置;此外,在测量的过 程中,太阳能电池的温度也是不断变化的。在户外测量的误差很容易达到10% 或更大。

如果太阳电池组件被其它物体(如鸟粪、树荫等)长时间遮挡时,被遮挡的太 阳能电池组件此时将会严重发热,这就是“热斑效应”。这种效应对太阳能电池 会造成很严重地破坏作用。有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量,都可 能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热班效应而被破坏,需要在太 阳能电池组件的正负极间并联一个旁通二极管,以避免光照组件所产生的能量被 遮蔽的组件所消耗。

连接盒是一个很重要的元件:它保护电池与外界的交界面及各组件内部连接 的导线和其他系统元件。它包含一个接线盒和1只或2只旁通二极管。

全国服务热线

全国服务热线全国服务热线

13215150267
  • 地址:东莞市松山湖中小企业园十一栋
  • 电话:13215150267
  • 邮箱:liusq@singfosolar.cn
  • 手机二维码
东莞市星火太阳能科技股份有限公司版权所有 / 备案号:粤ICP备14057282号 /  网站地图 / 百度统计  技术支持: 牛商股份