太陽能光伏發(fā)電技術(shù)(3)——太陽電池、組件及光伏方陣.doc

本文由ajing19880119貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 維普資訊 太陽電 池 太 陽能光伏發(fā) 電技 術(shù)（ ） 二 。 太陽電池 、 組件及光伏方陣 中國 科學院 馬勝紅 陸虎俞 于 在晶體 摻入某 硅中 些元素 （ 伊 由兩種分別稱為 型半導體和 型半導體的材料結(jié)合而成。 當 光照 射 到 結(jié)上 時 ， 生 電子一 穴 對 ， 半 導 體 內(nèi)部結(jié) 附 產(chǎn) 空 在 近生成 的載流 子 ， 內(nèi)建 電場 的 吸引到 達空 間電荷 區(qū) 。電子流 受 入 區(qū) ， 穴 流入 區(qū) ， 空 結(jié)果 使 區(qū)儲 存 了過 剩 的電子 ， 區(qū)有 過剩 的空穴 ， 結(jié) 附近形 成 與勢 壘方 向相反 的 光生 電 場 。 在 光生 電場除 了部 分抵 消勢 壘 電場 的作 用外 ， 使 區(qū)帶正 電 ， 還 區(qū)帶 負 電 ， 區(qū)和 區(qū)之 間的薄層 產(chǎn) 生電 動勢 ， 在 這就 是“ 光生 伏打效應 ” 此時 ， 。 如果將外 電路短路 ， 則外 電路 中就有 與入射光 能量成正 比的光電流流過 ， 這個 電流稱作短 路 電流 。另一方 面 ， 若將 結(jié) 兩端開路 ， 由于 電子和空穴 分別流人 區(qū) 和 區(qū) ， 則 使 區(qū)的費米 能級 比 區(qū) 的費米能級 高 ，在這 兩個費米 能級之 間就產(chǎn)生 了電位差 ?？梢詼y得這個 值 ， 稱為開路 電壓 。 并 太 陽 電 池 原 理 出 ， 通過 燈泡返 回到蓄 電池 。 由蓄 電池 流 出的 電子 所 獲得 的 再 勢 能 ， 在照 明燈 里消耗 掉 。 太 陽電池 組件是 一組 用金 屬線 串聯(lián) 或 串 聯(lián)起 來 的太 陽 并 電池 ， 目的是產(chǎn) 生所希 望 的電壓 和 電流 。太 陽電池像 小 的蓄 電 池， 當用金 屬線 串聯(lián) 時 ， 電流 值恒 定 ， 電壓 累加 。每 個太 陽電池 電壓約 ， 電池 串聯(lián) 的 光伏組 件工 作 電壓 ， 伏 個 伏 標稱 電壓 伏 ， 件 的輸 出電流 與每個 單獨 的 電池 電流相 同 。 組 依照 上述 電路 的構(gòu)成原 理 ， 電池替換成 光伏組 件后 ， 將蓄 在 陽光 的照射下燈泡也將 發(fā)光 ， 而構(gòu)成一個 最簡單 的光伏 電路 。 從 串聯(lián) 和 并 聯(lián) 光 伏 電 路 太 陽電池 組件 同 電源一樣 ，也 采用 電壓 值和 電 流值標 定 。 在 充 足的 陽光下 組件 標 稱 電壓 是 ， 電流 大約 。光 伏 組件 可 以組 合 到一起 ，根 據(jù)需 要可 得到 不 同的 電壓和 電流 。 太 陽 電池是 一種 具 有光 伏 打效 應 的半 導體 器 件 （ 稱 “ 簡 光 伏器 件” ， 直接 將 太 陽光轉(zhuǎn) 換 成直 流 電 ， 光伏 發(fā) 電的最 基 ）它 是 本單元 。 陽 電池 由兩層半 導體 材料組成 ， 厚度大 約為 太 其 英寸 ， 形成 兩個 區(qū)域 ： 一個 正荷 電 區(qū)， 一個 負荷 電 區(qū)。負 區(qū)位于 同蓄 電池一樣 ， 光伏 組件 串聯(lián) 時 電壓將 增加 ， 將 電流值 不變 。 同 樣 的兩個 、光伏 組件 串聯(lián) 接線 后得 到 、系統(tǒng) 。為 增 加 系統(tǒng) 的電流值 ， 光伏組 件 必須 并聯(lián) 接線 ， 同樣 的兩個 、 光伏 組件并 聯(lián) 接線 后得 到 、系 統(tǒng) 。并聯(lián) 接 線使 產(chǎn) 生 的電流 值增加 ， 電壓 值不變 。 光伏 系統(tǒng) 可 以采 用 串 并聯(lián) 接線 ，以獲得所 需 要 的電壓 和 電流值 。 為得到 、方陣需 要 四個 光伏 組件 。 注意 ， 串聯(lián) 接 線 時要 將一個 組件 的正 極 （ 連到 另一 個組 件 的負極 （ ）并 聯(lián) ） 一， 接線 是從 正到正 極和 負到負 極 。 伏組 件串聯(lián) 接線 時的總 電壓 光 等 于每個 單獨組件 電壓 之和 ， 各組 件 電流相 等 。 蓄 電池與 光伏 組 件 連接 時 ，組 件使 用 串聯(lián) 和并 聯(lián) 組合 接 線。 可實現(xiàn) 負載 所要求 的電壓 和 電流。 負栽 電池 的上層 ， 這一層 強迫 滲透磷 并與 硅粘 在一起 。正 區(qū)置 于 在 電池表 層的 下面 ， 正負 界面 區(qū)域 稱 為 結(jié) 。制造 電池時 結(jié)被 賦予 了恒 定 的特性 。當 陽光投 射 到 太 陽電池 內(nèi)保 持松 散 狀態(tài) 的 電子時 ， 些靠 近 結(jié) 的 電子朝 向電 池 的表層 流 動 。 這 金屬 線將光 伏組 件 里每 個 電池 的前 面 與下 一個 電池 的背 面相 連 ，這樣使 電子 通 過許 多 結(jié) ，建 立起 所有 電池 的 串聯(lián) 電 壓 。 每個 電池 結(jié) 處 的電壓增 加大 約 在 的 電動勢 ， 這個 電池 電壓 與 電池 的尺寸 無 關(guān) 。電流 受 電池 面 積和 目照強 度 的 影響 ， 較大 面積 的電池 能夠 產(chǎn)生 較強 的電 流 。 負 載是光 伏系 統(tǒng) 中的用 電設(shè) 備 。 負載 的評估 是 系統(tǒng)設(shè)計 和 光 伏 電 路 原理 簡單 光伏 電路 ， 電路 是來 自電壓 源 的電子流 的流 通通 道 ， 例如將 一個 蓄 電 池通 過導體 或 金屬 線連 到 負載 ， 就成 為 一個 最 簡單 的 電路 ， 它 有一 個單 一 的電壓 源 （ 一個 蓄 電池 ） 被導 線 連到 單一 負 載 成本核 算 的關(guān) 鍵 步驟 。 電設(shè) 備 的功率 需求 可 以通過 測量 或從 用 廠商 提供 的技術(shù) 資料 獲得 。但 是每 天 、 每周 或每 個月用 電設(shè) 備 工作 的時 間總量需 要估 計 。 當一個 給定 負載所 需求 的瓦 數(shù)沒 有給 出時 ， ?？?用給 出 通 的 電壓 、 電流參 數(shù)代 替 。電壓 乘 電流 即可計 算負 載所需 要 的瓦 數(shù)。 交流 （ ） 或直 流 （ ） 負載 必須 預先 確定 ， 果使用 交流 負 如 載， 需要 配備逆 變器 。獨 立 光伏 系統(tǒng)選 擇 的工作 電壓通 常 是最 （ 燈 泡 ） ，使 用 一個開 關(guān) 接通 或斷 開燈 泡與 電源 的 連 接。當電路斷開時 ， 燈是熄滅的 ； 當電路閉合后 ， 燈泡將形 成 ） （ 的電 流 。 電流 以 的 速率 從 蓄電 池 流 大負 載所 要求 的 電壓 。 電壓 一般 是 或 的倍數(shù) （ 、 大眾用電 昌 宣 維普資訊 或） 。當多數(shù)負載是直流時 ， 系統(tǒng)電壓的選擇應以系統(tǒng)電 流不超過 允許值 為準。 果負載具 有不 同的直流 電壓 ， 須全 部 如 必 在光伏 系統(tǒng) 里 ， 有在 晚上或 陰 天需要 運行 的負 載 時 ， 若 該 系統(tǒng) 必須 包括 儲 能單元 ， 常用 蓄 電池儲 存 由光伏 組件 產(chǎn)生 的 通 電能 。 系統(tǒng)負 載可 以在 白天 或夜 間運行 ， 也可 以連 續(xù)或 間歇運 行 ， 夜晚 或 陰天 ， 在 負載 將從 蓄 電池獲 取 電能。此 外 ， 電池組 蓄 在短 時 間 內(nèi)有 能力 提供 大 的沖擊 電流 ， 樣系 統(tǒng)有更 好 的適應 這 列出， 并選擇具 有最 大電流 的負載 電壓 作為主 要的 系統(tǒng) 電壓 。 光 伏 系統(tǒng) 構(gòu) 成 光伏 發(fā) 電系統(tǒng) 主要構(gòu) 成部 件 如下 ： 性 ， 啟動 大的 電動機 或執(zhí) 行另外 一 些“ 如 高功 率” 任務 。 使 用 蓄 電池 的簡單 直 流光 伏 系 統(tǒng) 的基 本部 件 包括 一 個光 （） 陽 電池 。 由硅 半導 體材 料制 成 的方 片 、 太 圓片 或薄 膜 ， 在 陽光 照射下 產(chǎn)生 電壓 和電 流 。 伏組 件 、 充 電控制 器 、 能蓄 電池 以及用 電負 載 。 電池組 一個 儲 蓄 由 個大 容量 蓄電池 組成 。 深循 環(huán) 蓄 電池 可 承受深 度放 電 ， 電 池放 電后 當太 陽 照射時 再將 蓄 電池充滿 電。 比起常 規(guī) 的汽車 蓄 電池 ， 深循 環(huán)蓄 電池更 適合 用在 光伏 系統(tǒng) 中 。蓄電池 組 的規(guī)模 和配 置取 決 于系統(tǒng) 電壓 和夜 間使 用 的電流 。另外 ， 當?shù)?的氣候 （） 陽 電池組件 （ 稱 為“ 太 也 光伏組 件 ” 。預 先排 列好 的 一 ） 組 太 陽電池 。 層壓在 超薄 、 明 、 強度玻 璃 和密封 的封 裝底 被 透 高 層 之 間。太 陽電池 組件 有各 種各 樣的 尺寸和 形狀 。 典型組 件 是 矩 形平 板 。 （ ） 陽 電池 方陣 （ 稱 “ 陣” 。在金 屬支架 上用 導 線連 太 簡 方 ） 條件 和特 點 ， 陰天 情況 和環(huán)境 溫 度在 蓄電池設(shè) 計 中必 須給 例如 予考 慮 。光伏 組件 的數(shù) 量必 須慎 重選擇 ， 以便在 白天能 充分 的 向蓄電 池充 電。 交 流 兩 用光 伏 系統(tǒng) 直 在一 起 的多個 光 伏組 件 的組 合 體 。太 陽電 池方 陣 產(chǎn)生 所 需 要 的電壓 和 電流 。 （ ） 電池 組 。提供 存儲 直 流電能 的裝 置 。 蓄 （ ） 制器 （ 控 系統(tǒng)控 制裝 置 ） 通過對 系統(tǒng) 輸入 、 出功率 的 。 輸 調(diào)節(jié) 與分 配 ， 現(xiàn)對 蓄 電池 電 壓 的調(diào) 整 。 及 系統(tǒng) 賦予 的其 它 實 以 控制 功能 。 光 伏 組 件產(chǎn) 生 的 是直 流 電（ ） 而大 多普 通 用 電設(shè) 備要 ， 求交 流 電 （ 。 ） 逆變 器可將 直 流電轉(zhuǎn) 換 為交流 電 ， 向交 流負載 供給 電能 的直流 系統(tǒng)必 須使 用逆 變器 。 在光伏 系統(tǒng) 里 逆變器增 加 了 系統(tǒng) 的適 應性 ， 為用 戶提 供 了方 便 ， 是 也增 加 了 系統(tǒng) 的 但 復雜 性 和成 本 。現(xiàn)在 大 多數(shù) 電氣 產(chǎn) 品都 是交流設(shè) 備 ， 交流設(shè) 備 （） 變器 。 逆 以交流 為運 行為 動力 的負載 ， 將直 流 電轉(zhuǎn) 變 為 交流 電的電氣 設(shè) 備 。 （ ） 流負 載 。以直 流 電為動力 的裝 置或設(shè) 備 。 直 （ ） 流負 載 。以交 流電 為動力 的裝置 或設(shè) 備 。 交 有更多的選擇余地，與直流設(shè)備相 比交流設(shè)備一般具有較低的 成本 和較高 的可靠性 。 高質(zhì) 量的逆變 器 已商 品化 ， 有不 同的容 并 量范 圍供用 戶選擇（ 有關(guān) 逆變器的內(nèi)容在后面有更詳 細的討 論） 。 并 網(wǎng) 光 伏 系統(tǒng) 光 伏 系 統(tǒng) 類 型 一 體 化 光 伏 充 電 器 在 并 網(wǎng)光 伏 系統(tǒng) 的設(shè) 計 里 ， 提 供 蓄電 池存 儲 單元 ， 不 白天 不用 的多余 電量 ， 戶可 以通 過逆 變器將 這些 電能 出售 給 當?shù)?用 的公 用 電網(wǎng) ， 該逆 變器 是 為這類 光伏 系 統(tǒng)專 門設(shè) 計 的 。當光伏 系 統(tǒng)產(chǎn) 生 的電能 不能滿 足用 戶需 要時 ， 用戶可 從公 共 電網(wǎng)獲 取 電能。 光 伏 互 補 發(fā) 電 系 統(tǒng) 用光伏 充 電器來替 代通 常使 用的 蓄電池 是 比較經(jīng) 濟 的。 一 體化 光伏 蓄 電池 充 電器 不僅 具有 所 需 的系 統(tǒng) 部件 ，而且將 用 具 都置 于一 個 盒 內(nèi)。最 普通 的光伏 充 電器 是 帶有 可 充 電 電池 的一 體化小 型光 伏充 電器 。帶有 光伏 充 電單 元 的照 明燈 、 鐘 時 和 收音 機 已有成 套 裝置 出售 。太 陽能 手提 燈 和用 于 收音 機 蓄 電池的光伏 充 電器具 有廣泛 的潛 在市 場 。 白 天 用 光 佚 系 統(tǒng) 互 補發(fā) 電就是 將其 它 的電源 同時 接入 光伏發(fā) 電 系統(tǒng) ， 在許 多場 合 下用 戶要求 采用 互補 發(fā) 電方式 。 多數(shù)互 補發(fā) 電系統(tǒng)使用 最 簡單 、 本最 低的是 僅僅 在 白天運行 的光 伏 系統(tǒng) 。 些 成 這 系統(tǒng) 由導線 將光 伏組 件 與直 流 用 電設(shè) 備直 接 連在 一起 。太 陽 光 照射在太 陽 電池上 就產(chǎn)生 電能 ， 同時被 負 載利用 。白天使 用 柴 油機 發(fā) 電機 ， 稱為 光伏 油機 互補 發(fā) 電系統(tǒng) 。 柴 油發(fā) 電機 柴 將 引入 光 伏系 統(tǒng)能 夠大 大減少 系統(tǒng) 的初 始投 資 。 全用 光伏 系統(tǒng) 完 來滿足用電負載 ， 意味著太陽電池方陣和蓄電池要在最差的天 氣條 件 下也 應支 持負 載 的運 行 ， 同時蓄 電池組 容量 要 大到足 以 帶動 大 功率 負載 ， 如洗 衣機 、 例 干燥 機 、 動力工 具等 等 。柴油發(fā) 的光 伏 系統(tǒng)發(fā) 電時 ，較 高 的 日照水 平可 使 負 載 獲得更 多 的 運 行 機會 。 白天 使用 的光 伏系統(tǒng) 沒 有 電能存儲 功 能 ， 因此 只有 當 太 陽 正在 照射 時 負載 才 能工 作 。簡 單 的 白天 用 光伏 系統(tǒng) 適 合 于僅僅 在 白天 運 行 的負 載 ，選 擇此 類負 載 時應 注意光 伏 系 統(tǒng) 的投 資效 果 。 電機不 僅可 提供 陰天 或 比正 常用 電量 大得 多 的額外 功率需 求 ， 而且 發(fā) 電機運 轉(zhuǎn) 時可 以 同時給蓄 電池 充 電。 這樣 蓄 電池有 了兩 個 獨立 的 充 電系統(tǒng) ， 因而 大大 增加 了 供 電的可 靠性 。 另 一個 互 補方 法是 光伏 風力 機互 補 發(fā) 電系統(tǒng) 。當沒有 日 白天 用光 伏 系統(tǒng) 的實例 包括 ： （ ） 有儲 水 箱 的水泵 。 帶 照時， 光伏 系統(tǒng) 加 入一 個 風力 發(fā) 電機 ， 這在