太陽能發(fā)電技術(shù)考試要點(diǎn)

1、太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用考試要點(diǎn)考試要點(diǎn)考試方式：考試方式：n1. 閉卷閉卷 自帶紙張自帶紙張n2.考試時(shí)間考試時(shí)間 12月月13日日 （下周五上課時(shí)（下周五上課時(shí)間）間）第一章第一章 概述概述n1.太陽能應(yīng)用意義及背景太陽能應(yīng)用意義及背景n2. 太陽能的分布太陽能的分布與輻射量有關(guān)的幾個(gè)物理量與輻射量有關(guān)的幾個(gè)物理量n1.輻照強(qiáng)度輻照強(qiáng)度n2.輻照度輻照度n3.太陽高度角太陽高度角n4. 太陽方位角太陽方位角1.輻照強(qiáng)度輻照強(qiáng)度n度量太陽輻射強(qiáng)度的物理量。度量太陽輻射強(qiáng)度的物理量。n它的物理意義是：它的物理意義是：在單位時(shí)間內(nèi)，垂直在單位時(shí)間內(nèi)，垂直投射在地球某一單位面積

2、上的太陽輻射投射在地球某一單位面積上的太陽輻射能量能量，通常用，通常用W/m2或或 Kw/m2表示表示2.輻照度輻照度n度量度量太陽輻射量大小太陽輻射量大小的物理量。的物理量。n它的物理意義是：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，投射它的物理意義是：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，投射在地球某一單位面積上太陽輻射能的量在地球某一單位面積上太陽輻射能的量值，通常用值，通常用Kw.h/m2（3）太陽高度角）太陽高度角簡(jiǎn)稱太陽高度(其實(shí)是角度)對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，太陽高度是指太陽高度是指太陽光的入太陽光的入射方向射方向和和地平面地平面之間的夾之間的夾角角.太陽高度是決定地球表面太陽高度是決定地球表面獲得太陽熱能數(shù)量

3、的最重獲得太陽熱能數(shù)量的最重要的因素。要的因素。夏至日，太陽直射北回歸線。夏至日，太陽直射北回歸線。觀測(cè)地地理緯度用觀測(cè)地地理緯度用L表示表示 ，H90(L2327)； 此時(shí)刻，此時(shí)刻，對(duì)于北半球而對(duì)于北半球而言言南南北北東東太陽方位角即太陽所在的方位，指太陽光線在地平面太陽方位角即太陽所在的方位，指太陽光線在地平面上的投影與上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，可近似地看作是豎立的夾角，可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽光下的陰影與正南方的夾角。在地面上的直線在陽光下的陰影與正南方的夾角。經(jīng)線經(jīng)線方位角以正南方向?yàn)榉轿唤且哉戏较驗(yàn)榱?，由南向東向北為零，由南向東向北為負(fù)，由南向西向北為負(fù)，

4、由南向西向北為正正，如太陽在正東方，如太陽在正東方，方位角為負(fù)方位角為負(fù)9090，在，在正西方時(shí)方位角為正西方時(shí)方位角為9090。4. 太陽方位角太陽方位角 太陽能的轉(zhuǎn)換和利用方式有：太陽能的轉(zhuǎn)換和利用方式有：u （1）光光-熱轉(zhuǎn)換熱轉(zhuǎn)換u （2）光）光-化學(xué)轉(zhuǎn)換化學(xué)轉(zhuǎn)換u （3）光光-電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換1.2 1.2 太陽能利用的現(xiàn)狀及發(fā)展太陽能利用的現(xiàn)狀及發(fā)展光伏光伏發(fā)電發(fā)電光熱伏光熱伏發(fā)電發(fā)電太陽灶太陽灶太陽能干燥器太陽能干燥器太陽能熱水器太陽能熱水器太陽能熱發(fā)電，也叫聚焦型太陽能熱發(fā)太陽能熱發(fā)電，也叫聚焦型太陽能熱發(fā)電（電（Concentrating Solar Power，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱稱CSP

5、），）， 它們是通過聚集將太陽能直它們是通過聚集將太陽能直射光聚集起來，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高射光聚集起來，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。壓的蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。 光熱伏光熱伏發(fā)電的原理發(fā)電的原理太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電第二章第二章 光伏電池及其特性光伏電池及其特性1. 單晶硅光伏電池的工作原理單晶硅光伏電池的工作原理(1) 無光照時(shí)無光照時(shí),PN結(jié)的形成結(jié)的形成(2) PN結(jié)受光照后，光伏效應(yīng)結(jié)受光照后，光伏效應(yīng)濃度差使?jié)舛炔钍苟嘧佣嘧赢a(chǎn)生產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目和參與漂移運(yùn)動(dòng)的少當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目和參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相同時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平

6、衡，就形成了子數(shù)目相同時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。結(jié)。內(nèi)電場(chǎng)使內(nèi)電場(chǎng)使少子少子產(chǎn)生產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)(1) 無光照時(shí)無光照時(shí),PN結(jié)的形成結(jié)的形成采用不同的摻雜工藝，將采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作型半導(dǎo)體制作在同一硅片上，在它們的交界面處就會(huì)形成在同一硅片上，在它們的交界面處就會(huì)形成PN結(jié)結(jié)太陽電池發(fā)電原理示意圖太陽電池發(fā)電原理示意圖(2) PN結(jié)受光照后，光伏效應(yīng)結(jié)受光照后，光伏效應(yīng)半導(dǎo)體吸收光能產(chǎn)生帶半導(dǎo)體吸收光能產(chǎn)生帶正電和負(fù)電的粒子（空正電和負(fù)電的粒子（空穴和電子），在內(nèi)建電穴和電子），在內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子（）場(chǎng)作用下，電子（）朝朝N型半導(dǎo)

7、體匯集，而型半導(dǎo)體匯集，而空穴（）則朝空穴（）則朝P型半型半導(dǎo)體匯集。導(dǎo)體匯集。 如果外電路處于開路如果外電路處于開路狀態(tài)，那么這些光生電狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在子和空穴積累在pn結(jié)附結(jié)附近，使近，使p區(qū)獲得附加正電區(qū)獲得附加正電荷，荷，n區(qū)獲得附加負(fù)電荷，區(qū)獲得附加負(fù)電荷，這樣在這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢(shì)光生電動(dòng)勢(shì)。電流方向電流方向內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)IdlightIdNP一一般般等等效效電電路路圖圖問題問題1：為什么可把光伏電池看成一個(gè)電流源和一個(gè)硅二極管的復(fù)合體為什么可把光伏電池看成一個(gè)電流源和一個(gè)硅二極管的復(fù)合體?NP內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)下電極下電極上電極上電極-+

8、-+-2.2.載流子的匯聚載流子的匯聚會(huì)在PNPN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生結(jié)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與一個(gè)與原內(nèi)建電場(chǎng)原內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的附方向相反的附加電場(chǎng)，在一定程度上降低了加電場(chǎng)，在一定程度上降低了原原內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng)。相當(dāng)與。相當(dāng)與PNPN節(jié)的正向偏節(jié)的正向偏置，多數(shù)載流子的擴(kuò)散產(chǎn)生一個(gè)置，多數(shù)載流子的擴(kuò)散產(chǎn)生一個(gè)向下的暗電流。向下的暗電流。電流1.1.少數(shù)載流子的漂移產(chǎn)生電流；少數(shù)載流子的漂移產(chǎn)生電流；2. 畫出光伏電池的等效電路，并說明其中各個(gè)符畫出光伏電池的等效電路，并說明其中各個(gè)符號(hào)代表的含義。號(hào)代表的含義。1. 等效電路中符號(hào)的說明等效電路中符號(hào)的說明光伏電池的等效電路圖光伏電池的等效電路圖1.Rs1.R

9、s為串聯(lián)電阻為串聯(lián)電阻 主要是由于主要是由于半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料的體電阻、金屬材料的體電阻、金屬電極與半導(dǎo)體材料的電極與半導(dǎo)體材料的接觸電阻、擴(kuò)散層橫接觸電阻、擴(kuò)散層橫向電阻以及金屬電極向電阻以及金屬電極本身的電阻本身的電阻。一般小一般小于于1. 負(fù)載 loadPhotic adj.光的, 與光有關(guān)的外接外接負(fù)載負(fù)載電阻電阻暗暗電電流流等效電路中符號(hào)的說明等效電路中符號(hào)的說明負(fù)載 loadPhotic adj.光的, 與光有關(guān)的由于由于由于由于電池表面污染、電池表面污染、半導(dǎo)體晶體缺陷引起的半導(dǎo)體晶體缺陷引起的邊緣漏電邊緣漏電，使一部分本，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種

10、作用的大小可用一這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻并聯(lián)電阻R RShSh來等效，來等效，一般為幾千歐一般為幾千歐。漏電流。漏電流越小，并聯(lián)電阻也就越越小，并聯(lián)電阻也就越大。大。光伏電池的等效電路圖光伏電池的等效電路圖外外接接負(fù)負(fù)載載電電阻阻旁旁路路電電阻阻暗暗電電流流2. R2. Rshsh為旁路電阻。為旁路電阻。通常稱為通常稱為太陽電池的伏安特性曲線太陽電池的伏安特性曲線，也稱，也稱I-V特性曲線。特性曲線。負(fù)載負(fù)載R兩端的電壓兩端的電壓U電電流流 I 關(guān)系曲線關(guān)系曲線3. 如何獲得如何獲得光伏電池的光伏電池的伏安特性曲線，并伏安特性曲線，并說明開路電壓和短路電流大小。說明開路電壓和短路電流大小。

11、伏安特性曲線的伏安特性曲線的測(cè)量過程測(cè)量過程L（1 1）調(diào)節(jié)負(fù)載電阻）調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R RL L，足夠足夠小，測(cè)短路電流小，測(cè)短路電流sc sc ( (short circuit currentshort circuit current).). (2) (2)調(diào)節(jié)負(fù)載電阻調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R RL L，足夠大，足夠大，測(cè)開路電壓（測(cè)開路電壓（open open circuitcircuit voltagevoltage）。）。（3 3）不斷調(diào)節(jié)負(fù)載電阻）不斷調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R RL L，把光伏電池的輸出電壓和把光伏電池的輸出電壓和電流繪制下來就可以得到電流繪制下來就可以得到伏安特性曲線。伏安特性曲線。實(shí)際

12、上，通常并不是通過計(jì)算，而是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法來得到。實(shí)際上，通常并不是通過計(jì)算，而是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法來得到。1.太陽電池的開路電壓太陽電池的開路電壓Uoc與電池面積大小無與電池面積大小無關(guān)，一般單晶硅太陽電池的開路電壓約為關(guān)，一般單晶硅太陽電池的開路電壓約為450600mV，最高可達(dá)，最高可達(dá)700mV左右。左右。2.太陽電池的短路電流太陽電池的短路電流Isc與太陽電池的面與太陽電池的面積大小有關(guān)，面積越大，積大小有關(guān)，面積越大，Isc越大，一般越大，一般1cm2的單晶硅太陽電池的單晶硅太陽電池Isc=1630mA。4. AM (air mass)空氣質(zhì)量或大氣質(zhì)量空氣質(zhì)量或大氣質(zhì)量太陽光

13、太陽光透過大氣層所透過大氣層所通過的路程通過的路程與與大氣鉛直厚度大氣鉛直厚度之比之比, ,此圖中為此圖中為1/sin.1/sin.第三章第三章 光伏電池的分類光伏電池的分類n一、一、太陽能電池的種類太陽能電池的種類n二、硅太陽能電池二、硅太陽能電池n三、化合物半導(dǎo)體三、化合物半導(dǎo)體n四、四、有機(jī)太陽能電池有機(jī)太陽能電池n五、五、光化學(xué)光化學(xué)太陽能電池太陽能電池1 1按照所用材料的不同，按照所用材料的不同，太陽能電池的分類？太陽能電池的分類？n無機(jī)無機(jī)太陽能電池太陽能電池n半導(dǎo)體硅半導(dǎo)體硅 (單晶、多晶、非晶、單晶、多晶、非晶、微晶微晶、復(fù)合型等）、復(fù)合型等）n化合物半導(dǎo)體（化合物半導(dǎo)體（Ga

14、As、CuInSe2、CdTe、InP等）等）n有機(jī)有機(jī)太陽能電池太陽能電池n有機(jī)半導(dǎo)體（酞菁鋅、聚苯胺、聚對(duì)苯乙炔等）有機(jī)半導(dǎo)體（酞菁鋅、聚苯胺、聚對(duì)苯乙炔等）n光化學(xué)光化學(xué)太陽能電池太陽能電池（納米（納米TiOTiO2 2等）等）有時(shí)也歸類于有時(shí)也歸類于有機(jī)太陽能電池有機(jī)太陽能電池2.最具廣泛應(yīng)用潛力的三種薄膜材料最具廣泛應(yīng)用潛力的三種薄膜材料n非晶SinCIGS（CuInGaSe）n碲化鎘（碲化鎘（CdTe）1. 1. 獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成部分以及各部獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成部分以及各部分基本功能？分基本功能？ 第四章第四章 光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成構(gòu)

15、成一套基本的太陽能一套基本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)是由是由太陽電池板太陽電池板、太陽能控太陽能控制器制器、逆變器逆變器和和蓄電池蓄電池構(gòu)成構(gòu)成 （1）控制）控制太陽能電池方陣對(duì)太陽能電池方陣對(duì)蓄電池充電蓄電池充電以及以及蓄電池給蓄電池給太陽能逆變器負(fù)載供電太陽能逆變器負(fù)載供電的的自動(dòng)控制設(shè)備。自動(dòng)控制設(shè)備。逆變器：逆變器：n在某些場(chǎng)合，需要使用多種在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DCDC-DC逆變器，如將逆變器，如將24VDC24VDC的的電能轉(zhuǎn)換成電能轉(zhuǎn)換成5VDC5VDC的電能。的電能。 在很多場(chǎng)合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。

16、由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。alternating current 交流電交流電direct current 直流電直流電Cell, Module and Arrayn2. 2. 光伏陣列的基本組合光伏陣列的基本組合組件組件陣列陣列/方陣方陣單體單體（1 1）太陽能電池單體太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm4cm2 2到到100cm100cm2 2不等。不等。太陽能電池單體的工作電壓約為太陽能電

17、池單體的工作電壓約為0.5V0.5V, , 工作電流約為工作電流約為202025mA/cm25mA/cm2 2, , 一般不能單獨(dú)作為電源使用一般不能單獨(dú)作為電源使用。Multiple（多個(gè)的多個(gè)的）cells (about 30-36) make a module and several modules make an array (panel)n3636個(gè)電池片個(gè)電池片串聯(lián)成的串聯(lián)成的電池組件電池組件（2）將）將太陽能電池單體太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽太陽能電池組件能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)

18、作為電源使用的最小單元。作為電源使用的最小單元。（3 3）太陽能電池方陣）太陽能電池方陣 n太陽能電池組件太陽能電池組件再再經(jīng)過經(jīng)過串并聯(lián)串并聯(lián)組合安組合安裝在支架上，就構(gòu)裝在支架上，就構(gòu)成了成了太陽能電池方太陽能電池方陣陣，可以滿足負(fù)載，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率所要求的輸出功率 。 思考思考：1.1.如何構(gòu)成工作點(diǎn)電壓為如何構(gòu)成工作點(diǎn)電壓為350V350V，電流流量為，電流流量為20A20A左左右的光伏陣列？右的光伏陣列？（A）考慮最大功率點(diǎn)電壓為）考慮最大功率點(diǎn)電壓為17.5V，容量為，容量為120W的組件，需的組件，需要多少個(gè)，如何連接？要多少個(gè)，如何連接？（B）如果換成最大功率點(diǎn)電壓為）如果換成最大功率點(diǎn)電壓為17.5V，容量為，容量為75W的組件的組件組件，則情況如何？組件，則情況如何？答案：可選用答案：可選用20個(gè)電池板串聯(lián)起來，構(gòu)成工作點(diǎn)個(gè)電池板串聯(lián)起來，構(gòu)成工作點(diǎn)為為350V的電壓；需要三串這樣的電池組