【正文】 其乘積 P=IV為電池的輸出功率。光電流一部分流經(jīng)負載 RL，在負載兩端建立起端電壓 V，反過來它又正向偏置 于 p—n結(jié)二極管，引起一股與光電流方向相反的暗電流 Ibk，這樣，一個理想的 PN同質(zhì)結(jié)太陽 電池的等效電路就被繪制成如圖 )所示。設(shè) I=0 （開路）， Iph＝ ISC，則 Voc = nkT q ln[(I sc I 0 ) + 1] () 在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時， ISC為與入射光強度成正比的值，在很弱的陽光下， ISCI0，因此 21 ln 第三章 太陽電池、組件 其中 R0 = nkT qI 0 。 AM 表示入射到地球上的大氣的太陽直射光所通過的路程長度，定義為 AM = b b0 sec Z () 式中： b0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 b——測定時的大氣壓 Z——太陽天頂距離 一般情況下， b ? b0，例如， AM1 相當(dāng)于太陽在天頂位置時的情況， AM2 相當(dāng)于太陽高度角 為 30176。 圖 無光照和有光照時太陽電池電流－電壓特性 當(dāng)太陽電池與負載 R連接，并用太陽光照射時，負載上的電流 Im和電壓 Vm將由圖中有光 照時的電流一電壓特性曲線與 V=IR表示的直線的交點來確定。由于此時 pn結(jié)處于正 向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定 VOC的值。 太陽電池可利用的電子主要是價帶電子。當(dāng)外加電壓使得 p區(qū)為正時，勢壘高度 減小，空穴從 p區(qū)向 n區(qū)的移動以及電子從 n區(qū)向 p區(qū)的移動變得容易，在兩個區(qū)內(nèi)有少數(shù)載流 子注入，因此電流容易流動（稱為正向）。目前市場上所用多是硅太陽電池。上述一、二、三類地區(qū)約占全國總面積的 2/3 以上，年太陽輻射總量高 于 5000 MJ/m2，年日照時數(shù)大于 2022h，具有利用太陽能的良好條件。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉 15 第 2 章 太陽和太陽能 林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺灣西南部 等地。全國各地的年太陽輻射總量為 928－ 2333kWh/ m2，中值為 1626kWh/ m2。（一般采用 的分布，即總功率密度為 1KW/m （ 100mW/cm ），即接近 地球表面接收到的功率密度的最大值） 在給定地點，影響有效日照的因素有緯度，高度，氣候類別，主要植被，當(dāng)?shù)氐乩硖卣鳌Ｄ壳埃? 光伏工作中采用的太陽常數(shù)值是 ，這個數(shù)值是由裝在氣球，高空飛機和宇宙飛船 上的儀器的測量值加權(quán)平均而確定的。造成衰減的原因是： （ 1）瑞利散射或大氣中的分子散射。 太陽輻射的性質(zhì) 太陽輻射的來源 太陽輻射來源于在高溫高壓下進行的熱核反應(yīng) . 太陽輻射能的 計算是一個非常重要的計算，因為各地太陽能資源不一樣，需要利用實測值來作為計算的依 據(jù)。 ，因而稱南緯 176。 圖 21 太陽結(jié)構(gòu)示意圖 12 6 6 ) [1] 16 9 第 2 章 太陽和太陽能 太陽與地球相對運動的規(guī)律 [1] 地球繞太陽運動 橢圓軌道稱為黃道，在黃道平面內(nèi)，長軸 152 10 Km短軸 147 10 Km. a） 赤黃角，地軸與黃道平面的夾角稱赤黃交角，數(shù)值為 176。這是非常重要的一層，太陽的絕大部分輻射從光 球發(fā)射出去，而且還有對地球影響很大的黑子和耀斑在當(dāng)中活動。 min 或 1370w/m 10 6 27 27 3 3 2 8 14 2 12 11 37 2 1 1 1 第 2 章 太陽和太陽能 能量產(chǎn)生率 表面逸出速度 二、地球 地球赤道直徑 地球極間直徑 地球質(zhì)量 地球體積 地球平均直徑 表面加速度（標(biāo)準(zhǔn)值） 扁平度 地球軌道偏心度 海平面平均壓力 平均日地距離 地球平均半徑 地球表面積 遠日點距離 近日點距離 繞轉(zhuǎn)軸慣量矩 地球表面逸出速度 赤道旋轉(zhuǎn)速度 公轉(zhuǎn)軌道平均速度 10 W 618Km/S 10 g 10 cm 10 Km 6371Km 10 m 10 m 11521 10 m 10 kgm 465ms Kms 為了利用太陽能發(fā)電，必須首先了解太陽，包括太陽的結(jié)構(gòu)，太陽與地球相對運動的 規(guī)律，太陽輻射的性質(zhì)等等。體積比地球大 130 多萬倍 ,太陽平均密度為 ,即比水的密度大 50%,太陽 內(nèi)部密度約 160g/cm3,因此日心引力比地心引力大 29 倍左右 .太陽的物質(zhì)組成 : 就質(zhì)量而言 ,H 占 %。較大的生產(chǎn)規(guī)模和先進的技術(shù)使太陽電池的價格已從 2022年的 36?40元 /Wp，降為 2022年 的 30元 /Wp。至 1987年，中國光伏產(chǎn)量達到 100KW/年 ,晶體硅太陽電池的價 格 已 降 到 40?45 元 /Wp, 光 電 轉(zhuǎn) 換 效 率 達 到 了 8?12% 。 2022－ 2022年間，我國光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為世界光伏產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展最快的 國家之一。主 要表現(xiàn)在 : 光伏產(chǎn)量增長率持續(xù)走高。 表 太陽電池與光伏組件的分類 A:按基本材料分類 1 1 第 1章 導(dǎo)論 晶體硅光伏電池及組件 非晶硅薄膜光伏電池及組件 微晶硅薄膜光伏電池及組件 納晶硅薄膜光伏電池及組件 硒光電池 化合物太陽電池 :硫化鎘 ,硒銦銅 ,碲化鎘 ,砷化鎵光伏電池及組件 染料電池 ……. B: 按結(jié)構(gòu)分類 同質(zhì)結(jié)光伏電池及組件 異質(zhì)結(jié)光伏電池及組件 肖特基結(jié)光伏電池及組件 復(fù)合結(jié)光伏電池及組件 液結(jié)光伏電池 及組件 C: 按用途分類 空間光伏電池及組件 地面光伏電池及組件 光伏傳感器 D: 按使用狀態(tài)分類 平板光伏電池及組件 聚光光伏電池及組件 分光光伏電池及組件 E:按封裝材料分類 剛性封裝光伏電池及組件 半剛性封裝光伏電池及組件 柔性襯底封裝光伏電池及組件 太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 自從 1839年發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”和 1954年第一塊實用的光伏電池問世以來，太陽能 光伏發(fā)電取得了長足的進步，但是它的發(fā)展仍然比計算機和光纖通訊要慢得多。第 1章 導(dǎo)論 第 1章 導(dǎo) 論 “到處陽光到處電”是人類美麗的理想。用 于地面太陽能光發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池，要求耐風(fēng)霜雨雪的侵襲，有較高的功率價格比， 要求具有大規(guī)模生產(chǎn)的工藝可行性和材料來源。自 1996年以來，世界光伏發(fā)電正在高速發(fā)展。而在過去的 30年中，光伏組件的成本已降低了 2個數(shù)量 級，光伏組件的成本已降低了 2個數(shù)量級，如圖 12所示。 八十年代開始先后引進了一批美國的單晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池生產(chǎn)設(shè)備，使 得中國的光伏工業(yè)開始起步。截止 2022年底我國太陽電池底累計裝機已達到 50MWP 。 地球上已發(fā)現(xiàn)的 109 種元素，除 17 種人造元素以外，其余 92 種元素太陽里都有 .太陽 是距離地球最近的一顆恒星 ,日地距離為 ,太陽直徑為 x106Km,是地 球的 109 倍 。s 天 S .80 75% % % 10 kgm 177。 K 的黑體輻射。打擊到地球大氣層上，產(chǎn)生鹽暴或極光，影響地球磁場和 通訊。 北半球冬至日即為南半球夏至日，太陽直射南緯 176。 之間變化。 由于有地球大氣層的存在，到達地面的太陽光譜與大氣上界的太陽光譜有所不同，陽光穿過 地球大氣層時，至少衰減了 30%。這個輻射強度稱為太陽常數(shù)，或稱此輻射為大氣質(zhì)量為零（ AM0）的輻射。因此為了對不同 地點測得的不同太陽電池的性能進行有意義的比較，就必須確定一個地面標(biāo)準(zhǔn)，然后參照這 個標(biāo)準(zhǔn)進行測量。在我國廣闊富饒的土地上，有著豐富的太陽 能資源。 三類地區(qū)為我國太陽能資源中等類型地區(qū)，年太陽輻射總量為 50005850 MJ/m2，相當(dāng) 于日輻射量 。與同緯度的其它國家相比，和美國類似，比歐 洲、日本優(yōu)越得多。如圖 所示。在 pn結(jié)上加偏置電壓時，由于空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子（又稱為耗盡區(qū)）形成 高阻區(qū)，因此，電壓幾乎全部跨落在空間電荷區(qū)上。 圖 半導(dǎo)體 pn 結(jié)的電流－電壓特性 太陽電池工作原理 半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng) 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些 電子中，作為實際使用的光電器件里可利用的電子有： （ 1）價帶電子； （ 2）自由電子或空穴（ Free Carrier）； （ 3）存在于雜質(zhì)能級上的電子?？梢詼y得這個值，并稱之為開路電壓 (Voc)。當(dāng)太陽光照射到這個太陽電池上時，將有和暗電流方向相反 的光電流 Iph流過。作為表示 F（ λ）分布的參數(shù)是大氣質(zhì)量 AM 20 = ? 12 ? 2 第三章 太陽電池、組件 （ AirMass）。 開路電壓 當(dāng)太陽電池處于開路狀態(tài)時，對應(yīng)光電流的大小產(chǎn)生電動勢，這就是開路電壓。在恒定光照 下，一個處于工作狀態(tài)的太陽電池，其光電流不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中可把它看 作是恒流源。 當(dāng)負載 RL從 0 變化到無窮大時，輸出電壓 V則從 0 變到 VOC，同時輸出電流便從 ISC變到 0，由 此得到電池的輸出特性曲線，如圖 所示。高能粒子輻照時晶格原子發(fā)生 位移，產(chǎn)生晶格缺陷，降低少子壽命。 C， VOC下降室溫值的 %， η也因而降低約同樣的百分?jǐn)?shù)。m處也能產(chǎn)生相當(dāng)多 的載流子，如果這些位置的光生載流子壽命能大于 1181。因而輸出功率的增加將大大超過 X倍，而且聚光的結(jié)果也使轉(zhuǎn)換效率提高 了。不過通常情況下，串聯(lián)電阻主要來自薄擴散層。使用減反射 膜可有效降低反射率。 硅片制成太陽電池 。在不要求太陽電池有很高轉(zhuǎn)換效率的場合，位錯密度和載流子壽命不作嚴(yán) 格要求。 (5). 組合成本低。在組件中它是一項易被忽視但在實用中是決不能輕視的部件。邊框為粘結(jié)劑構(gòu)成對組 件邊緣的密封。這 樣將導(dǎo)致局部發(fā)熱最后給組件帶來難以彌補的損傷，即熱斑效應(yīng)發(fā)生。 對于串聯(lián)電池的開路電壓失配，影響相對較小。 I 圖 并聯(lián) 失配時輸出的開路電壓的計算 小結(jié) 本章主要介紹了太陽電池的基本原理、 IV 特性、基本工藝等。見圖 41。 蓄電池：電能儲藏裝置。 用于電子產(chǎn)品的組件 40 光伏發(fā)電部件介紹 為驅(qū)動計算器、手表、收音機、電視、充電器等電子產(chǎn)品，一般需 至數(shù)十伏的電