【文章內容簡介】 均達到 %,而實驗室記錄的最高轉換效率超過了 %。這種光伏電池一般以高純的單晶硅硅棒為原料，純度要求 %。 (2) 多晶硅光伏電池 多晶硅光伏電池是以多晶硅材料為基體的光伏電池。由于多晶硅材料多以澆鑄代替了單晶硅的拉制過程，因而生產時間縮短，制造成本大幅度降低。再加之單晶硅硅棒呈圓柱狀，用此制作的光伏電池也是圓片，因而組成光伏組件后平面利用率較低。與單晶硅光伏電池相比，多晶硅光伏電池就 顯得具有一定競爭優(yōu)勢。 (3) 非晶硅光伏電池 非晶硅光伏電池是用非晶態(tài)硅為原料制成的一種新型薄膜電池。非晶態(tài)硅是一種不定形晶體結構的半導體。用它制作的光伏電池只有 1 微米厚度 ,相當于單晶硅光伏電池的1/300。它的工藝制造過程與單晶硅和多晶硅相比大大簡化 , 硅材料消耗少 , 單位電耗也降低了很多。 (4) 銅銦錫光伏電池 銅銦硒光伏電池是以銅、銦、硒三元化合物半導體為基本材料，在玻璃或其它廉價襯底上沉積制成的半導體薄膜。由于銅銦硒電池光吸收性能好，所以膜厚只有單晶硅光伏電池的大約 l/100。 (5) 砷化鎵光 伏電池 砷化鎵光伏電池是一種Ⅲ V 族化合物半導體光伏電池。與硅光伏電池相比 ,砷化鎵光伏電池光電轉換效率高，硅光伏電池理論效率為 23%， 而單結砷化鎵光伏電池的轉換效率已經達到 27%；可制成薄膜和超薄型太陽電池，同樣吸收 95%的太陽光 , 砷化鎵光伏電池只需 510μ m 的厚度 ,而硅光伏電池則需大于 150μ m。 (6) 碲化鎘光伏電池 碲化鎘是一種化合物半導體 ,其帶隙最適合于光電能量轉換。用這種半導體做成的光伏電池有很高的理論轉換效率， 已實際獲得的最高轉換效率達到 %。碲化鎘光伏電池通常在玻璃襯底上制造，玻 璃上第一層為透明電極，其后的薄層分別為硫化鎘、碲化鎘和背 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 6 電極，其背電極可以是碳槳料，也可以是金屬薄層。碲化鎘的沉積技術方法很多，如電化學沉積法、近空間升華法、近距離蒸氣轉運法、物理氣相沉積法、絲網印刷法和噴涂法等。碲化鎘層的厚度通常為 ，而碲化鎘對于光的吸收有 的厚度也就足夠了。 (7) 聚合物光伏電池 聚合物光伏電池是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢 , 在導電材料表面進行多層復合 , 制成類似無機 PN 結的單向導電裝置。 光伏組件 單體太陽電池不能直接做電源使用。作電源 必須將若干單體電池串、并聯(lián)連接和嚴密封裝成組件。光伏組件（也叫太陽能電池板）是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。其作用是將太陽能轉化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作 。 光伏組件的分類 （ 1）單晶硅 單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為 15%左右，最高的達到 24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達 15 年，最高可達 25 年。 （ 2）多晶硅 多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約 12%左右 (2021 年 7 月 1 日日本夏普上市效率為 %的世界最高效率多晶硅太陽能電池 )。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。 （ 3）非晶硅 非晶硅太陽電池是 1976 年出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅 和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為 10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。 （ 4）多元化合物 多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽電池。各國研究的品種繁多，大多數尚未工業(yè)化生產，主要有以下幾種： ① 硫化鎘太陽能電池 ② 砷化鎵太陽能電池 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 7 ③ 銅銦硒太陽能電池 (新型多元帶隙梯度 Cu(In, Ga)Se2 薄膜太陽能電池 光伏組件的技術參數 （ 1）開路電壓（ Uoc ） 受光照的太陽電池處于開路狀態(tài)，光生載流子只能積累于 pn 結兩側產生光生電動勢，這時在太陽電池兩端測得的電勢差叫做開路電壓，用符號 Uoc 表示。 （ 2）短路電流（ Isc） 如果把太陽電池從外部短路測得的最大電流，稱為短路電流，用符號 Isc表示。 （ 3）最大輸出功率（ P） 把太陽電池接上負載，負載電阻中便有電流流過，該電流稱為太陽電池的工作電流（ I），也稱負載電流或輸出電流。 負載兩端的電壓稱為太陽電池的工作電壓 (U)。太陽電池的輸出功率 P=UI。 太陽電 池的工作電壓和電流是隨負載電阻而變化的，將不同阻值所對應的工作電壓和電流值作成曲線，就得到太陽電池的伏安特性曲線。如果選擇的負載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率（ Pm） 。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓（ Um）和最佳工作電流（ Im）， Pm=UmIm。 （ 4）填充因子（ FF） 太陽電池的另一個重要參數是填充因子 FF，它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比 ： （ 5）轉換效率（ η ） 太陽電池的轉換效率指在外部回路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉換效率， 等于太陽電池的最大輸出功率與入射到太陽電池表面的能量之比 。 m m mo c sc o c scP U IFF U I U I?? 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 8 第 3 章 光伏蓄電池 蓄電池簡介 化學能轉換成電能的裝置叫化學電池，一般簡稱為電池電池放電后，能夠用充電的方式使內部活性物質再生 —— 把電能儲存為化學能；需要放電時再次把化學能轉換為電能。將這類電池稱為蓄電池，也稱二次電池。 蓄電池的分類：鉛酸蓄電池；鎘鎳蓄電池；氫鎳蓄電池；鋰離子蓄電池。 光伏發(fā)電系統(tǒng)使用最普遍的是閥控密封式鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池按照電解液數量和電池槽結構分類如下所示 傳統(tǒng)開口式鉛酸蓄電池：開口半密封式結構，電解液處于 富液狀態(tài)，使用過程中需要加水調節(jié)酸密度； 閥控密封式鉛酸蓄電池：全密封式結構，電解液為貧液狀態(tài)，使用過程中不需要進行加水或加酸維護 —— “免維護”。 閥控密封式鉛酸蓄電池主要有以下兩種 AGM 電池：主要采用 AGM（玻璃纖維）隔板，電解液被吸附在隔板孔隙內； GEL 電池：主要采用 PVCSiO2 隔板，電解質為已經凝膠的膠體電解質。 光伏發(fā)電用 VRLA 蓄電池的使用特點及主要技術參數 光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池可分為兩種類型： 戶用系統(tǒng)，蓄電池的充、放電主要以一天或者幾天為一個循環(huán)周期，以充、放電制方式運 行，供電負載相對固定。對于這種系統(tǒng)，以設置過充電、過放電保護電路為主，核心問題是蓄電池過充、過放電壓的選擇。 光伏電站，蓄電池的充、放電主要以季節(jié)或年為循環(huán)周期，以循環(huán)方式運行，供電負載復雜多變且有優(yōu)先級之分。對于這種系統(tǒng)，不僅需要設置過充電、過放電保護電路，而且更需要依據負載的優(yōu)先級合理分配蓄電池的剩余容量。它的特點是持續(xù)放電電流較大，壽命只有 1～ 2 年左右。 光伏發(fā)電用 VRLA 蓄電池 主要技術參數： （ 1）循環(huán)壽命要長 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要求蓄電池組壽命應達到 5 年以上。蓄電池應是適用于循環(huán)應用的長壽命 電池。一般太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計蓄電池循環(huán)深度為 50％，在此循環(huán)深度下，循環(huán)壽命應達到 1000 次以上。 （ 2）良好的低溫放電性能 我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)使用地區(qū)，環(huán)境條件惡劣，室外氣溫的變化范圍為 35～+55℃，蓄電池的工作環(huán)境溫度為 10～ +40℃，濕度為 90%，最高海拔高度為 5000m。要特別注意蓄電池的氣閥壓力范圍和高低溫放電性能。在 10℃時按 10h 率放電，要求放出實 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 9 際容量 80%以上。 （ 3）良好的容量恢復性能 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池放電深度不穩(wěn)定，蓄電池過放電后的容量恢復性能是一項重要指標 ，要求蓄電池 100%放電到 0V，擱置 120h 后，充電可恢復到實際容量的 95%以上。 （ 4）良好的均衡性 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用蓄電池處于循環(huán)使用，系統(tǒng)中電池數量較多，因此對整組電池容量的均衡性要求較高。參照相關標準，配組的儲能蓄電池容量偏差要求小于 5%，以提高整組蓄電池的循環(huán)壽命。 （ 5）對蓄電池還應有防爆、阻燃、抗震的要求，其自放電應小于 4%/28d，恒流過充電壽命應符合 YD/T 7992021 標準的要求。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 10 第 4 章 光伏控制器 光伏控制器概述 光伏控制器是對光伏發(fā)電系統(tǒng)進 行管理和控制的設備。 光伏控制器主要由電子元器件、儀表、繼電器、開關等組成。 基本原理：控制器通過檢測蓄電池的電壓或荷電狀態(tài)，判斷蓄電池是否已經達到過充電點或過放電點，并根據檢測結果發(fā)出繼續(xù)充、放電或終止充、放電的指令，實現控制作用。 基本作用：保護蓄電池；平衡光伏系統(tǒng)能量；顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)。 光伏控制器按電路方式的不同分為并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調制型、多路控制型、兩階段雙電壓控制型和最大功率跟蹤型；按電池組件輸入功率和負載功率的不同可分為小功率型、中功率型、大功率型及專用控制器（如草坪燈控制器）等；按放 電過程控制方式的不同，可分為常規(guī)過放電控制型和剩余電量（ SOC）放電全過程控制型。對于應附帶有自動數據采集、數據顯示和遠程通信功能的控制器，稱之為智能控制器。 光伏控制器的選型 光伏控制器的配置選型 ： 光伏控制器的配置選型要根據整個系統(tǒng)的各項技術指標并參考生產廠家提供的產品樣本手冊來確定。一般考慮下列幾項技術指標： （ 1）系統(tǒng)工作電壓 根據直流負載的工作電壓或交流逆變器的配置選型確定，一般有 12V、 24V、 48V、 110V和 220V 等。 （ 2）額定輸入電流和輸入路數 控制器的額定輸入電流應等于或 大于太陽能電池的輸入電流。大功率控制器采用多路輸入，每路輸入的最大電流＝額定輸入電流 /輸入路數， （ 3）控制器的額定負載電流 也就是控制器輸出到直流負載或逆變器的直流輸出電流，該數據要滿足負載或逆變器的輸入要求。 除上述主要技術數據要滿足設計要求以外，使用環(huán)境溫度、海拔高度、防護等級和外形尺寸等參數以及生產廠家和品牌也是控制器配置選型時要考慮的因素。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 11 第 5 章 光伏逆變器 光伏逆變器概述 將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，完成逆變功能的電路稱為逆變電路，而實現逆變過程的裝置稱為逆變器或逆 變裝置。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的逆變器是一種將太陽能電池所產生的直流電能轉換為交流電能的轉換裝置，它使轉換后的交流電的電壓、頻率、波形等與電力系統(tǒng)交流電的電壓、頻率、波形等相一致，以滿足為各種交流用電裝置、設備供電及并網發(fā)電的需要。 表 51 逆變器的分類 輸出波形 運行方式 輸出交流電相數 功率流動方向 方波逆變器 階梯波逆變器 正弦波逆變器 離網逆變器 并網逆變器 單相逆變器 三相逆變器 單向逆變器 雙向逆變器 逆變器的顯示功能主要包括：直流輸入電壓和電流的測量值，交流輸出電壓和電流的測量值，逆變 器的工作狀態(tài)（運行、故障、停機等）。 獨立光伏系統(tǒng)對逆變器的基本要求 （ 1）運行要良好 要求所有組成獨立光伏系統(tǒng)逆變器的元器件性能要好，保護功能較強，如對過熱、過載、直流極性接反、交流輸出短路等的保護。 （ 2）整機效率要高 特別是在低負荷下供電時，仍須有較高的效率，這是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器性能優(yōu)于通用逆變器的特點。 （ 3）輸出電壓的失真度要低 當逆變器的輸出電壓為方波或非正弦波時，在輸出電壓中除基波外還有高次諧波。高次諧波電流在電感性負載上產生渦流等附加損耗，導致部件嚴重發(fā)熱，不利于電氣設 備的安全運行。為了與公共電網“合拍”，即波形、頻率、周期等一致，逆變器的輸出波形最好與電網正弦波相同。 并網型逆變器的技術要求 并網逆變器不僅要將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電轉換為交流電，還要對交流電的電壓、電流、頻率、相位與同步等進行控制，還要解決對電網的電磁干擾、自我保護、單獨運行和孤島效應以及最大功率跟蹤等技術問題。 沈陽能源大廈建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)設計 12 并網逆變器的技術要求： （ 1）要求逆變器必須輸出正弦波電流。 （ 2）要求逆變器在負載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運行 （ 3）要求逆變器能使光伏方陣始終工作在最大功率點狀態(tài) 。 （ 4）要求具有較高的可