【正文】 能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子多余的能量將使電池發(fā)熱伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降2硅太陽能電池種類目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池對于單晶硅太陽能電池由于所使用的單晶硅材料與半導體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)使單晶硅的使用成本比較昂貴多晶硅太陽能電池的晶體方向的無規(guī)則性意味著正負電荷對并不能全部被PN結電場所分離因為電荷對在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失所以多晶硅太陽能電池的效率一般要比單晶硅太陽能電池低多晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)所以它的成本比單晶硅太陽能電池低非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池造價低廉但光電轉換效率比較低穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池目前多數(shù)用于弱光性電源如手表計算器等一般產(chǎn)品化單晶硅太陽電池的光電轉換效率為 13――15 產(chǎn)品化多晶硅太陽電池的光電轉換效率為 11――13 產(chǎn)品化非晶硅太陽電池的光電轉換效率為 5――8 3太陽能電池組件一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約05V電壓遠低于實際應用所需要的電壓為了滿足實際應用的需要需把太陽能電池連接成組件太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池這些太陽能電池通過導線連接一個組件上太陽能電池的標準數(shù)量是36片10cm10cm這意味著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效充電通過導線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件具有一定的防腐防風防雹防雨等的能力廣泛應用于各個領域和系統(tǒng)當應用領域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時可把多個組件組成太陽能電池方陣以獲得所需要的電壓和電流太陽能電池的可靠性在很大程度上取決于其防腐防風防雹防雨等的能力其潛在的質(zhì)量問題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒這種組件的前面是玻璃板背面是一層合金薄片合金薄片的主要功能是防潮防污太陽能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中在這種太陽能電池組件中電池與接線盒之間可直接用導線連接組件的電氣特性主要是指電流－電壓輸出特性也稱為Ⅴ－Ⅰ特性曲線如圖1－3所示Ⅴ－Ⅰ特性曲線可根據(jù)圖1－3所示的電路裝置進行測量Ⅴ－Ⅰ特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關系如果太陽能電池組件電路短路即V＝0此時的電流稱為短路電流Isc如果電路開路即I＝0此時的電壓稱為開路電壓Voc太陽能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積即P＝V I I 電流 Isc 短路電流 Im 最大工作電流 V 電壓 Voc 開路電壓 Vm 最大工作電壓圖13 太陽能電池的電流－電壓特性曲線當太陽能電池組件的電壓上升時例如通過增加負載的電阻值或組件的電壓從零短路條件下開始增加時組件的輸出功率亦從0開始增加當電壓達到一定值時功率可達到最大這時當阻值繼續(xù)增加時功率將躍過最大點并逐漸減少至零即電壓達到開路電壓Voc太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強烈的非線性在組件的輸出功率達到最大點稱為最大功率點該點所對應的電壓稱為最大功率點電壓Vm又稱為最大工作電壓該點所對應的電流稱為最大功率點電流Im又稱為最大工作電流該點的功率稱為最大功率Pm隨著太陽能電池溫度的增加開路電壓減少大約每升高1 C每片電池的電壓減少5mV相當于在最大功率點的典型溫度系數(shù)為－04 C也就是說如果太陽能電池溫度每升高1 C則最大功率減少04所以太陽直射的夏天盡管太陽輻射量比較大如果通風不好導致太陽電池溫升過高也可能不會輸出很大功率由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度因此太陽能電池組件的測量在標準條件下STC進行測量條件被歐洲委員會定義為101號標準其條件是光譜輻照度 1000Wm2大氣質(zhì)量系數(shù) AM15太陽電池溫度 25℃在該條件下太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率表示為Wp peak watt 在很多情況下組件的峰值功率通常用太陽模擬儀測定并和國際認證機構的標準化的太陽能電池進行比較通過戶外測量太陽能電池組件的峰值功率是很困難的因為太陽能電池組件所接受到的太陽光的實際光譜取決于大氣條件及太陽的位置此外在測量的過程中太陽能電池的溫度也是不斷變化的在戶外測量的誤差很容易達到10％或更大如果太陽電池組件被其它物體 如鳥糞樹蔭等 長時間遮擋時被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴重發(fā)熱這就是熱斑效應這種效應對太陽能電池會造成很嚴重地破壞作用有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量都可能被遮蔽的電池所消耗為了防止太陽能電池由于熱班效應而被破壞需要在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁通二極管以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗連接盒是一個很重要的元件它保護電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導線和其他系統(tǒng)元件它包含一個接線盒和1只或2只旁通二極管4太陽能電池列陣設計步驟１計算負載24h消耗容量P P HV 　　V負載額定電源 2選定每天日照時數(shù)T H 3計算太陽能陣列工作電流 　　IP P 1Q T 　　Q按陰雨期富余系數(shù)Q 021～100 4確定蓄電池浮充電壓VF 　　鎘鎳 ＧＮ 和鉛酸 ＣＳ 蓄電池的單體浮充電壓分別為14～16V和22V 5太陽能電池溫度補償電壓VT 　　VT 21430 T25 VF 6計算太陽能電池陣列工作電壓VP 　　VP VFVDVT 　　其中VD 05～07 　　約等于VF 7太陽電池陣列輸出功率ＷＰ平板式太陽能電板 　　WP IPUP 8根據(jù)VPWP在硅電池平板組合系列表格確定標準規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)FET模塊但PWM脈寬調(diào)制控制器只能用MOSFET模塊作為開關器件24直流交流逆變器逆變器是將直流電變換成交流電的電子設備由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電當負載是交流負載時逆變器是不可缺少的逆變器按運行方式可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)為獨立負載供電并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器方波逆變器電路簡單造價低但諧波分量大一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)正弦波逆變器成本高但可以適用于各種負載從長遠看SPWM脈寬調(diào)制正弦波逆變器將成為發(fā)展的主流25蓄電池組其作用是儲存太陽能電池方陣受光照時所發(fā)出的電能并可隨時向負載供電太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池組的基本要求是 1 自放電率低 2 使用壽命長 3 深放電能力強 4 充電效率高 5 少維護或免維護 6 工作溫度范圍寬 7 價格低廉目前我國與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池配套200Ah以上的鉛酸蓄電池一般選用固定式或工業(yè)密封免維護鉛酸蓄電池配套200Ah以下的鉛酸蓄電池一般選用小型密封免維護鉛酸蓄電池26 測量設備對于小型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)只要求進行簡單的測量如蓄電池電壓和充放電電流測量所用的電壓和電流表一般裝在控制器面板上對于太陽能通信電源系統(tǒng)陰極保護系統(tǒng)等工業(yè)電源系統(tǒng)和大型太陽能發(fā)電站往往要求對更多的參數(shù)進行測量如太陽能輻射量環(huán)境溫度充放電電量等有時甚至要求具有遠程數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)打印和遙控功能這時要求為太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)應配備智能化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機監(jiān)控系統(tǒng)27太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計太陽能光伏電源系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計且軟件設計先于硬件設計軟件設計包括負載用電量的計算太陽能電池方陣面輻射量的計算太陽能電池蓄電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設計太陽能電池方陣安裝傾角的計算系統(tǒng)運行情況的預測和系統(tǒng)經(jīng)濟效益的分析等硬件設計包括負載的選型及必要的設計太陽能電池和蓄電池的選型太陽能電池支架的設計逆變器的選型和設計以及控制測量系統(tǒng)的選型和設計對于大型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)還要有方陣場的設計防雷接地的設計配電系統(tǒng)的設計以及輔助或備用電源的選型和設計軟件設計由于牽涉到復雜的輻射量安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化的設計計算一般是由計算機來完成在要求不太嚴格的情況下也可以采取估算的辦法28太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式一種是光熱電轉換方式另一種是光電直接轉換方式 1光熱電轉換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質(zhì)的蒸氣再驅(qū)動汽輪機發(fā)電前一個過程是光熱轉換過程后一個過程是熱電轉換過程與普通的火力發(fā)電一樣太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元平均1kW的投資為2000～2500美元因此目前只能小規(guī)模地應用于特殊的場合而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算還不能與普通的火電站或核電站相競爭 2１２Ｖ蓄電池其端電壓可在１０Ｖ～１６Ｖ之間變化這就要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定在中大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變電源的輸出應為失真度較小的正弦波這是由于在中大容量系統(tǒng)中若采用方波供電則輸出將含有較多的諧波分量高次諧波將產(chǎn)生附加損耗許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設備這些設備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的外當中大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時為避免鐸公共電網(wǎng)的電力污染也要求逆變電源輸出正弦波電流I Io sin h計算Io為大氣質(zhì)量 AM 1 時海平面上太陽輻射強度可見太陽高度角越大太陽輻射強度越大反之太陽高度角越小太陽輻射強度就越弱各地太陽高度角的變化與緯度有關一般緯度越高其太陽高度角就越小反之緯度越低其太陽高度角就越大2大氣透明度和海拔高度大氣透明度是表征大氣對于太陽光線透過程度的一個參數(shù)在晴朗無云的天氣大氣透明度高到達地面的太陽輻射能就多些反之則少海拔高度越高時空氣就越稀薄太陽輻射被吸收散射的就越少并且大氣中的水汽和塵埃的含量也越少大氣透明度就越大因此海拔