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

本文由ajing19880119貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 維普資訊 太陽(yáng)電 池 太 陽(yáng)能光伏發(fā) 電技 術(shù)（ ） 二 。 太陽(yáng)電池 、 組件及光伏方陣 中國(guó) 科學(xué)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(chēng)為 型半導(dǎo)體和 型半導(dǎo)體的材料結(jié)合而成。 當(dāng) 光照 射 到 結(jié)上 時(shí) ， 生 電子一 穴 對(duì) ， 半 導(dǎo) 體 內(nèi)部結(jié) 附 產(chǎn) 空 在 近生成 的載流 子 ， 內(nèi)建 電場(chǎng) 的 吸引到 達(dá)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(chǔ) 存 了過(guò) 剩 的電子 ， 區(qū)有 過(guò)剩 的空穴 ， 結(jié) 附近形 成 與勢(shì) 壘方 向相反 的 光生 電 場(chǎng) 。 在 光生 電場(chǎng)除 了部 分抵 消勢(shì) 壘 電場(chǎng) 的作 用外 ， 使 區(qū)帶正 電 ， 還 區(qū)帶 負(fù) 電 ， 區(qū)和 區(qū)之 間的薄層 產(chǎn) 生電 動(dòng)勢(shì) ， 在 這就 是“ 光生 伏打效應(yīng) ” 此時(shí) ， 。 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(guò) ， 這個(gè) 電流稱(chēng)作短 路 電流 。另一方 面 ， 若將 結(jié) 兩端開(kāi)路 ， 由于 電子和空穴 分別流人 區(qū) 和 區(qū) ， 則 使 區(qū)的費(fèi)米 能級(jí) 比 區(qū) 的費(fèi)米能級(jí) 高 ，在這 兩個(gè)費(fèi)米 能級(jí)之 間就產(chǎn)生 了電位差 ?？梢詼y(cè)得這個(gè) 值 ， 稱(chēng)為開(kāi)路 電壓 。 并 太 陽(yáng) 電 池 原 理 出 ， 通過(guò) 燈泡返 回到蓄 電池 。 由蓄 電池 流 出的 電子 所 獲得 的 再 勢(shì) 能 ， 在照 明燈 里消耗 掉 。 太 陽(yáng)電池 組件是 一組 用金 屬線(xiàn) 串聯(lián) 或 串 聯(lián)起 來(lái) 的太 陽(yáng) 并 電池 ， 目的是產(chǎn) 生所希 望 的電壓 和 電流 。太 陽(yáng)電池像 小 的蓄 電 池， 當(dāng)用金 屬線(xiàn) 串聯(lián) 時(shí) ， 電流 值恒 定 ， 電壓 累加 。每 個(gè)太 陽(yáng)電池 電壓約 ， 電池 串聯(lián) 的 光伏組 件工 作 電壓 ， 伏 個(gè) 伏 標(biāo)稱(chēng) 電壓 伏 ， 件 的輸 出電流 與每個(gè) 單獨(dú) 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(yáng)光 的照射下燈泡也將 發(fā)光 ， 而構(gòu)成一個(gè) 最簡(jiǎn)單 的光伏 電路 。 從 串聯(lián) 和 并 聯(lián) 光 伏 電 路 太 陽(yáng)電池 組件 同 電源一樣 ，也 采用 電壓 值和 電 流值標(biāo) 定 。 在 充 足的 陽(yáng)光下 組件 標(biāo) 稱(chēng) 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(yáng) 電池是 一種 具 有光 伏 打效 應(yīng) 的半 導(dǎo)體 器 件 （ 稱(chēng) “ 簡(jiǎn) 光 伏器 件” ， 直接 將 太 陽(yáng)光轉(zhuǎn) 換 成直 流 電 ， 光伏 發(fā) 電的最 基 ）它 是 本單元 。 陽(yáng) 電池 由兩層半 導(dǎo)體 材料組成 ， 厚度大 約為 太 其 英寸 ， 形成 兩個(gè) 區(qū)域 ： 一個(gè) 正荷 電 區(qū)， 一個(gè) 負(fù)荷 電 區(qū)。負(fù) 區(qū)位于 同蓄 電池一樣 ， 光伏 組件 串聯(lián) 時(shí) 電壓將 增加 ， 將 電流值 不變 。 同 樣 的兩個(gè) 、光伏 組件 串聯(lián) 接線(xiàn) 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(xiàn) ， 同樣 的兩個(gè) 、 光伏 組件并 聯(lián) 接線(xiàn) 后得 到 、系 統(tǒng) 。并聯(lián) 接 線(xiàn)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(xiàn) ，以獲得所 需 要 的電壓 和 電流值 。 為得到 、方陣需 要 四個(gè) 光伏 組件 。 注意 ， 串聯(lián) 接 線(xiàn) 時(shí)要 將一個(gè) 組件 的正 極 （ 連到 另一 個(gè)組 件 的負(fù)極 （ ）并 聯(lián) ） 一， 接線(xiàn) 是從 正到正 極和 負(fù)到負(fù) 極 。 伏組 件串聯(lián) 接線(xiàn) 時(shí)的總 電壓 光 等 于每個(gè) 單獨(dú)組件 電壓 之和 ， 各組 件 電流相 等 。 蓄 電池與 光伏 組 件 連接 時(shí) ，組 件使 用 串聯(lián) 和并 聯(lián) 組合 接 線(xiàn)。 可實(shí)現(xiàn) 負(fù)載 所要求 的電壓 和 電流。 負(fù)栽 電池 的上層 ， 這一層 強(qiáng)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(fù) 界面 區(qū)域 稱(chēng) 為 結(jié) 。制造 電池時(shí) 結(jié)被 賦予 了恒 定 的特性 。當(dāng) 陽(yáng)光投 射 到 太 陽(yáng)電池 內(nèi)保 持松 散 狀態(tài) 的 電子時(shí) ， 些靠 近 結(jié) 的 電子朝 向電 池 的表層 流 動(dòng) 。 這 金屬 線(xiàn)將光 伏組 件 里每 個(gè) 電池 的前 面 與下 一個(gè) 電池 的背 面相 連 ，這樣使 電子 通 過(guò)許 多 結(jié) ，建 立起 所有 電池 的 串聯(lián) 電 壓 。 每個(gè) 電池 結(jié) 處 的電壓增 加大 約 在 的 電動(dòng)勢(shì) ， 這個(gè) 電池 電壓 與 電池 的尺寸 無(wú) 關(guān) 。電流 受 電池 面 積和 目照強(qiáng) 度 的 影響 ， 較大 面積 的電池 能夠 產(chǎn)生 較強(qiáng) 的電 流 。 負(fù) 載是光 伏系 統(tǒng) 中的用 電設(shè) 備 。 負(fù)載 的評(píng)估 是 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 和 光 伏 電 路 原理 簡(jiǎn)單 光伏 電路 ， 電路 是來(lái) 自電壓 源 的電子流 的流 通通 道 ， 例如將 一個(gè) 蓄 電 池通 過(guò)導(dǎo)體 或 金屬 線(xiàn)連 到 負(fù)載 ， 就成 為 一個(gè) 最 簡(jiǎn)單 的 電路 ， 它 有一 個(gè)單 一 的電壓 源 （ 一個(gè) 蓄 電池 ） 被導(dǎo) 線(xiàn) 連到 單一 負(fù) 載 成本核 算 的關(guān) 鍵 步驟 。 電設(shè) 備 的功率 需求 可 以通過(guò) 測(cè)量 或從 用 廠(chǎng)商 提供 的技術(shù) 資料 獲得 。但 是每 天 、 每周 或每 個(gè)月用 電設(shè) 備 工作 的時(shí) 間總量需 要估 計(jì) 。 當(dāng)一個(gè) 給定 負(fù)載所 需求 的瓦 數(shù)沒(méi) 有給 出時(shí) ， ?？?用給 出 通 的 電壓 、 電流參 數(shù)代 替 。電壓 乘 電流 即可計(jì) 算負(fù) 載所需 要 的瓦 數(shù)。 交流 （ ） 或直 流 （ ） 負(fù)載 必須 預(yù)先 確定 ， 果使用 交流 負(fù) 如 載， 需要 配備逆 變器 。獨(dú) 立 光伏 系統(tǒng)選 擇 的工作 電壓通 常 是最 （ 燈 泡 ） ，使 用 一個(gè)開(kāi) 關(guān) 接通 或斷 開(kāi)燈 泡與 電源 的 連 接。當(dāng)電路斷開(kāi)時(shí) ， 燈是熄滅的 ； 當(dāng)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(fù) 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(dāng)多數(shù)負(fù)載是直流時(shí) ， 系統(tǒng)電壓的選擇應(yīng)以系統(tǒng)電 流不超過(guò) 允許值 為準(zhǔn)。 果負(fù)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(yùn)行 的負(fù) 載 時(shí) ， 若 該 系統(tǒng) 必須 包括 儲(chǔ) 能單元 ， 常用 蓄 電池儲(chǔ) 存 由光伏 組件 產(chǎn)生 的 通 電能 。 系統(tǒng)負(fù) 載可 以在 白天 或夜 間運(yùn)行 ， 也可 以連 續(xù)或 間歇運(yùn) 行 ， 夜晚 或 陰天 ， 在 負(fù)載 將從 蓄 電池獲 取 電能。此 外 ， 電池組 蓄 在短 時(shí) 間 內(nèi)有 能力 提供 大 的沖擊 電流 ， 樣系 統(tǒng)有更 好 的適應(yīng) 這 列出， 并選擇具 有最 大電流 的負(fù)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(dòng) 大的 電動(dòng)機(jī) 或執(zhí) 行另外 一 些“ 如 高功 率” 任務(wù) 。 使 用 蓄 電池 的簡(jiǎn)單 直 流光 伏 系 統(tǒng) 的基 本部 件 包括 一 個(gè)光 （） 陽(yáng) 電池 。 由硅 半導(dǎo) 體材 料制 成 的方 片 、 太 圓片 或薄 膜 ， 在 陽(yáng)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(fù) 載 。 電池組 一個(gè) 儲(chǔ) 蓄 由 個(gè)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(dāng)太 陽(yáng) 照射時(shí) 再將 蓄 電池充滿(mǎn) 電。 比起常 規(guī) 的汽車(chē) 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(dāng)?shù)?的氣候 （） 陽(yáng) 電池組件 （ 稱(chēng) 為“ 太 也 光伏組 件 ” 。預(yù) 先排 列好 的 一 ） 組 太 陽(yáng)電池 。 層壓在 超薄 、 明 、 強(qiáng)度玻 璃 和密封 的封 裝底 被 透 高 層 之 間。太 陽(yáng)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(yáng) 電池 方陣 （ 稱(chēng) “ 陣” 。在金 屬支架 上用 導(dǎo) 線(xiàn)連 太 簡(jiǎn) 方 ） 條件 和特 點(diǎn) ， 陰天 情況 和環(huán)境 溫 度在 蓄電池設(shè) 計(jì) 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(gè) 光 伏組 件 的組 合 體 。太 陽(yáng)電 池方 陣 產(chǎn)生 所 需 要 的電壓 和 電流 。 （ ） 電池 組 。提供 存儲(chǔ) 直 流電能 的裝 置 。 蓄 （ ） 制器 （ 控 系統(tǒng)控 制裝 置 ） 通過(guò)對(duì) 系統(tǒng) 輸入 、 出功率 的 。 輸 調(diào)節(jié) 與分 配 ， 現(xiàn)對(duì) 蓄 電池 電 壓 的調(diào) 整 。 及 系統(tǒng) 賦予 的其 它 實(shí) 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(fù)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(yīng)性 ， 為用 戶(hù)提 供 了方 便 ， 是 也增 加 了 系統(tǒng) 的 但 復(fù)雜 性 和成 本 ?，F(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(yùn) 行為 動(dòng)力 的負(fù)載 ， 將直 流 電轉(zhuǎn) 變 為 交流 電的電氣 設(shè) 備 。 （ ） 流負(fù) 載 。以直 流 電為動(dòng)力 的裝 置或設(shè) 備 。 直 （ ） 流負(fù) 載 。以交 流電 為動(dòng)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(hù)選擇（ 有關(guān) 逆變器的內(nèi)容在后面有更詳 細(xì)的討 論） 。 并 網(wǎng) 光 伏 系統(tǒng) 光 伏 系 統(tǒng) 類(lèi) 型 一 體 化 光 伏 充 電 器 在 并 網(wǎng)光 伏 系統(tǒng) 的設(shè) 計(jì) 里 ， 提 供 蓄電 池存 儲(chǔ) 單元 ， 不 白天 不用 的多余 電量 ， 戶(hù)可 以通 過(guò)逆 變器將 這些 電能 出售 給 當(dāng)?shù)?用 的公 用 電網(wǎng) ， 該逆 變器 是 為這類(lèi) 光伏 系 統(tǒng)專(zhuān) 門(mén)設(shè) 計(jì) 的 。當(dāng)光伏 系 統(tǒng)產(chǎn) 生 的電能 不能滿(mǎn) 足用 戶(hù)需 要時(shí) ， 用戶(hù)可 從公 共 電網(wǎng)獲 取 電能。 光 伏 互 補(bǔ) 發(fā) 電 系 統(tǒng) 用光伏 充 電器來(lái)替 代通 常使 用的 蓄電池 是 比較經(jīng) 濟(jì) 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(gè) 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(shí) 和 收音 機(jī) 已有成 套 裝置 出售 。太 陽(yáng)能 手提 燈 和用 于 收音 機(jī) 蓄 電池的光伏 充 電器具 有廣泛 的潛 在市 場(chǎng) 。 白 天 用 光 佚 系 統(tǒng) 互 補(bǔ)發(fā) 電就是 將其 它 的電源 同時(shí) 接入 光伏發(fā) 電 系統(tǒng) ， 在許 多場(chǎng) 合 下用 戶(hù)要求 采用 互補(bǔ) 發(fā) 電方式 。 多數(shù)互 補(bǔ)發(fā) 電系統(tǒng)使用 最 簡(jiǎn)單 、 本最 低的是 僅僅 在 白天運(yùn)行 的光 伏 系統(tǒng) 。 些 成 這 系統(tǒng) 由導(dǎo)線(xiàn) 將光 伏組 件 與直 流 用 電設(shè) 備直 接 連在 一起 。太 陽(yáng) 光 照射在太 陽(yáng) 電池上 就產(chǎn)生 電能 ， 同時(shí)被 負(fù) 載利用 。白天使 用 柴 油機(jī) 發(fā) 電機(jī) ， 稱(chēng)為 光伏 油機(jī) 互補(bǔ) 發(fā) 電系統(tǒng) 。 柴 油發(fā) 電機(jī) 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(lái)滿(mǎn)足用電負(fù)載 ， 意味著太陽(yáng)電池方陣和蓄電池要在最差的天 氣條 件 下也 應(yīng)支 持負(fù) 載 的運(yùn) 行 ， 同時(shí)蓄 電池組 容量 要 大到足 以 帶動(dòng) 大 功率 負(fù)載 ， 如洗 衣機(jī) 、 例 干燥 機(jī) 、 動(dòng)力工 具等 等 。柴油發(fā) 的光 伏 系統(tǒng)發(fā) 電時(shí) ，較 高 的 日照水 平可 使 負(fù) 載 獲得更 多 的 運(yùn) 行 機(jī)會(huì) 。 白天 使用 的光 伏系統(tǒng) 沒(méi) 有 電能存儲(chǔ) 功 能 ， 因此 只有 當(dāng) 太 陽(yáng) 正在 照射 時(shí) 負(fù)載 才 能工 作 。簡(jiǎn) 單 的 白天 用 光伏 系統(tǒng) 適 合 于僅僅 在 白天 運(yùn) 行 的負(fù) 載 ，選 擇此 類(lèi)負(fù) 載 時(shí)應(yīng) 注意光 伏 系 統(tǒng) 的投 資效 果 。 電機(jī)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(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí)可 以 同時(shí)給蓄 電池 充 電。 這樣 蓄 電池有 了兩 個(gè) 獨(dú)立 的 充 電系統(tǒng) ， 因而 大大 增加 了 供 電的可 靠性 。 另 一個(gè) 互 補(bǔ)方 法是 光伏 風(fēng)力 機(jī)互 補(bǔ) 發(fā) 電系統(tǒng) 。當(dāng)沒(méi)有 日 白天 用光 伏 系統(tǒng) 的實(shí)例 包括 ： （ ） 有儲(chǔ) 水 箱 的水泵 。 帶 照時(shí)， 光伏 系統(tǒng) 加 入一 個(gè) 風(fēng)力 發(fā) 電機(jī) ， 這在