05.太陽(yáng)能電池維護(hù)

1、太陽(yáng)能電池維護(hù)培訓(xùn)教材、 基本概念：1. 什么是太陽(yáng)能電池？太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體材料的電子特性把陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。它適合將太陽(yáng)光中波長(zhǎng)比較短的光(波長(zhǎng)0.3)變換為電能，當(dāng)然太陽(yáng)能電池也能將其它光源產(chǎn)生的合適的波長(zhǎng)的光變換為電能。0.33.0m的波長(zhǎng)范圍的光子能量為4.00.4eVo2. 太陽(yáng)能電池的原理太陽(yáng)能電池是借助于半導(dǎo)體材料的p-n結(jié)把太陽(yáng)幅射的光能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。太陽(yáng)光照射p_n結(jié)時(shí)，電光的能量大于原子的禁帶 寬度，則原子受激發(fā)而產(chǎn)生電子一空穴時(shí)， 它在p_n結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)的作 用下，電子進(jìn)入n區(qū)，空穴進(jìn)入p區(qū)，分別向兩端移動(dòng)，形成了電動(dòng)勢(shì)。 在兩極引出導(dǎo)線，加上負(fù)載，構(gòu)成回路

2、，就可以供給電能。3. 太陽(yáng)能電池的構(gòu)造太陽(yáng)電池根據(jù)所用材料不同可分為單晶硅、 多晶硅、非晶硅和化合物半 導(dǎo)體等太陽(yáng)電池。由于硅資源豐富，而且它變換效率高，所以是目前應(yīng) 用得最多的太陽(yáng)電池。硅太陽(yáng)電池的基本構(gòu)造：在p型硅的機(jī)板上擴(kuò)散 n型半導(dǎo)體材料，金屬基底、當(dāng)反射涂層、密封材料等。單晶硅太陽(yáng)電池的特征：變換效率(1 0 0mV/Cm2) 1318%、執(zhí)照耗能多、成本高、 資源多、可靠性高、無(wú)公害。二、太陽(yáng)能電池的特性與測(cè)試1 . 太陽(yáng)能電池的輸出特性：1 ) 開路電壓V o C :太陽(yáng)電池正、負(fù)極間開路時(shí)的電壓， 單位是mV、Vo2 ) 短路電流I s c :太陽(yáng)電池正、負(fù)極間短路時(shí)的電流，

3、 單位是aA、mA、A等，若以太陽(yáng)電池單位面積電流密度表 示之則為(1 A/ C m 2 > m A/ Cm2等。圖一太陽(yáng)電池的伏安特性3 ) 最大輸出功率P max:在特性曲線上，輸出電壓和輸出電流的積為最大的功率。4 ) 最佳電壓V o p (在P max時(shí)的電壓)。5 ) 最佳電流lop (在P max時(shí)的電流)。6 ) 填充因子F F (Fill Factor)是衡量太陽(yáng)電池品質(zhì)的參數(shù)，越大越好。V o p . I o pF F =7) 交換效率n：變換效率是表示太陽(yáng)電池受陽(yáng)光照射時(shí)， 入射的太陽(yáng)能變化為電能的能力，由下式定義：輸出的能量n =輸入的能量Pmax100 %Pin.

4、sVop.Iop100% =100%Pin.s2. 太陽(yáng)能電池的等效電路:R sv = v j - I R s圖2 太陽(yáng)電池的等效電路太陽(yáng)電池的等效電路如圖2所示。Iph是太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電流，太陽(yáng)電池的PN結(jié)構(gòu)成二極管，在正偏壓下有正向電流Id,在PN結(jié)沒有完全形成的部分有漏電流Ish，則輸出的電流為：I=IphIdIshIph隨入射光的強(qiáng)度而變化，Id由下式給出：qvjId=Io(exo 1)hkT式中Io反向飽和電流h二極管性能指數(shù)；k伯爾茲曼常數(shù)；T絕對(duì)溫度；q單元電荷；Vj結(jié)電壓；Io與h由太陽(yáng)電池的種類來(lái)決定。漏電流與工作電壓成比例，漏電流用Ish表示，則VjIsh=RshRs式串聯(lián)

5、電阻，由太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體電阻、透明電極電阻等的和 組成°Rs的效果表現(xiàn)在輸出電流大時(shí)，電壓降低，即輸出電壓V = V j IRs三、太陽(yáng)電池的溫度特性溫度特性使太陽(yáng)電池的重要特性之一。單晶硅太陽(yáng)電池單體輸出特性的溫度系數(shù)為：輸出電壓溫度系數(shù)：一0 . 3 2%/C輸出電流溫度系數(shù)：+0 . 09%/CFF0 . 10%/C光電轉(zhuǎn)換效率o . 3 3%/C。四. 太陽(yáng)電池的組件與系統(tǒng)由于使用場(chǎng)合不同，對(duì)太陽(yáng)電池有不同的電壓、功率要求，實(shí)際使 用的太陽(yáng)電池是由每個(gè)太陽(yáng)電池單體， 通過串、并聯(lián)置于有填充劑的支 承板上，上加透明護(hù)蓋并密封。輸出端子在底板上，這稱為太陽(yáng)能組件。根據(jù)用電設(shè)備的實(shí)

6、際電壓和功率要求，可以把每個(gè)太陽(yáng)能電池組件 通過串、并聯(lián)組成太陽(yáng)電池方陣。方陣是太陽(yáng)電池電源系統(tǒng)的發(fā)電單元。 是系統(tǒng)的核心。1. 單體在太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)中最基本的發(fā)電單元。 每個(gè)單元由于采用 材料不同有一定差別，其電壓就是一個(gè)PN結(jié)的電壓，一般為 0.40 .45V。由于單體的面積不同，每個(gè)單體的電流可以 是幾十毫安到幾安培。2. 組件組件是太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)安裝的基本單元。它由廠家 根據(jù)不同用途和電壓、功率需要，將一些單體串、并聯(lián)。置 于有填充劑的支承板上，上加透明蓋并密封，輸出端子在地 板上。我們常選用的組件有工作電壓17V、8.5V，峰值功率3 5W、40W、55W、70W 等。3.

7、 方陣太陽(yáng)電池方陣由許多串、并聯(lián)太陽(yáng)電池組件組成，以獲得所需的電壓、電流和功率。4、太陽(yáng)電池系統(tǒng)1）光伏電源系統(tǒng)的基本組成H防反充二極管太陽(yáng)電池A 光伏電源系統(tǒng)，由于日照的間接性和不連續(xù)性，一定要有 儲(chǔ)能裝置如蓄電池。B、為了保證蓄電池經(jīng)常處于充滿電狀況，而且又不至于使蓄 電池經(jīng)常過充以及保持供電的連續(xù)性和電壓的穩(wěn)定， 則必 須有控制裝置。C、為防止無(wú)陽(yáng)光時(shí)蓄電池向太陽(yáng)電池放電，應(yīng)有防反充二極 管，也有稱為防逆流二極管。五、太陽(yáng)電池的使用與維護(hù)1、 對(duì)控制部分的要求光伏電源系統(tǒng)中，控制部分有著十分重要的作用，它是保證系統(tǒng)正常供電的核心，特別是對(duì)無(wú)人值守系統(tǒng)尤為重要。 控制部分應(yīng)具備 以下幾種性

8、能：（1）對(duì)太陽(yáng)電池方陣具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能一般，太陽(yáng)電池方陣與蓄電池連接成浮充供電方式，控制部分把方陣輸出電壓穩(wěn)定在負(fù)載和蓄電池允許的電壓范圍。（2）蓄電池充滿或過充時(shí)，能自動(dòng)的切斷部分或全部方陣。蓄電池放 電到一定程度，電壓下降到規(guī)定的值時(shí)，又能自動(dòng)的接入方陣，恢復(fù) 充電。（3）由于連續(xù)陰天或其他原因，使蓄電池連續(xù)放電到允許的最低值時(shí)，控制部分能把負(fù)載轉(zhuǎn)移到其它備用電源，蓄電池停止放電。（4）控制部分應(yīng)能在給定的環(huán)境條件下可靠的工作。2、 光伏系統(tǒng)中蓄電池的選用在目前的條件下，光伏電源系統(tǒng)以其高可靠性、低維護(hù)工作量、 長(zhǎng)壽命和無(wú)環(huán)境污染的特點(diǎn)受到大家的重視。然而在無(wú)陽(yáng)光條件下， 為了保證不間斷

9、供電，必須配備合適的蓄電池。正確的選擇蓄電池十 分重要，光伏電源對(duì)于其配套的蓄電池要求如下：（1）蓄電池的充放電特性好；（2）由于太陽(yáng)電池方陣所接受的陽(yáng)光強(qiáng)度變化范圍大，蓄電池應(yīng)具有承受充電電流變化范圍大的能力，并要充電效率高；（3）耐過充、過放能力強(qiáng)；（4）自放電小，因?yàn)樾铍姵嘏渲萌萘枯^大，一般要考慮能單獨(dú)向負(fù)荷供電幾天；（5）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)；（6）一般用于無(wú)人站，所以維護(hù)工作量要少；（7）太陽(yáng)能電池不適合對(duì)電池進(jìn)行初充電，所以宜選用不需要進(jìn)行初充電的蓄電池。六、光伏電源系統(tǒng)可靠性可靠性是光通信無(wú)人值守電源系統(tǒng)的最重要的一個(gè)方面。從太 陽(yáng)電池的制造原理看，單體太陽(yáng)電池的可靠性應(yīng)類似于固態(tài)器件

10、。 據(jù)使用研究情況看，太陽(yáng)電池可靠性可達(dá) 157年。然而作為太陽(yáng)電 池組件，受密封材料老化、制造工藝等多種因素的影響，不可能有 如此高。1、太陽(yáng)電池的常見故障現(xiàn)象據(jù)美國(guó)能源部全國(guó)光伏計(jì)劃前四年，由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL） 購(gòu)置了大約400KW氐價(jià)光伏組件，用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明主要故障現(xiàn)象 有互連斷裂、互連脫焊、電池龜裂、電池基線（電池組件與組件、子 方陣與子方陣之間的連線）、密封脫開、線與端子腐蝕、裸露線互連 等。2、光伏組件出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)與廠家聯(lián)系進(jìn)行更換或處理。 光伏電源系統(tǒng)可靠性不僅取決于太陽(yáng)電池的質(zhì)量和組件，還與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)有很大關(guān)系。提高光伏電源系統(tǒng)可靠性的措施包括：選用質(zhì)量 好的太陽(yáng)電池組件和高可靠性的控制裝置；合理系統(tǒng)的設(shè)備配置和運(yùn)行組 織