光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用精品課件

光伏應(yīng)用技術(shù)2021/4/171光伏應(yīng)用技術(shù)第1章光伏發(fā)電概述第2章太陽(yáng)能電池原理與特性第3章太陽(yáng)能電池的種類(lèi)及其特點(diǎn)第4章太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第5章光伏系統(tǒng)的控制第6章光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)第7章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

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人類(lèi)當(dāng)前使用的能源主要來(lái)自煤炭、石油等多年儲(chǔ)藏在地下的石化能源，按照目前的開(kāi)發(fā)速度，幾十年或許幾百年后，地球所存儲(chǔ)的這些能源就將枯竭。節(jié)約能源和開(kāi)發(fā)可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。在可再生能源中，水能已經(jīng)得到了廣泛的利用，且水能資源終究是有限的；太陽(yáng)能和風(fēng)能則是取之不盡，用之不竭的清潔能源。太陽(yáng)能的應(yīng)用主要有兩種形式：一是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，二是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。后者稱(chēng)為太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)PV技術(shù)。前言2021/4/173第1章光伏發(fā)電概述1.1太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能發(fā)電1.2太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展歷程1.3太陽(yáng)能發(fā)電的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)1.4國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢(shì)2021/4/174第1章光伏發(fā)電概述1.1太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能發(fā)電

一、太陽(yáng)能與環(huán)保

1、3E的概念經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)保是困擾現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大問(wèn)題，簡(jiǎn)稱(chēng)3E（EconomyEnvironmentEnergy）。隨著工業(yè)化的推進(jìn)和人口的增長(zhǎng)，資源的消耗量越來(lái)越多，從而可以預(yù)見(jiàn)若干年后會(huì)出現(xiàn)資源危機(jī)。據(jù)2001年相關(guān)數(shù)據(jù)，各種資源可開(kāi)采的年數(shù)為： 石油39年；天然氣57年；煤炭223年；鈾67年。除了資源枯竭問(wèn)題，在石化燃料的使用過(guò)程中，環(huán)境問(wèn)題不容忽視，如氣候變暖、酸雨等問(wèn)題。

1997年第三屆控制排放物的京都國(guó)際環(huán)保會(huì)議成員國(guó)研究2002－2012年10年間排放量需逐年減少6％（與1990年相比）。若要做到這些，除了改善現(xiàn)有常規(guī)發(fā)電設(shè)備的排放條件以外，重要的是開(kāi)發(fā)新能源，如太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電。2021/4/175一、太陽(yáng)能與環(huán)保2、太陽(yáng)能的特點(diǎn)太陽(yáng)能的熱能和光能利用是兩個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。太陽(yáng)能具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①儲(chǔ)量巨大；

②不會(huì)枯竭；

③清潔能源；

④不受地域限制。

到達(dá)地球的太陽(yáng)能，在大氣圈外為1.38kW/m2，其中30％向宇宙反射，其余的70％到達(dá)地球。太陽(yáng)的壽命可達(dá)幾十億年。太陽(yáng)能不會(huì)產(chǎn)生CO2等有害物質(zhì)，是一種清潔能源。太陽(yáng)能的缺點(diǎn)是能量密度低、容易受氣象條件的影響，不具備蓄電功能等。此外，雖然太陽(yáng)能本身對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但也應(yīng)該看到，太陽(yáng)能電池、電力電子變換裝置的制造和使用過(guò)程中仍會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，應(yīng)考慮綜合效益。2021/4/176二、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換電能的基本原理

太陽(yáng)能電池，完成將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的任務(wù)。太陽(yáng)能電池主要由半導(dǎo)體硅制成，在半導(dǎo)體上有光線照射時(shí)，吸收光能激發(fā)出電子和空穴，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電壓（流），稱(chēng)為“光生伏特效應(yīng)”或簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應(yīng)”（Photovoltaiceffect）。以硅晶體做成的半導(dǎo)體，摻有磷雜質(zhì)的硅晶體中自由電子是多數(shù)載流子，稱(chēng)為N型半導(dǎo)體；摻有硼雜質(zhì)的硅晶體中空穴是多數(shù)載流子，稱(chēng)為P型半導(dǎo)體。若將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合，形成PN結(jié)。太陽(yáng)能電池利用了PN結(jié)的光伏效應(yīng)。當(dāng)有光照射太陽(yáng)能電池時(shí)，則激發(fā)電子自由運(yùn)動(dòng)流向N型半導(dǎo)體，正電荷集結(jié)于P型半導(dǎo)體，從而產(chǎn)生電位勢(shì)。若外接負(fù)荷，則有電流流動(dòng)。太陽(yáng)光N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體正極負(fù)極電流負(fù)荷2021/4/1771.2太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展歷程年代成就1800

發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)1876

硒的光伏效應(yīng)研究1904Cu、Cu2O對(duì)光的敏感性研究1940PN結(jié)理論的研究1954

單晶硅太陽(yáng)能電池發(fā)明（美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室）1955CdS太陽(yáng)能電池發(fā)明1956GaAs太陽(yáng)能電池發(fā)明1958

在先驅(qū)者1號(hào)通信衛(wèi)星上應(yīng)用太陽(yáng)能電池1972

美國(guó)制訂新能源開(kāi)發(fā)計(jì)劃1974

日本制訂太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的“陽(yáng)光計(jì)劃”1976

非晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)明1984

美國(guó)7MW太陽(yáng)能發(fā)電站建成1985

日本1MW太陽(yáng)能發(fā)電站建成1991

制定再生新能源發(fā)電與公共電力網(wǎng)并網(wǎng)法規(guī)（德國(guó)）1992

制定逆潮流供電與公共網(wǎng)并網(wǎng)法規(guī)（日本）1994

住宅用太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程（日本）2003RPS法（新能源法案）（日本）2021/4/1781.3太陽(yáng)能發(fā)電的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)

一、20世紀(jì)70年代：開(kāi)發(fā)初期太陽(yáng)能電池發(fā)電技術(shù)開(kāi)發(fā)初期的20世紀(jì)70年代，太陽(yáng)能電池的價(jià)格昂貴（1500美元/瓦），只能用于人造衛(wèi)星、差轉(zhuǎn)電臺(tái)、海島燈塔等場(chǎng)所。二、20世紀(jì)80年代－20世紀(jì)90年代：小容量太陽(yáng)能電池的廣泛應(yīng)用太陽(yáng)能電池主要應(yīng)用在手表、計(jì)數(shù)器、照明（路燈、庭院燈）、交通標(biāo)志和防災(zāi)電源上。雖然太陽(yáng)能電池的價(jià)格不斷降低，但仍然比較貴，還不能應(yīng)用于民用電器。三、太陽(yáng)能發(fā)電的高速發(fā)展和大容量應(yīng)用階段隨著世界各國(guó)制訂光伏發(fā)展計(jì)劃、大量研究經(jīng)費(fèi)的投入、財(cái)政補(bǔ)貼、免稅等優(yōu)惠政策鼓勵(lì)下，20多年來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。太陽(yáng)能電池價(jià)格已降低至5－6美元/瓦，大容量的應(yīng)用成為可能。比較典型的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)如西藏雙湖25KW光伏電站、麗江光伏電站。將太陽(yáng)能電池板作為屋頂或貼于朝南的墻面上，使建筑與太陽(yáng)能發(fā)電一體化，為大樓的照明、空調(diào)、電梯供電，并與市電并網(wǎng)。四、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的未來(lái)：建在太空的超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站在太空建立巨大的太陽(yáng)能發(fā)電站，把產(chǎn)生的電力變換成微波后傳輸?shù)降孛妗?021/4/1791.4國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

國(guó)際上在光伏領(lǐng)域具有領(lǐng)先地位的國(guó)家主要有日本、德國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等。生產(chǎn)廠排名產(chǎn)量（MW）比例（％）Sharp（日本）夏普1（1）324.025.8Kyocera（日本）京瓷2（2）105.08.3BPSolar（英國(guó)）3（3）84.96.8MitsubishiElectric（日本）4（6）75.06.0Q-Cells（德國(guó)）4（9）75.06.0ShellSolar（荷蘭）殼牌6（4）72.05.7Sanyo（日本）三洋7（8）65.05.4RWESchottSolar（德國(guó)）8（5）63.05.0Isofoton（西班牙）9（7）53.04.2臺(tái)灣茂迪（中國(guó)）10（10）35.02.8無(wú)錫尚德（中國(guó)）10（16）35.02.8世界十大太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠2004年排名與產(chǎn)量注：括號(hào)內(nèi)為2003年排名2021/4/17109、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:32:45PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請(qǐng)。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來(lái)懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、一個(gè)人炫耀什么，說(shuō)明他內(nèi)心缺少什么。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3美國(guó)－“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”

美國(guó)在1997年6月宣布了太陽(yáng)能“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”（MillionSolarRoofs

Initiative），準(zhǔn)備在2010年以前，在100萬(wàn)座建筑物上安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)，主要是

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)。

如果“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”順利實(shí)現(xiàn)，到2010年CO2

年排放量可減少300萬(wàn)噸。美國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電與熱利用技術(shù)比較成熟，開(kāi)始進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)階段。兩大太陽(yáng)能電池公司年生產(chǎn)能力分別達(dá)到5MW和10MW，整個(gè)美國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)品的年銷(xiāo)售量達(dá)到100MW以上。美國(guó)政府極為重視對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用。投入巨額資金用于該領(lǐng)域的科研開(kāi)發(fā)，同時(shí)在政策上給予傾斜。目前“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”已經(jīng)在美國(guó)某些地區(qū)大力發(fā)展起來(lái)。在夏威夷，由于自然條件優(yōu)越，太陽(yáng)能已經(jīng)成為當(dāng)?shù)啬茉垂┙o的主要形式和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。2021/4/1712日本－“陽(yáng)光計(jì)劃”

日本的光伏發(fā)電發(fā)展階段

1.第一次石油危機(jī)后，日本通產(chǎn)省于1974年制訂了以發(fā)展太陽(yáng)能為主的可再生能源代替石油的技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中長(zhǎng)期規(guī)劃，即“陽(yáng)光計(jì)劃”。初期，太陽(yáng)能電池用于家用計(jì)算器、燈標(biāo)和孤島柴油發(fā)電的補(bǔ)充能源。之后成立了新能源生產(chǎn)技術(shù)綜合管理機(jī)構(gòu)，加大資金投入，加速了光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐。

2.1988－1994年，隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的提高，以及電力公司獨(dú)立電源示范工程成功的基礎(chǔ)上，太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目擴(kuò)大到公園、學(xué)校、醫(yī)院、展覽館等公共示范工程以及民用示范工程。

3.1993年制訂的“陽(yáng)光計(jì)劃”，仍然把光伏發(fā)電作為重點(diǎn)項(xiàng)目，光電技術(shù)已達(dá)到普遍應(yīng)用水平。售價(jià)過(guò)高是影響推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，降低光電器件成本和高效率材料的開(kāi)發(fā)是重要發(fā)展方向。從1994年，日本實(shí)施住宅光電系統(tǒng)的優(yōu)惠政策，對(duì)每戶居民住宅光電系統(tǒng)提供?的政策補(bǔ)貼，極大地促進(jìn)了住宅用光電項(xiàng)目的推廣。日本光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要經(jīng)驗(yàn)：基本國(guó)策，常抓不懈；資金投入，政策優(yōu)惠。2021/4/1713德國(guó)－“10萬(wàn)屋頂發(fā)電計(jì)劃”

德國(guó)在2003年完成“10萬(wàn)屋頂發(fā)電計(jì)劃”，2000年頒布可再生能源法，2003年又公布了可再生能源促進(jìn)法，引發(fā)了德國(guó)光伏發(fā)展的新一輪高峰。2004年德國(guó)光伏發(fā)電總量達(dá)到6×105GWh，可再生能源發(fā)電占9.3％。德國(guó)政府在推廣光伏發(fā)電方面采取了一系列有力的舉措，主要包括銀行貸款和上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼等。在德國(guó)，若在自家屋頂上安裝了一套光伏發(fā)電設(shè)備，相當(dāng)于一個(gè)小型發(fā)電廠，發(fā)出的電能輸送到公共電網(wǎng)，國(guó)家最高給予57.4cent/kWh的補(bǔ)貼，可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。因此，德國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)非?；钴S的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。

2004年，德國(guó)光伏安裝總量超過(guò)日本，走在世界的前列。2021/4/1714中國(guó)－“光明工程計(jì)劃”

我國(guó)在太陽(yáng)能光熱利用方面處于世界先進(jìn)行列，是最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)市場(chǎng)。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面奮起直追，取得了較大進(jìn)展。2004年在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)規(guī)模上超過(guò)印度，成為亞洲處于前列的光伏電池生產(chǎn)國(guó)家。

2005年通過(guò)《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，于2006年1月1日起正式實(shí)施。

我國(guó)光伏發(fā)電的發(fā)展歷程：

1958年開(kāi)始研制太陽(yáng)能電池，1959年第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽(yáng)能電池誕生。

1971年3月，太陽(yáng)能電池首次應(yīng)用于我國(guó)第二顆人造衛(wèi)星。

1973年，太陽(yáng)能電池首次應(yīng)用于天津港的浮標(biāo)燈上。

1979年，用半導(dǎo)體工業(yè)積壓?jiǎn)尉a(chǎn)單晶硅電池。

20世紀(jì)80年代后期，引進(jìn)國(guó)外關(guān)鍵設(shè)備、生產(chǎn)線和技術(shù)，太陽(yáng)能電池生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW，太陽(yáng)能電池制造產(chǎn)業(yè)初步形成。2021/4/1715我國(guó)光伏電池組件發(fā)展情況我國(guó)光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝容量2021/4/1716我國(guó)晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)情況（MW）廠家2003年2004年2005年臺(tái)灣Motech173588無(wú)錫Suntech（尚德）835100寧波太陽(yáng)能51545保定天威英利610－昆明云南天達(dá)2310深圳潔凈能源公司3810我國(guó)晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)情況2021/4/1717我國(guó)的“光明項(xiàng)目”及其它

由國(guó)家發(fā)改委牽頭，籌集資金100億元，用10年時(shí)間（到2010年）用風(fēng)電、光電和其它可再生能源技術(shù)解決2300萬(wàn)戶無(wú)電地區(qū)居民的生活以及邊防哨所、公路道班、石油管道、鐵路信號(hào)等用電問(wèn)題，預(yù)計(jì)發(fā)電容量達(dá)到300MW。另外，其它項(xiàng)目包括：（1）GEF項(xiàng)目我國(guó)政府與世界銀行共同投資推動(dòng)中國(guó)可再生能源市場(chǎng)，主要是光伏和風(fēng)力發(fā)電，計(jì)劃用5年時(shí)間安裝10MW光伏系統(tǒng)，以解決無(wú)電地區(qū)居民生活用電問(wèn)題。（2）西部7省無(wú)電鄉(xiāng)村通電工程項(xiàng)目

2002年，中央政府和地方政府共同投資18億元，在西部7?。ㄎ鞑?、青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙、陜西、四川）無(wú)電地區(qū)鄉(xiāng)政府所在鎮(zhèn)安裝光伏電站，規(guī)模在20－80kW，共計(jì)15MW，項(xiàng)目在一年內(nèi)完成。（3）其它重大建設(shè)項(xiàng)目青海敦煌8MW大漠地區(qū)光伏發(fā)電工程；深圳國(guó)際園藝博覽會(huì)1MW光伏并網(wǎng)電站；上海10萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃；北京奧運(yùn)會(huì)鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)；保定電谷錦江國(guó)際酒店玻璃幕墻光伏并網(wǎng)發(fā)電工程。2021/4/1718全球單體最大太陽(yáng)能建筑并網(wǎng)發(fā)電2021/4/1719全球單體最大太陽(yáng)能建筑并網(wǎng)發(fā)電

全球最大的光伏建筑一體化低能耗生態(tài)建筑——尚德光伏研發(fā)中心大樓竣工。這里將成為尚德公司國(guó)家級(jí)企業(yè)（集團(tuán)）技術(shù)中心的研發(fā)基地。

尚德光伏研發(fā)中心大樓總投資約2億元，該幢建筑地上7層，幕墻總高度37米，總面積約1.8萬(wàn)平方米，PV幕墻面積6900平米，是全球最大的光電幕墻。整個(gè)工程設(shè)計(jì)容量為1兆瓦，預(yù)計(jì)全年發(fā)電量將達(dá)到70萬(wàn)千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)將為整體建筑提供80％耗電。以最低使用壽命25年計(jì)算，共可產(chǎn)生電量1737.5萬(wàn)千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)每年可以替代標(biāo)準(zhǔn)煤240噸，減排432噸，25年共替代標(biāo)煤6000噸。無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司成立于2001年1月，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售為一體的高新技術(shù)光伏企業(yè)，主要從事晶體硅太陽(yáng)電池、組件、光伏系統(tǒng)工程、光伏應(yīng)用產(chǎn)品的研究、制造、銷(xiāo)售和售后服務(wù)。經(jīng)過(guò)短短幾年跨越式、超常規(guī)的大發(fā)展，尚德公司的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量水平已完全達(dá)到國(guó)際光伏行業(yè)先進(jìn)水平，位列世界光伏企業(yè)前三強(qiáng)，在太陽(yáng)能組件制造方面已位居世界首位。－－人民網(wǎng)2009年1月8日

2021/4/1720我國(guó)光伏應(yīng)用市場(chǎng)預(yù)測(cè)

（1）光伏發(fā)電成本預(yù)期根據(jù)有關(guān)研究報(bào)告指出：我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)正以每年20％－30％的速度增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)光伏電池生產(chǎn)能力已達(dá)到100MW。實(shí)驗(yàn)室光伏電池的效率已達(dá)21%，可商業(yè)化光伏組件效率達(dá)到14％－15％，一般商業(yè)化電池效率達(dá)10％－13％。成本高，在目前和今后一段時(shí)間內(nèi)仍然是制約光伏市場(chǎng)發(fā)展的根本瓶頸。我國(guó)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本已大幅下降，其價(jià)格從2000年的40元/W降到目前的25元/W，并隨著市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大價(jià)格會(huì)不斷降低。在法律與政策的拉動(dòng)下，我國(guó)光伏市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)將會(huì)快速發(fā)展，光伏系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將大幅提高。按照以往光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)分析，到2030年，光伏系統(tǒng)價(jià)格有望達(dá)到$2.6/W；光伏系統(tǒng)的可靠性和壽命將從現(xiàn)在的15－20年增加到30－35年；系統(tǒng)效率從現(xiàn)在的10％－15％增加到18％－20％；發(fā)電成本可以降到6－8美分/kWh，達(dá)到或接近煤電價(jià)格。如果加大技術(shù)投入、政策拉動(dòng)，市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大且健康發(fā)展，這個(gè)時(shí)間可能提前。2021/4/1721我國(guó)光伏主要應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)測(cè)（2）我國(guó)光伏主要應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)測(cè)

①農(nóng)村離網(wǎng)供電由于歷史、地理的原因，我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)仍有約3000萬(wàn)人口沒(méi)有解決用電問(wèn)題；西部絕大部分邊疆少數(shù)民族地區(qū)，距離電網(wǎng)較遠(yuǎn)，居住分散，難以靠延伸電網(wǎng)解決用電問(wèn)題。光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、清潔安全、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)解決邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)供電具有不可替代的作用。

②城市并網(wǎng)光伏發(fā)電目前日本、德國(guó)、美國(guó)以及歐洲國(guó)家實(shí)施的“屋頂計(jì)劃”、“建筑一體化光伏工程”都屬于城市并網(wǎng)光伏發(fā)電的應(yīng)用?？梢灾鸩浇鉀Q能源電力問(wèn)題，減少排放，提高供電安全性。采用光伏發(fā)電技術(shù)用于城市道路、小區(qū)照明有著巨大的市場(chǎng)潛力，而且技術(shù)成熟、可靠，便于操作和管理。根據(jù)中國(guó)國(guó)情，可以將光伏街道和小區(qū)照明作為近期政府組織的光伏推廣應(yīng)用的切入領(lǐng)域。我國(guó)建筑屋頂面積總計(jì)約100億平方米，1％的屋頂用光伏組件覆蓋，每年可以提高1500億千瓦時(shí)的電能。

③大規(guī)模沙漠電站我國(guó)有108萬(wàn)平方公里的荒漠資源，主要發(fā)布在光照資源豐富的西部地區(qū)。隨著電力輸送技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模荒漠電站將成為未來(lái)的電力基地。

④其它商業(yè)應(yīng)用在技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)推動(dòng)下，新的領(lǐng)域、產(chǎn)品將會(huì)迅猛發(fā)展。2021/4/1722第2章太陽(yáng)能電池原理與特性太陽(yáng)光的性質(zhì)光伏電池原理和變換效率光伏電池特性測(cè)量2021/4/17232.1太陽(yáng)光的性質(zhì)1、與太陽(yáng)光相關(guān)的物理量

(1)日照強(qiáng)度在單位面積、單位時(shí)間內(nèi)接收到的太陽(yáng)光能量。單位：卡/厘米2·分、毫瓦/厘米2或焦耳/厘米2·分、千瓦/米2。

(2)日照量單位面積接收到的太陽(yáng)光能量。單位：卡/厘米2、千卡/米2、焦耳/米2或千瓦時(shí)/米2.(3)日照時(shí)間根據(jù)世界氣象組織（WMO）1981年規(guī)定，日照時(shí)間是指日照強(qiáng)度閥值超過(guò)0.12kW/m2的總時(shí)間，根據(jù)此閥值測(cè)定日照量并計(jì)算出日和月的日照時(shí)間。2021/4/1724太陽(yáng)能有關(guān)參數(shù)

太陽(yáng)輻射總能量的22億分之一輻射到地球，這部分能量經(jīng)過(guò)大氣層的反射、散射和吸收，約有70％的能量到達(dá)地球表面。盡管太陽(yáng)能只有很少的一部分輻射到地面，但數(shù)量仍然巨大。每年輻射到地球表面的太陽(yáng)能能量約為1.8×1018KW·h，等于1.3×106

億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是地球年耗能量的幾萬(wàn)倍。我國(guó)2/3的地區(qū)太陽(yáng)能輻射總量大于5024MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)在2000h以上，太陽(yáng)能資源十分豐富。其中西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古的輻射總量和日照時(shí)數(shù)在我國(guó)位居前列。除了四川盆地和毗鄰地區(qū)以外，我國(guó)絕大部分地區(qū)的太陽(yáng)能資源超過(guò)或相當(dāng)于國(guó)外同緯度地區(qū)，優(yōu)于歐洲和日本。由于南面是海拔7000～8850m的喜馬拉雅山脈，阻擋著印度洋的水蒸氣，因此青藏高原的太陽(yáng)能年輻射總量達(dá)6670～8850MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)達(dá)3200～3300h，是我國(guó)太陽(yáng)能資源最好的地區(qū)。而四川盆地云雨天氣多，是太陽(yáng)能資源相對(duì)較差的地區(qū)。2021/4/17252、直射光和散射光

把直接到達(dá)地面的太陽(yáng)光稱(chēng)為直接日射，把散射或反射的日射成分稱(chēng)為散亂日射。直接日射和散亂日射疊加稱(chēng)為全天日射。由于空氣分子的散亂作用在波長(zhǎng)較短時(shí)作用強(qiáng)，所以在全天日射中，短波長(zhǎng)時(shí)散射所含的比例較高400800120016002400200028002006008001000全天日射直接成分散亂成分分光發(fā)射強(qiáng)度(Wm-2um-1)波長(zhǎng)(nm)到達(dá)地表面的全天日射分光分布圖2021/4/1726

直射光和散射光128416200.40.81.2全天日射強(qiáng)度散亂日射強(qiáng)度晴天128416200.40.81.2全天日射強(qiáng)度散亂日射強(qiáng)度多云128416200.40.81.2全天日射強(qiáng)度=散亂日射強(qiáng)度陰天

一天的不同時(shí)刻，全天日射強(qiáng)度和散亂日射強(qiáng)度隨著時(shí)間變化，在晴朗天氣，散亂日射強(qiáng)度在全天中所占比例較低。陰天的全天日射強(qiáng)度等于散亂日射強(qiáng)度。2021/4/17273、太陽(yáng)光強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系

光伏電池的轉(zhuǎn)換效率與太陽(yáng)光線的波長(zhǎng)相關(guān)。過(guò)分長(zhǎng)的長(zhǎng)波將不能進(jìn)行能量變換；太短的波長(zhǎng)只能轉(zhuǎn)換為熱能。太陽(yáng)能的光伏變換與波長(zhǎng)之間存在一個(gè)感度特性，稱(chēng)為光感度特性。

IEC(國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議)對(duì)多晶硅制定出分光感度標(biāo)準(zhǔn)特性曲線，如下圖所示：123012波長(zhǎng)（um）日射強(qiáng)度（W/m2/nm）多晶硅的分光感度特性基準(zhǔn)光頻分布多晶硅的分光感度特性分布2021/4/1728

太陽(yáng)光強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系00.40.81.21.62.02.42.83.20.51.01.52.02.5發(fā)射強(qiáng)度（W/cm2.um）波長(zhǎng)λ（um）可見(jiàn)光紫外紅外地面太陽(yáng)光光譜分布圖2021/4/17292.2太陽(yáng)能電池原理和變換效率1、太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電池，也稱(chēng)為光伏電池，是將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。以硅半導(dǎo)體材料制成大面積pn結(jié)，p型硅片（厚度約500μm）上用擴(kuò)散法制作出一層很?。ê穸葉0.3μm）的經(jīng)過(guò)重?fù)诫s的n型層。然后在n型層上面制作金屬柵線，作為正面接觸電極。在整個(gè)背面也制作金屬膜，作為背面歐姆接觸電極。這樣就形成了晶體硅太陽(yáng)能電池。為了減少光的反射損失，一般在整個(gè)表面上再覆蓋一層減反射膜。N區(qū)P區(qū)內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)＋＋＋－－－2021/4/17302、光伏效應(yīng)

在p區(qū)與n區(qū)交界面的兩側(cè)也即pn結(jié)區(qū)，存在一空間電荷區(qū)，也稱(chēng)為耗盡區(qū)。在耗盡區(qū)中，正負(fù)電荷間形成一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由n區(qū)指向p區(qū)，這個(gè)電場(chǎng)稱(chēng)為內(nèi)建電場(chǎng)。當(dāng)光照射在距太陽(yáng)電池表面很近的pn結(jié)時(shí)，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg，則在p區(qū)、n區(qū)和結(jié)區(qū)，光子被吸收同時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子–空穴對(duì)。那些在結(jié)附近n區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子（空穴）由于存在濃度梯度而要擴(kuò)散。只要少數(shù)載流子離pn結(jié)的距離小于它的擴(kuò)散長(zhǎng)度，總有一定幾率擴(kuò)散到結(jié)界面處。這些擴(kuò)散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子（空穴）在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下被拉向p區(qū)。同樣，在結(jié)附近p區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子（電子）如果擴(kuò)散到結(jié)界面處，也會(huì)被內(nèi)建電場(chǎng)迅速被拉向n區(qū)。結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的電子–空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下分別移向n區(qū)和p區(qū)。如果外電路處于開(kāi)路狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負(fù)電荷，這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為光伏效應(yīng)（PhotovoltaicEffect,縮寫(xiě)為PV）。2021/4/17313、光伏器件的伏安特性

當(dāng)太陽(yáng)電池接上負(fù)載R，將恒定強(qiáng)度的光照射到電池表面，測(cè)量得到太陽(yáng)能電池的伏－安特性曲線如下圖所示。其中Isc為短路電流，Voc為開(kāi)路電壓。UI0Isc太陽(yáng)能電池伏安特性曲線Voc2021/4/1732

光伏器件的伏安特性

當(dāng)光照射太陽(yáng)電池時(shí)，在其內(nèi)部PN結(jié)將產(chǎn)生一個(gè)由n區(qū)到p區(qū)的光生電流Iph．同時(shí)，由于pn結(jié)本身的二極管特性，存在正向二極管電流ID，此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反。因此，實(shí)際獲得的電流I為：Iph－光生電流；A0－與PN結(jié)材料有關(guān)的系數(shù)；q－電子電量=1.602×10-19C；VD－結(jié)電壓；k－玻爾茲曼常數(shù)=1.38×10-23J/K；T－溫度K。如果忽略太陽(yáng)能電池的內(nèi)電阻，則VD即為太陽(yáng)能電池的端電壓，上式可寫(xiě)為：(1)式(2)式2021/4/1733

光伏器件的伏安特性①短路特性：

當(dāng)太陽(yáng)能電池的輸出端短路時(shí)，V＝0（結(jié)電壓VD≈0），由（2）式可得到短路電流Isc

：

Isc=Iph

(3)式

即太陽(yáng)能電池的短路電流Isc

等于光生電流Iph，此值與入射光的強(qiáng)度成正比。

②開(kāi)路特性：

當(dāng)太陽(yáng)能電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，I=0，由(2)和(3)式可得到開(kāi)路電壓Voc：(4)式2021/4/17344、短路電流與開(kāi)路電壓

短路電流（Isc）：當(dāng)太陽(yáng)能電池的兩端是短路狀態(tài)時(shí)測(cè)定的電流，稱(chēng)為短路電流。該電流隨光強(qiáng)度（照度）按比例增加。IscE0短路電流與光強(qiáng)度E的關(guān)系VocE0開(kāi)路電壓與光強(qiáng)度E的關(guān)系

開(kāi)路電壓（Voc）：太陽(yáng)能電池電路負(fù)荷斷開(kāi)時(shí)兩端電壓，稱(chēng)為開(kāi)路電壓。該值隨光強(qiáng)度按指數(shù)函數(shù)增加，在較低光強(qiáng)度時(shí)，仍保持一定的開(kāi)路電壓。2021/4/17355、輸出功率特性

太陽(yáng)能電池的工作電流I

和電壓U是由負(fù)載電阻值決定。如圖所示，不同負(fù)載電阻R1、R2、R3與伏安特性曲線的交點(diǎn)確定了不同的工作電流和電壓，也即不同的輸出功率。圖中的矩形面積就表示功率的大小。UI0Isc太陽(yáng)能電池伏安特性與功率輸出R1R2R3Voc（U1,I1）（U2,I2）（U3,I3）2021/4/1736

最大功率輸出

在實(shí)際應(yīng)用中，要求輸出功率最大，即保證上圖中的矩形面積最大。右圖是功率P與電壓U的關(guān)系曲線。在一定光強(qiáng)度下，最大功率Pmax.對(duì)應(yīng)最佳工作電流Ipmax和最佳工作電壓Upmax。UP0Pmax(=Ipmax×Upmax)UpmaxFF為太陽(yáng)電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高．填充因子FF：將最大功率Pmax

與Uoc和Isc的乘積之比定義為填充因子FF，則2021/4/17376、太陽(yáng)能電池光伏變換效率

太陽(yáng)能電池的變換效率為輸入太陽(yáng)能與輸出電功率之比，即

為了確定太陽(yáng)能電池的效率，需附加若干測(cè)試條件，國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（IEC）規(guī)定：地面用太陽(yáng)能電池的額定效率需在使用溫度25℃、光照強(qiáng)度為1000W/m2及符合IEC規(guī)定的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)光下進(jìn)行測(cè)定，統(tǒng)稱(chēng)為測(cè)試的基本狀態(tài)。世界上各廠家對(duì)生產(chǎn)的太陽(yáng)能光伏組件，出廠標(biāo)準(zhǔn)均是按上述規(guī)定進(jìn)行測(cè)試并在產(chǎn)品銘牌上標(biāo)注。2021/4/1738

基準(zhǔn)光123012波長(zhǎng)（um）日射強(qiáng)度（W/m2/nm）基準(zhǔn)光的光譜分布圖

由于太陽(yáng)能電池對(duì)各種顏色光的光伏感度不同，故IEC規(guī)定如下的基準(zhǔn)光光譜分布圖。2021/4/17397、影響太陽(yáng)能電池性能的因素

（1）日照強(qiáng)度只要太陽(yáng)光譜、組件溫度不變，效率η幾乎不受日照強(qiáng)度E的影響，只有當(dāng)E<0.2W/m2時(shí)，η值略有下降。102030402460Tc=25℃1.0kW/m20.4kW/m2電壓（V）（a）I-U曲線電流（A）10203040501001500Tc=25℃1.0kW/m2電壓（V）（b）P-U曲線功率（W）

（2）工作溫度一般情況下，由于溫度升高，將使電流、電壓略有變化，即開(kāi)路電壓和效率下降，短路電流升高（在25℃標(biāo)準(zhǔn)溫度左右變化不大）。輸出相對(duì)值0.80.91.020406080100溫度（℃）短路電流開(kāi)路電壓變換效率2021/4/17408、太陽(yáng)能電池的等值電路

太陽(yáng)能電池的構(gòu)造如下圖所示。由于光電池電極表面層有橫向電流流過(guò)，所以在等值電路中應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻Rs。（等值電路見(jiàn)下頁(yè)）P層N層背面電極表面電極光光光伏電池器件的構(gòu)造（截面）2021/4/1741

太陽(yáng)能電池的等值電路IphIDIshPN結(jié)合部RshPN結(jié)UJ=UL+ILRsIL=Iph-ID-IshRs負(fù)荷(RL)ILUL=UJ–ILRs太陽(yáng)能電池的等值電路PN結(jié)由PN結(jié)合部和串聯(lián)電阻Rs組成，Rs為考慮橫向電流的等效電阻。圖中為太陽(yáng)能電池電勢(shì)，由它產(chǎn)生光電流Iph

。Ish為PN結(jié)缺陷造成的漏電流，與Iph

相反。負(fù)載RL上流過(guò)電流為IL。2021/4/1742

等值電路方程

太陽(yáng)能電池發(fā)電狀態(tài)的電流方程式：

IL＝Iph-ID–Ish （1）式

式中Iph

為光電流；ID為PN結(jié)的正向電流；Ish為PN結(jié)的漏電流。

太陽(yáng)能電池等值電路電壓方程式：

UJ＝UL＋I(xiàn)LRs

式中，UJ為PN結(jié)合部端電壓；UL為負(fù)荷RL兩端電壓；IL為負(fù)荷電流。

將以下各式代入電流方程（1）式2021/4/1743

等值電路方程A0－與PN結(jié)材料有關(guān)的系數(shù)；q－電子電量=1.602×10-19C；k－玻爾茲曼常數(shù)=1.38×10-23J/K；T－溫度K；UL—負(fù)荷兩端電壓；IL—負(fù)荷電流；RS—考慮橫向電流的等效電阻；Rsh—并聯(lián)漏電阻。2021/4/1744

等值電路與伏安特性1、串聯(lián)電阻Rs對(duì)伏安特性的影響

當(dāng)Rs

增大時(shí)，會(huì)使電池的變換效率η降低，短路電流下降，但對(duì)開(kāi)路電壓影響不大。02040200電壓（V）電流（A）Rs=0Ω，η＝13.1％0.27Ω,12.0％0.77Ω,10.0％1.27Ω,8.2％5.27Ω,2.6％4002021/4/1745

等值電路與伏安特性02040200電壓（V）電流（A）4000.27Ω,12.0％5.2Ω,11.7％10.2Ω,8.9％50.2Ω,5.9％0Ω,12.3％2、并聯(lián)電阻Rsh對(duì)伏安特性的影響

Rsh是由PN結(jié)生產(chǎn)制造過(guò)程中產(chǎn)生的，與外部參數(shù)無(wú)關(guān)。當(dāng)Rsh

增大時(shí)會(huì)使電池的變換效率η降低，短路電流下降，但對(duì)開(kāi)路電壓有影響，但不大。2021/4/17462.3太陽(yáng)能電池特性的測(cè)量1、太陽(yáng)能電池組件由單片單晶硅制成的太陽(yáng)能電池稱(chēng)為單體。多個(gè)單體用串、并聯(lián)方法組成并用鋁合金框架將其固定，表面再覆蓋高強(qiáng)度透光玻璃，構(gòu)成太陽(yáng)能電池模塊。2、室外測(cè)量注意事項(xiàng)

①太陽(yáng)能電池模塊朝向太陽(yáng)，周?chē)慕ㄖ锱c樹(shù)木少，不要有陽(yáng)光反射和陰影。

②測(cè)量的主要項(xiàng)目是伏安特性、模塊溫度和日照強(qiáng)度。

③按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（或國(guó)標(biāo)）模塊溫度25℃和日照強(qiáng)度1kW/m2對(duì)特性的參數(shù)進(jìn)行修正。

④由修正后的伏安特性計(jì)算出最大功率和變換效率。2021/4/1747

帶負(fù)荷測(cè)量電壓、電流帶逆變器的伏安特性測(cè)試

該測(cè)量電路的特點(diǎn)是，測(cè)試時(shí)不影響逆變器的輸入電流和電壓。

(a)為電壓在測(cè)定范圍內(nèi)的測(cè)量電路；(b)為電壓在測(cè)定范圍外的測(cè)量電路。(a)電壓在測(cè)定范圍內(nèi)PVPV+-+-太陽(yáng)能電池模塊專(zhuān)用逆變器＋－＋－負(fù)荷電壓測(cè)定

端子－＋電流測(cè)定用

基準(zhǔn)電阻DCAC(b)電壓在測(cè)定范圍外PVPV+-+-太陽(yáng)能電池模塊專(zhuān)用逆變器＋－＋－負(fù)荷電壓測(cè)定用

基準(zhǔn)電阻－＋電流測(cè)定用

基準(zhǔn)電阻DCAC2021/4/1748

四端測(cè)量法↑VA光IrI·rRL+-(a)二端子接線↑VA光IrI·rRL+-(b)四端子接線rrI

為了更準(zhǔn)確地測(cè)量太陽(yáng)能電池的伏安特性，應(yīng)盡可能減少連接線纜的接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。圖（a）為一般的二端子接法，r為接觸電阻（含線纜電阻），由于接觸電阻壓降，使電壓測(cè)量值產(chǎn)生較大誤差。圖（b）為四端接法，流過(guò)電壓表的電流非常小，接觸電阻（含線纜電阻）所產(chǎn)生的壓降可以忽略不計(jì)，從而可以正確地測(cè)出太陽(yáng)能電池的電壓。2021/4/1749第3章太陽(yáng)能電池的種類(lèi)及其特點(diǎn)太陽(yáng)能電池的分類(lèi)幾種常用太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)晶體硅太陽(yáng)能電池的基本工藝2021/4/17503.1太陽(yáng)能電池的分類(lèi)1、按不同材料分類(lèi)硅化合物太陽(yáng)能電池晶體單晶多晶薄膜式多晶非晶體銦硒銅(CuInSe)、碲化鎘(CdTe)砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)

最初的太陽(yáng)能電池是利用硅二極管或晶體管的硅片生產(chǎn)。單晶硅的生產(chǎn)采用高純度硅熔化，用拉伸法拉出單晶硅棒，再通過(guò)切割為硅片。單晶硅結(jié)晶時(shí)間長(zhǎng)，成本高。后來(lái)發(fā)展的多晶硅采用“熔鑄法”和“印帶法”工藝，生產(chǎn)效率提高，成本下降。熔鑄法：將熔化的硅倒入鑄型內(nèi)制成鑄塊。印帶法：將硅熔液形成帶狀結(jié)晶后直接做出太陽(yáng)能電池。2021/4/1751

按構(gòu)造分類(lèi)太陽(yáng)能電池塊（片）狀單晶硅多晶硅其他薄膜狀非晶硅化合物其他

按照太陽(yáng)能電池形體（厚度）分類(lèi)，可分為塊（片）狀和薄膜狀兩大類(lèi)。前者以單晶硅和多晶硅為代表，即以塊狀結(jié)晶材料用機(jī)械加工的方法制成板（片）材。薄膜狀是以玻璃或金屬作基板，讓晶體材料黏附其上并起化學(xué)反應(yīng)形成一個(gè)晶體薄膜。2021/4/17523.2幾種常用太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)

目前所用的太陽(yáng)能電池，大部分是硅系列單晶硅、多晶硅和非晶硅電池。占全部太陽(yáng)能電池的89％左右。

型號(hào)

技術(shù)規(guī)格MPS125-90LPS125-135LPS125-180功率（W）90135180最大功率時(shí)電壓（V）17.826.635.6最大功率時(shí)電流（A）5.055.055.05開(kāi)路電壓（V）22.333.544.6短路電流（A）5.685.685.68外形(mm×mm×mm)815×802×501195×802×501580×802×50MSK系列單晶硅太陽(yáng)能電池（η≈16.2％）2021/4/1753

幾種常用太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)

型號(hào)

技術(shù)規(guī)格MPP125-80LPP125-120LPP125-160功率（W）80120160最大功率時(shí)電壓（V）17.225.834.5最大功率時(shí)電流（A）4.644.644.64開(kāi)路電壓（V）21.532.343.0短路電流（A）5.305.305.30外形(mm×mm×mm)815×802×501195×802×501580×802×50MSK系列多晶硅太陽(yáng)能電池（η≈13.7％）2021/4/1754

幾種常用太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)

技術(shù)規(guī)格型號(hào)工作電壓（V）功率（W）外形尺寸（mm×mm×mm）質(zhì)量（kg）TDB51-20-P8.64～4.5390×161×321.01TDB51-38-P16.58～10550×207×321.54TDB60-20-P8.55.5～6.5459×191×321.25TDB60-38-P16.511～14639×240×322.05TDB75-20-P8.58～10558×227×321.75TDB75-38-P16.518～20789×294×325.50TDB51系列單晶硅太陽(yáng)能電池2021/4/1755

硅系太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)太陽(yáng)能電池變換效率（％）特點(diǎn)單晶硅15～17特性穩(wěn)定，效率高表面有梳齒狀電極外形單一厚度為300um質(zhì)硬、不可卷曲從圓柱形單晶硅棒切割成圓片后再加工，使硅片呈矩形生產(chǎn)溫度高達(dá)1400℃黑色多晶硅12～14特性穩(wěn)定，效率高表面有梳狀電極外形多樣化（對(duì)硅晶體再加工）厚度300um質(zhì)硬、不可卷曲由正立方體硅晶切割，硅片呈正方形生產(chǎn)時(shí)所需溫度800～1000℃深藍(lán)色2021/4/1756

硅系太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)太陽(yáng)能電池變換效率（％）特點(diǎn)非晶硅6～10容易大批量生產(chǎn)表面印刷透明電極厚度為1um以下可以卷曲在輕質(zhì)基板上形成生產(chǎn)時(shí)所需溫度低約200℃色彩為暗紅色薄膜式（含化合物）適于大批量生產(chǎn)對(duì)于不同太陽(yáng)光譜照射均可適應(yīng)黑色2021/4/1757

單晶硅太陽(yáng)能電池

單晶硅太陽(yáng)能電池是最早發(fā)展起來(lái)的，主要用單晶硅片來(lái)制造。與其他種類(lèi)的電池相比，單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率最高。單晶硅電池的基本結(jié)構(gòu)多為n+/p型，即以p型單晶硅片為基片，通過(guò)擴(kuò)散工藝，在P型硅片上形成N型區(qū)，厚度一般為200～300μm。單晶硅的結(jié)晶非常完美，所以單晶硅電池的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能均勻一致，電池的顏色為黑色或深色。特別適合切割制成小型消費(fèi)產(chǎn)品。單晶硅電池曾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)期占領(lǐng)最大的市場(chǎng)份額，只是在1998年后才退居多晶硅電池之后，位于第二位。在以后的若干年內(nèi)，多晶硅太陽(yáng)能電池仍會(huì)繼續(xù)發(fā)展，并保持較高的市場(chǎng)份額。其未來(lái)趨勢(shì)是向超薄、高效方向發(fā)展，不久的將來(lái)，可有100μm左右甚至更薄的多晶硅電池問(wèn)世。2021/4/1758

多晶硅太陽(yáng)能電池

多晶硅太陽(yáng)能電池的原料，是融化后澆鑄成正方形的硅錠，然后切成薄片進(jìn)行加工。從多晶硅電池的表面很容易辨認(rèn)，硅片是由大量不同大小結(jié)晶區(qū)域組成，而在晶粒界面（晶界）處光電轉(zhuǎn)換易受到干擾，因而多晶硅的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低。同時(shí)，多晶硅的電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性能一致性不如單晶硅電池。多晶硅太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)都為n+/p型，電阻率0.5～2Ω·cm，厚度220～300μm，商業(yè)化電池的效率為13～15％。多晶硅結(jié)構(gòu)在陽(yáng)光作用下，由于不同晶面散射強(qiáng)度不同，可呈現(xiàn)不同的色彩。此外，制作時(shí)主要以氮化硅為減反射膜，通過(guò)控制減反射膜的厚度，可使太陽(yáng)能電池具備各種各樣的顏色，如金色、綠色等，具有良好的裝飾效果。2021/4/17591975年Spear等利用硅烷的直流輝光放電技術(shù)制備出a-Si：H材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非晶硅基材料的摻雜，使非晶硅材料開(kāi)始得到應(yīng)用。1976年第一個(gè)效率為1％～2％的非晶硅太陽(yáng)電池被研制出來(lái)，直到1980年非晶硅太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)商品化。目前世界非晶硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)能力50MW/年，最高轉(zhuǎn)換效率13％，應(yīng)用范圍從多種電子消費(fèi)產(chǎn)品如手表、計(jì)算器、玩家到戶用電源、光伏電站等。在太陽(yáng)光譜的可見(jiàn)光范圍內(nèi)，非晶硅的吸收系數(shù)比晶體硅大一個(gè)數(shù)量級(jí)，非晶硅太陽(yáng)電池光譜響應(yīng)的峰值與太陽(yáng)光譜的峰值很接近。由于非晶硅材料的本征吸收很大，1μm厚度就能充分吸收太陽(yáng)光，厚度不足晶體硅的1/100，可明顯節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料。非晶硅及其合金的光電轉(zhuǎn)換效率在太陽(yáng)光長(zhǎng)期照射下有一定的衰減，經(jīng)過(guò)200℃退火2h可恢復(fù)原狀。這種現(xiàn)象首先由Stabler和Wronski發(fā)現(xiàn)，稱(chēng)為S－W效應(yīng)。由于S－W效應(yīng)，非晶硅電池不能大規(guī)模使用。

非晶硅太陽(yáng)能電池2021/4/17603.3晶體硅太陽(yáng)能電池的基本工藝

晶體硅太陽(yáng)電池是典型的p－n結(jié)型太陽(yáng)電池，它的研究最早、應(yīng)用最廣，是最基本且最重要的太陽(yáng)電池。它的結(jié)構(gòu)如下圖所示：絨面結(jié)構(gòu)減反射層金屬柵n型Si背面接觸P型Si晶體硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)

在200～500μm厚的p型硅片上，通過(guò)擴(kuò)散形成0.25μm左右的n型半導(dǎo)體，構(gòu)成p－n結(jié)；在n型半導(dǎo)體上有呈金字塔形的絨面結(jié)構(gòu)和減反射層，然后是呈梳齒狀的金屬電極；在p型半導(dǎo)體上直接有背面金屬接觸，從而構(gòu)成了典型的單結(jié)（p－n結(jié)）晶體硅太陽(yáng)電池。2021/4/1761

一、絨面結(jié)構(gòu)

制作太陽(yáng)電池的硅片，在切割時(shí)表面會(huì)有一層10～20μm的損傷層，需要利用化學(xué)腐蝕將損傷層去除，然后制備表面的絨面結(jié)構(gòu)。這種絨面結(jié)構(gòu)比平整的化學(xué)拋光的硅片表面具有更好的減反射效果，能夠更好地吸收和利用太陽(yáng)光線。而光束射在平整的拋光硅片上時(shí)，約有30％會(huì)被反射掉；如果射在呈金字塔形的絨面結(jié)構(gòu)上，反射的光進(jìn)一步照射在相鄰的絨面上，減少了太陽(yáng)光的反射；同時(shí)，光線斜射入晶體硅，增加了在硅片內(nèi)部的有效運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和被吸收的幾率。對(duì)于單晶硅，常用的化學(xué)腐蝕劑是NaOH或KOH，在80～90℃左右的溫度下，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。生成物Na2SiO3

溶于水而被去除，從而硅片被化學(xué)腐蝕。

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+H2

由于在硅晶體中不同晶面原子疏密程度的差異，NaOH或KOH腐蝕速度不同，具有各向異性，最終形成金字塔形的絨面結(jié)構(gòu)。對(duì)于鑄造多晶硅，使用酸性腐蝕劑，也可以形成類(lèi)似的絨面結(jié)構(gòu)。使用最多的是HF和HNO3的混合液，其中HNO3

與硅反應(yīng)，在表面產(chǎn)生致密的不溶于硝酸的SiO2層，使得HNO3和硅隔離，反應(yīng)停止；但SiO2可以和HF反應(yīng)，生成可溶解于水的絡(luò)合物六氟硅酸，導(dǎo)致SiO2層的破壞，從而硝酸對(duì)硅的腐蝕再次進(jìn)行，最終使得硅表面不斷被腐蝕，具體反應(yīng)式如下：

3Si+4HNO3=3SiO2+2H2O+4NOSiO2+6HF=H2(SiF6)+2H2O2021/4/1762

二、p－n結(jié)制備

晶體太陽(yáng)電池一般利用摻硼的p型硅作為基底材料，在900℃左右通過(guò)擴(kuò)散五價(jià)的磷原子形成n型半導(dǎo)體，組成p－n結(jié)。磷擴(kuò)散的工藝，主要有氣態(tài)磷擴(kuò)散、固體磷擴(kuò)散和液態(tài)磷擴(kuò)散等形式。氣態(tài)磷擴(kuò)散，是在擴(kuò)散系統(tǒng)內(nèi)，引入含磷氣體（如P2H2），通過(guò)高溫分解，磷原子擴(kuò)散到硅片中去，其反應(yīng)式為：

P2H2＝2P＋H2

固體磷擴(kuò)散，是利用與硅片相同形狀的固體磷源材料[如Al(PO3)3]，即所謂的磷微晶玻璃片，與硅緊密相貼，一起放置在石英熱處理爐內(nèi)，在一定溫度下，磷源材料揮發(fā)出磷的化合物P2O5

，附著在硅片表面并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其中磷原子將向硅片體內(nèi)擴(kuò)散，最終在硅片表面附近的一定深度內(nèi)，磷原子的濃度超過(guò)硼原子的濃度，形成n型半導(dǎo)體，組成p－n結(jié)。其反應(yīng)式為：

Al(PO3)3=AlPO4+P2O5

5Si+2P2O5=5SiO2+4P2021/4/1763p－n結(jié)制備

液態(tài)磷擴(kuò)散，可以得到較高的表面濃度，在太陽(yáng)電池工藝中更為常見(jiàn)。利用的磷源為三氯氧磷（POCl3），通過(guò)保護(hù)氣體，在800～1000℃之間分解，生成P2O5，沉積在硅片表面形成磷硅玻璃，作為硅片磷擴(kuò)散的磷源，其反應(yīng)式為：

5POCl3=P2O5+3PCl52P2O5+5Si=5SiO2+4P

對(duì)于晶體硅太陽(yáng)電池，為使p－n結(jié)處有盡量多的光線到達(dá)，p－n結(jié)的結(jié)深度要盡量淺，一般為250nm或更淺。在磷擴(kuò)散時(shí)，由于在硅片表面具有高濃度的磷，通常會(huì)形成磷硅玻璃（摻P2O5的SiO2），會(huì)影響太陽(yáng)電池的正常工作?？梢詫⒐杵胂♂尩腍F中溶解而去除，化學(xué)反應(yīng)為：

SiO2+6HF=H2(SiF6)+2H2O2021/4/1764

三、鋁背場(chǎng)

為了改善硅太陽(yáng)電池的效率，在p－n結(jié)制備完成后，一般在硅片的背面即背光面，沉積一層鋁膜，制備P＋層，稱(chēng)為鋁背場(chǎng)，其作用是減少少數(shù)載流子在背面復(fù)合的概率，也可以作為背面的金屬電極。制備鋁背場(chǎng)的簡(jiǎn)便方法，是利用濺射等技術(shù)在硅片背面沉積一層鋁膜，然后在800～1000℃熱處理，使鋁膜和硅合金化并內(nèi)擴(kuò)散，形成一層高濃度摻雜的P＋層，構(gòu)成鋁背場(chǎng)。2021/4/1765

四、金屬電極

為了將晶體硅太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電流引導(dǎo)到外部負(fù)載，需要在硅片p－n結(jié)的兩面建立金屬連接，形成金屬電極。過(guò)去太陽(yáng)電池電極一般采用真空蒸鍍技術(shù)或電鍍法，但工藝復(fù)雜、成本昂貴；而且，硅片受光面的金屬會(huì)遮擋光線，減少太陽(yáng)光的吸收。目前，主要利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在晶體硅太陽(yáng)電池的兩面制備成梳齒狀的金屬電極。絲網(wǎng)印刷技術(shù)工藝成熟，它是把金屬導(dǎo)體漿料按照所設(shè)計(jì)的圖形，印刷在已擴(kuò)散好雜質(zhì)的硅片正面和背面。然后，在適當(dāng)?shù)臍夥障?，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)，使?jié){料中的有機(jī)溶劑揮發(fā)，金屬顆粒與硅片表面形成牢固的硅合金，與硅片形成良好的歐姆接觸，從而形成太陽(yáng)電池的上、下電極。金屬電極的膜厚為10～25μm，金屬柵線的寬帶為150～250μm。在利用光刻技術(shù)的情況下，柵線的寬度可以達(dá)到5μm以下。硅太陽(yáng)電池的絲網(wǎng)印刷金屬漿料是以超細(xì)高純銀或鉛為主體金屬，然后配以一定的輔助劑制成膏狀，形成印刷漿料。隨著技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)保要求，應(yīng)嚴(yán)格控制有害元素鉛的含量，因此無(wú)鉛銀漿將成為主要的印刷漿料。2021/4/1766

五、減反射層

晶體硅太陽(yáng)電池的絨面結(jié)構(gòu)可以減少硅片表面的太陽(yáng)光反射，增加電池對(duì)光能的吸收。另外，在硅表面增加一層減反射層也是一種有效的減少太陽(yáng)光反射的方法。減反射膜的基本原理是利用光在減反射膜上、下表面反射所產(chǎn)生的光程差，使得兩束反射光干涉相消，從而減弱反射，增加透射。具有單層減反射膜的硅片，其反射率可以降低到10％以下。由理論技術(shù)可知，對(duì)于用玻璃封裝的晶體硅太陽(yáng)電池，玻璃的折射率n0為1.5，晶體硅的折射率nsi為3.6，最合適的減反射膜的光學(xué)折射率為：TiOx(x≤2)是常用的理想太陽(yáng)電池減反射膜，具有較高的折射率（2.0～2.7）。TiOx

的制備可以利用氮?dú)鈹y帶含有鈦酸異丙酯的水蒸氣，噴射到加熱后的硅片表面上，發(fā)生水解反應(yīng)，生成非晶TiOx

薄膜，其化學(xué)反應(yīng)式為：

Ti(OC3H7)4+2H2O=TiO2+4(C3H7)OHSiNx是另一種常用的太陽(yáng)電池的減反射膜。它具有良好的絕緣性、致密性、穩(wěn)定性和極好的光學(xué)性能，λ=632.8nm時(shí)，折射率在1.8～2.5之間；而且在氮化硅制備光程中，還能對(duì)硅片產(chǎn)生氫鈍化的作用，明顯改善硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。制備氮化硅減反射膜的反應(yīng)溫度一般在300～400℃，反應(yīng)氣體為硅烷和高純氨氣，其反應(yīng)式為：

3SiH4+4NH3=Si3N4+12H22021/4/17673.4太陽(yáng)能電池組件的封裝

太陽(yáng)能電池是由許多單個(gè)太陽(yáng)能電池，即單體太陽(yáng)能電池組成。單體太陽(yáng)能電池的輸出電壓、電流和功率都很小。一般輸出電壓只有0.5V左右，輸出功率只有1～2W，不能滿足作為電源應(yīng)用的要求。為了提高輸出功率，需將多個(gè)單體電池通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)，合理地連接起來(lái)，并封裝成組件。在需要更大功率的場(chǎng)合，則需要將多個(gè)組件連接成為方陣，以向負(fù)載提供數(shù)值更大的電流、電壓輸出。為了保證組件在室外條件下使用20～25年以上，必須要有良好的封裝，以滿足使用中對(duì)防風(fēng)、防塵、防濕、防腐蝕等條件的要求。2021/4/1768

一、組件單體電池的連接方式

將單體電池連接起來(lái)主要有串聯(lián)和并聯(lián)以及混合連接方式，如下圖所示：(a)串聯(lián)方式(b)并聯(lián)方式+-+-+-+-+-+-(c)串、并混合方式2021/4/1769

二、組件的封裝結(jié)構(gòu)—玻璃殼體式

晶體硅太陽(yáng)能電池組件的封裝結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的有玻璃殼體式、底盒式、平板式、全膠密封式等多種。以下是組件的封裝結(jié)構(gòu)之一—玻璃殼體式太陽(yáng)能電池組件：玻璃殼體式太陽(yáng)能電池組件示意圖1－玻璃殼體；2－硅太陽(yáng)能電池；3－互連條；4－黏結(jié)劑；5－襯底；6－下底板；7－邊框膠；8－電極接線柱2021/4/1770

組件的封裝結(jié)構(gòu)之二—底盒式底盒式太陽(yáng)能電池組件示意圖1－玻璃蓋板；2－硅太陽(yáng)能電池；3－盒式下底板；4－黏結(jié)劑；5－襯底；6－固定絕緣膠；7－電極引線；8－互連條2021/4/1771

組件的封裝結(jié)構(gòu)之三—平板式平板式太陽(yáng)能電池組件示意圖1－邊框；2－邊框封裝膠；3－上玻璃板；4－粘結(jié)劑；5－下底板；6－硅太陽(yáng)能電池；7－互連條；8－引線護(hù)套；9－電極引線2021/4/1772

組件的封裝結(jié)構(gòu)之四—全膠密封式全膠密封式太陽(yáng)能電池組件示意圖1－硅太陽(yáng)能電池；2－黏結(jié)劑；3－電極引線；4－下底板；5－互連條2021/4/1773

三、組件的封裝材料1、上蓋板上蓋板覆蓋在太陽(yáng)電池組件的正面，構(gòu)成組件的最外層，它既要透光率高，又要堅(jiān)固、耐風(fēng)霜雪雨、沙礫冰雹的沖擊，起到長(zhǎng)期保護(hù)電池的作用。目前，在商品化生產(chǎn)中普遍采用低鐵鋼化玻璃為上蓋板材料。

2、黏結(jié)劑它是固定電池和保證上、下蓋板密合的關(guān)鍵材料。要求其透光性好、具有一定的彈性、良好的絕緣性和優(yōu)良的氣密性。主要黏結(jié)劑有室溫固化硅橡膠、聚氟乙烯（PVF）、乙烯聚醋酸乙烯酯（EVA）等。

3、底板它對(duì)電池既有保護(hù)作用又有支撐作用。要求具有良好的耐氣候性能、不易變形、與黏結(jié)材料結(jié)合牢固。一般所用的材料為玻璃、鋁合金、有機(jī)玻璃以及PVF復(fù)合膜等。目前生產(chǎn)上較多應(yīng)用的是PVF復(fù)合膜。

4、邊框平板式組件應(yīng)有邊框，以保護(hù)組件和便于組件與方陣的連接固定，邊框與黏結(jié)劑構(gòu)成對(duì)組件邊緣的密封。主要材料有不銹鋼、鋁合金、橡膠、增強(qiáng)塑料等。2021/4/1774

四、組件封裝工藝流程平板式硅太陽(yáng)能電池組件封裝工藝流程2021/4/1775第4章太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)概述蓄電池逆變器控制器2021/4/17764.1太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)概述

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)可以分為兩大類(lèi)型：一是獨(dú)立光伏系統(tǒng)，二是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。獨(dú)立光伏系統(tǒng)：是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的最基本形式，廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無(wú)電地區(qū)和一些特殊處所，如偏遠(yuǎn)牧區(qū)、海島、高原、荒漠等地區(qū)，提供照明、電器等生活用電。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)：與公共電網(wǎng)相連接的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分之一的重要方向，是當(dāng)今世界太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。2021/4/1777

獨(dú)立光伏系統(tǒng)2021/4/1778

獨(dú)立光伏系統(tǒng)

獨(dú)立光伏系統(tǒng)是光伏發(fā)電的最基本形式，該系統(tǒng)包括：太陽(yáng)電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、交直流負(fù)載等。太陽(yáng)能電池組件：是將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。蓄電池：其作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池發(fā)出的電能并隨時(shí)向負(fù)載供電。目前，主要使用的是鉛酸蓄電池?？刂破鳎菏枪夥l(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。主要完成信號(hào)檢測(cè)、最優(yōu)化充電控制、蓄電池放電管理、設(shè)備保護(hù)、故障診斷、運(yùn)行狀態(tài)指示等。逆變器：是將直流電變換成交流電的設(shè)備。當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，就需要使用逆變器設(shè)備。－～控制器蓄電池逆變器交流負(fù)載直流負(fù)載太陽(yáng)電池組件2021/4/1779

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)2021/4/1780

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，可分為集中式大型光伏系統(tǒng)（或稱(chēng)大型并網(wǎng)光伏電站）和分散式小型光伏系統(tǒng)（或稱(chēng)住宅并網(wǎng)光伏系統(tǒng)）。大型并網(wǎng)光伏電站，發(fā)電直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。投資大、建設(shè)期長(zhǎng)，同時(shí)占用土地，發(fā)電成本高。住宅并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，一般與建筑物結(jié)合，容易建設(shè)、投資較小，在國(guó)家政策鼓勵(lì)下，未來(lái)發(fā)展迅速。住宅并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)，是所發(fā)的電能直接分配到住宅的用電負(fù)載上，多余或不足的電力通過(guò)連接電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)?？梢苑譃榭赡媪骱筒豢赡媪鞑⒕W(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種類(lèi)型。2021/4/1781

可逆流并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

可逆流系統(tǒng)，是在光伏系統(tǒng)產(chǎn)生剩余電力時(shí)將該電能送入電網(wǎng)，由于同電網(wǎng)供電方向相反，所以稱(chēng)為逆流。當(dāng)光伏系統(tǒng)電力不夠時(shí)，則由電網(wǎng)供電。負(fù)載太陽(yáng)電池方陣－～并網(wǎng)逆變器～可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)2021/4/1782

不可逆流并網(wǎng)光伏系統(tǒng)負(fù)載太陽(yáng)電池方陣－～并網(wǎng)逆變器～不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)

不可逆并網(wǎng)系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于或等于負(fù)荷的用電量，本系統(tǒng)電量不夠時(shí)由電網(wǎng)供電，即光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)并聯(lián)向負(fù)載供電。這種系統(tǒng)，如果沒(méi)有蓄能裝置，產(chǎn)生的剩余電量只有通過(guò)某種手段加以處理或放棄。2021/4/17834.2蓄電池

蓄電池是獨(dú)立光伏系統(tǒng)不可缺少的儲(chǔ)能設(shè)備。其主要功能是當(dāng)日照量減少或夜間不發(fā)電時(shí)補(bǔ)充負(fù)荷要求的功率。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)蓄電池的要求是：自放電率低；使用壽命長(zhǎng)；深放電能力強(qiáng)；充電效率高；少維護(hù)或免維護(hù)；工作溫度范圍寬；價(jià)格低廉。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池、特別是閥控式密封鉛酸蓄電池。2021/4/17841、鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)與原理鉛酸蓄電池解剖圖

鉛酸蓄電池由正極板、負(fù)極板、隔板、電解液、外殼等組成。2021/4/1785

極板極板

極板是蓄電池的核心，在蓄電池充、放電過(guò)程中，電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換是通過(guò)正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)與電解液中的硫酸進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。蓄電池極板分正、負(fù)極板，由柵架和活性物質(zhì)組成。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板上的活性物質(zhì)是鉛（Pb）。單片極板上的活性物質(zhì)數(shù)量少，所存儲(chǔ)的電量少，為了增大電池容量，將正、負(fù)極板分別并聯(lián)，中間插入隔板，組成正、負(fù)極板組。2021/4/1786

電解液

電解液的作用是與極板上的活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。由化學(xué)純硫酸（H2SO4）和蒸餾水按一定比例配制而成。蓄電池的電動(dòng)勢(shì)大小取決于電解液的密度，密度越大，電動(dòng)勢(shì)越高。對(duì)于膠體蓄電池，還需要添加膠體，使硫酸液變?yōu)槟z態(tài)。此時(shí)硫酸不僅是反應(yīng)電解液，還是膠體所需的凝膠劑。2021/4/1787

蓄電池的工作原理

（1）鉛蓄電池的放電

在正極板處，由PbO2離解出的Pb4＋和電子結(jié)合變成Pb2＋，Pb2＋與電解液中的結(jié)合生成PbSO4沉附于極板上，反應(yīng)如下：

蓄電池和負(fù)載接通放電時(shí)，正極板上的PbO2和負(fù)極板上的Pb都變成PbSO4，電解液中的H2SO4減少，相對(duì)密度下降。充電時(shí)按相反的方向變化，正、負(fù)極板上的PbSO4分別恢復(fù)成原來(lái)的PbO2和Pb，電解液中的硫酸增加，相對(duì)密度變大。

在負(fù)極板處，Pb原子失去電子后變成Pb2+,與電解液中的結(jié)合也生成PbSO4沉附于負(fù)極板上，而極板上的金屬繼續(xù)溶解，生成Pb2＋和電子。反應(yīng)式如下：Pb→Pb2++2ePb2++→PbSO42021/4/1788

蓄電池的工作原理

（2）鉛蓄電池的充電充電時(shí)，蓄電池的正負(fù)極與直流電源的正負(fù)極對(duì)應(yīng)相接，當(dāng)電源電壓高于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電流從蓄電池的正極流入，負(fù)極流出。發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與放電過(guò)程相反。在正極板處，有少量PbSO4

進(jìn)入電解液，離解為Pb2＋和，Pb2＋在電源作用下失去電子變?yōu)镻b4＋，與水離解出來(lái)的OH－結(jié)合，生成Pb(OH)4，Pb(OH)4又分解為附于正極板上的PbO2和進(jìn)入電解液中的H2O。正極板上的反應(yīng)如下：

在負(fù)極板處，也有少量的PbSO4進(jìn)入電解液，離解為Pb2＋和，Pb2＋在電位差的作用下獲得電子變成金屬鉛，沉附于負(fù)極板上。則與電解液中的H＋結(jié)合生成硫酸。

PbSO4→Pb2++Pb2++2e→Pb2021/4/17892、鉛酸蓄電池的電特性

靜止電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1、靜止電動(dòng)勢(shì)：在蓄電池內(nèi)部工作物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)處于靜止?fàn)顟B(tài)（不充電也不放電）時(shí)，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為靜止電動(dòng)勢(shì)。靜止電動(dòng)勢(shì)的大小取決于電解液的密度和溫度，在電解液密度為1.050～1.300g/cm3的范圍內(nèi)，有如下經(jīng)驗(yàn)公式：

Ej=0.84+ρ25℃2、內(nèi)阻：蓄電池的內(nèi)阻大小反映了蓄電池帶負(fù)載的能力。在相同條件下，內(nèi)阻越小，輸出電流越大，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。在正常使用中的蓄電池，其內(nèi)阻很小，約為0.01歐姆。2021/4/1790

蓄電池的放電特性

放電特性，是指恒流放電時(shí)，蓄電池端電壓U、靜止電動(dòng)勢(shì)Ej隨放電時(shí)間而變化的規(guī)律。端電壓U＝E－IfR0

，R0是蓄電池的內(nèi)阻，If是放電電流。T/hVoabcdeI