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光伏理论基础教材

信息来源:nooeoo.com  时间:2009-04-27  浏览次数:48

  1.太阳能太阳能产业联盟
  太阳是个不停燃烧的巨大火球,表面温度约6000°C,内部温度1.5*107°C以上,它所产生的能量是以电磁波的方式向外输送,称为太阳辐射;太阳想四周所有方向发出的总辐射能量大约3.75*1026W,其每平方厘米的太阳表面,每秒钟放出的能量,相当于燃烧1.3亿吨的煤所产生的能量;距离一亿五千万公里的地球接受太阳能的总量约为1.8*1018kWh/年,仅为太阳总能量的1/2.2*109,但全年能量仍有相当于一百亿亿度的电力,为世界年消耗能源的12000倍。太阳的年龄约为51亿年,它还可以继续燃烧约50亿年。
  太阳能之所以能成为一种有希望的能源,是因为其具有以下特点:中国太阳能产业联盟网
  1.供给量丰富:地球每小时从太阳获得的能量为1.48X1017卡,其中30%被直接反射回去,70%则被地面吸收。据统计,世界全年的耗能总量,只相当于30分钟降落于地球的全部的太阳能。
  2.清洁、干净:化石燃料的使用会形成大量污染气体,如C02和S02,原子能发电会给地球和人类造成潜在的核污染。而利用太阳能直接发电,不影响地球的热平衡,在确保能量供给的同时解决环境污染的问题
  3.太阳能的分散性:太阳光尽管辐射全球,但每单位面积上的入射功率却很小。要得到较大的功率,需要庞大受光面积的发电装置。对于小功率发电问题不大,但对于大功率发电,要涉及的设备的材料、结构、占用土地等的费用问题,目前投资比其他能源高得多。
  4.间歇性:太阳的高度角一日内及一年内在不断变化,且于地面纬度有关,即使没有气象的变化,太阳辐射的变化也相当大。因此,太阳能利用的随机性很大。利用太阳能发电必须有相当容量的贮能设备,如蓄电池等,这不仅增加了设备及维护费用,也限制了功率的规模。
  总的来说,太阳电池有许多优点,但在实际应用时,也存在着许多问题,如:密度低(照射于地面的太阳能的最大密度为1KW/m2),单位面积效率低,供给不稳定。因此,在考虑太阳能的利用时,不仅要从技术方面考虑,还要从经济、生态及国家建设的整体方针来研究。中国太阳能产业联盟网
  1.1地球大气层与太阳光波的关系
  太阳光波从宇宙空间进入地球大气层,受到大气的吸收、散射和折射作用。不同的大气状况(大气成分、结构、现象及其各种物理过程中和化学反应机制等差异;大气温度、温度、密度、压强等的梯度和大气湍流等)和光波在大气传输的程长等因素对不同波段的光波吸收、散射及重发射等不同;不同波段的光波对不同状况的大气的穿透能力也不同。波长大于辐射大气衰减主要由分子造成;波长小于4的则分子散射起了很大作用。
  考虑到太阳能光伏电池具有吸收某一波段的太阳光子能量的事实,我们试图使其吸收通过不同大气窗口的太阳能波段。利用了红外和紫外滤光片,这样的设想得以很好地实现。虽然在大气窗口处光波仍受到大气的吸收和散射,但不同窗口处大气的成分与吸收带不尽相同。另外,在不同的气候条件(季节、天气等)、地理位置(海陆等)与太阳高度角时,大气成分及其比例也不尽相同。上述等原因造成了在任一时刻、地域,大气运动状况不同的情况下,地球大气层对同一波段的光波的吸收散射等情况也不尽相同。因此在太阳辐射量一定的情况下,不同时间段,不同经纬度,不同气候时,传输至地面的太阳光子能量往往是有差异的。中国太阳能产业联盟网
  具体分类如下:中国太阳能产业联盟网
  光波吸收物结论太阳能产业联盟
  紫外线O2、云、雾、雪晴天紫外的变化就是臭氧层的变化。可利用接收紫外线强弱研究臭氧层变化。
  波长(μm)透过波段吸收物太阳能产业联盟
  0.3—1.5全部可见光,部分紫外和近红外O3、云、雾、雪、气溶胶等
  4附近部分近红外N2、
  8--14远红外CH4、CO2、O3、HNO3、
  2.太阳电池
  由于太阳电池与化学电源相比具有功率高、寿命长、可靠性好、应用方便等优点,在长期飞行的空间飞行器上,太阳电池是理想电源。其电源系统由太阳电池方阵、蓄电池组、充电控制器及配电的调节线路和负载等组成。
  2.交通运输
  在缺少交流电源的广大农牧业地区,常采用太阳电池为农牧业的小型用电设备解决电源供应问题主要有抽水泵、黑光灯等。太阳能产业联盟
  4.通讯太阳电池在偏僻的山区、分散的海岛、辽阔大草原是通信设备的主要电源。主要用于微波中继站、电视和通信机站等。
  4.内应力小,易于切割和光焊。
  5.安装简便,不需要高度技术和大量工程材料:安装后,不需日常维护:以太阳光线为能量来源,运行费用为零。
  2.4太阳电池原理中国太阳能产业联盟网
  一般的太阳电池是以掺杂少量硼原子的p型半导体作为基体材料,采用高温热扩散的方法,将浓度高于硼的磷掺入p型基体内形成p-n结,此结区则是由带正电的受主离子和带负电的施主离子组成,在此正负离子所在区域内,存在着一个内建电场。当太阳光照射到半导体时,光子所提供的能量会在半导体中激发出电子-空穴对,电子与空穴受到内建电场的影响,空穴沿电场方向移动,电子向相反方向移动,用导线将此太阳电池与负载连接,形成回路,就会有电流流过负载,这就是太阳电池的工作原理。中国太阳能产业联盟网
  2.5太阳电池的制造太阳能产业联盟
  太阳电池的制造原理包括去除损伤层、扩散制结、等离子边缘腐蚀、去磷硅玻璃、沉积减反射膜、制作电极等主要工序。一股来说,结特性是影响光电转换效率最主要的影响因素,电极除影响电性能外,还关系到硅太阳电池的可靠性和寿命长短的问题,减反射膜则使电池输出功率进一步提高。主要工艺原理如下:
  2.扩散制结
  采用POCl3液态源开管扩散制结.制出的结均匀性好,方块电阻的不均匀度<10%,少子寿命>10цs。扩散过程中所发生的化学反应为:
  4POCI3+302(过量)——2P2O5+6C12(气
  2P2O5+5Si——
  扩散过程中,在硅片的周边表面也形成扩散层,使电池短路,须去除:利用辉光放电中氟离子与硅发生化学反应,产生挥发性的产物SiF4,达到边缘腐蚀的目的.化学反应为:
  CF4+O2→F*+O*+COF*+COF2*+CO+…
  Si十4F*→SiF4(气)
  4.去磷硅玻璃
  2.6.1太阳电池的极性
  太阳电池的的等效电路如图1所示,RL为外接负载。Rs为串联电阻,由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅片间的接触电阻所组成。RSH为并联电阻(又称旁漏电阻),由硅片边缘的漏电阻、电极的漏电阻或体内的缺陷引起。ID为通过PN结的总扩散电流,与Isc方向相反,又称为二极管反向电流(或饱和暗电流)。
  IIDRSHRL太阳能产业联盟
  图1.太阳电池的的等效电路
  理想的PN结特性曲线方程为:太阳能产业联盟
  =中国太阳能产业联盟网
  式中,Io为电池在无光照时的饱和暗电流,q为电子电荷,K为玻尔兹曼常数,A为二极管的品质因子。
  ISCA太阳能产业联盟
  0VmVOCV太阳能产业联盟
  图3.太阳电池的输出曲线
  2.大气中的水分和腐蚀性气体会慢慢锈蚀和氧化电极,逐渐使电极脱落,寿命终止,因此须将电池电极与大气隔绝。中国太阳能产业联盟网
  3.单体电池的工作电压只有0.4-0.45V,远不能满足一般用电没备的电压要求,单体电池尺寸受硅材料尺寸所限,输出功率小。太阳能产业联盟
  因此常将单体电池组合封装成可作为独立电源使用的组件,我公司所生产的多晶硅太阳电池组件具有以下特点:
  2.组件标称工作电压和标称输出功率可按不同的要求没计,提供多种接线方式,满足不同的电压输出要求。中国太阳能产业联盟网
  3.有足够的机械强度,能经受运输、安装和使用过程中发生的冲击、震动和其他应力并具有优良的防腐、防风、防水和防雹能力。
  组件工作寿命的长短封装材料和封装工艺有很大的关系,封装件的寿命是决定组件寿命的重要因袭。太阳电池组件封装材料对太阳电池组件电性能影响较大的相关特性做过研究,其研究结果直接指导着太阳电池组件的选材和没计,主要封装材料
  1.玻璃:采用低铁钢化玻璃(又称为白玻璃),厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上,对于大于1200nm的红外光有较高的反射率,其透光率与波长的关系曲线如图示。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射,透光率不下降。
  3.4组件的制造中国太阳能产业联盟网
  组件制造过程如下:
  3.5组件性能测试太阳能产业联盟
  我公司组件根据*不良词语*l215:1993标准要求进行设计,并根据企业标准的要求进行测试,主要测试项目为:
  图6.太阳能光伏发电系统
  4.2.1充放电控制器
  4.2.2直流/交流逆变器太阳能产业联盟
  逆变器是将直流电转换为交流电的设备。太阳电池和蓄电池输出的电能都属于直流电。当负载是交流负载时,逆变器是不可缺少的。逆变器按照运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立式太阳能光伏发电系统。并网逆变器用于并网运行的太阳能光伏发电系统,将发出的电能直接馈入公共电网。逆变器按照输出的波形,又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器的电路结构简单、成本低、但谐波分量大,一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器的成本较高,但可以适应各类负载。太阳能电源系统中的逆变器的转换效率和抗冲击负载的能力是两个非常重要的技术参数。
  1.长寿命:
  4.深放电能力强:
  5.少维护或免维护
  纬度:34一39度
  海拔高度:≥3000米中国太阳能产业联盟网
  年平均风速:≥5米/秒太阳能产业联盟
  太阳电池方阵面上的年辐射量≥180千卡/厘米
  1遥测仪(自动站)AC30w24(小时)720(瓦时
  2微机、打印机AC330w6(小时)1980(瓦时)中国太阳能产业联盟网
  3照明AC80w5(小时)400(瓦时)太阳能产业联盟
  4通讯设备AClOOw12(小时)1200(瓦时
  a.业务每日耗电量为4300瓦时÷24V≈
  5.72为青海当地平均每日的峰值日照时数;
  0.85为蓄电池的充电效率:
  0.85为逆变器效率。中国太阳能产业联盟网
  c.平均每日日照时数的计算
  全年标准日照时数为:180千卡/厘米2X0.0116=2088小时
  其中:0.0116是单位转换系数太阳能产业联盟
  平均每日日照时数为:2088小时/365天=5.72小时/天
  d.所需80W标准太阳电池组件
  4.每套太阳能光伏发电站的配置方案
  (3)蓄电池的技术要求
  (6)电器柜的技术要求
  6.系统的可靠性设计太阳能产业联盟
  汽油发电机作为太阳能光伏发电机的备份。双800W控制逆变器互为备份。
  b.太刚光辐照度随季节发生变化。在我国的北回归线以北地区,太阳光辐照度夏至时达到最高而冬至时最小。所以,仅仅用每日的平均辐照度数据作为设计依据往往无法满足某些用电设施对于太阳能电站的要求,此时必须按照季节对太阳光辐
  照度进行修正。
  c.温度对于蓄电池的影响当温度降低时,蓄电池的容量和充放电效率都发生下降,所以必须针对蓄电池的使用温度进行修正。
  4.4灯具设计方法:太阳能产业联盟
  1、求电池板的容量
  2、求蓄电池容量中国太阳能产业联盟网
  负载(W)*(工作天数+1)*工作时间/(0.6∽0.8)(放电深度)/12V(蓄电池电压)*系数(大于等于1的系数)其中:系数为经验值
  3、蓄电池容量
  设计原则
  1常用照明术语
  亮度:发光体有特定方向单位立体角内单位面积德光通量,单位:尼脱(cd/m2)
  光效:电光源将电能转化为光的能量,以/read.php?tid=8124 target=_blank>太阳能光伏论坛

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