光伏系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)

本文由飛軒兒貢獻pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。21SPV光伏社區(qū)系列資料光伏系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)-太陽能電池組件BY:21SPVTeamMail:ceetech@21Date:Dec.17.2007BBS.21SPV.COM21SPV光伏社區(qū)前言最近抽時間整理這份資料,希望這份資料對剛?cè)牍夥鼧I(yè)的朋友有所幫助!這份資料并沒有想像中那么完美,說這些,只是希望請大家能理解我,如果有錯誤或不完善的地方,請到我的個人空間上客氣的提出,讓我們一起來維護這份資料.這次共享的是pdf文檔,只起拋磚引玉的作用;有意一起維護這份資料的朋友,可以向我索取PPT文檔,修改好后,統(tǒng)一提交共享,讓業(yè)內(nèi)朋友共同進步!當(dāng)您把修改好的文件傳給我時,請注上您的信息(網(wǎng)名也行),以便下次更新時能見到您的信息,最后希望有更多的朋友加入我們的團隊!空間地址:,Email:ceetech@21.本資料主要為系統(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)備,對于物理原理作只作簡單介紹.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!2我的的團隊21SPV光伏社區(qū)我們的團隊(下次更新時,希望您已經(jīng)加入我們的團隊!)§CeeTech2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!3內(nèi)容21SPV光伏社區(qū)內(nèi)容§系統(tǒng)主要組成部件介紹–––––光伏電池組件控制器逆變器光伏儲能光伏光源光伏系統(tǒng)設(shè)計––––太陽輻射原理光伏系統(tǒng)分類系統(tǒng)容量設(shè)計安裝與維護光伏系統(tǒng)應(yīng)用–照明–獨立–并網(wǎng)2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!4內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池組件21SPV光伏社區(qū)系統(tǒng)主要組成部件介紹§光伏電池組件––––電池分類半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識光伏電池工作原理組件結(jié)構(gòu)及基本特性光伏電池:太陽能電池,通常稱為光伏電池,他是通過光伏效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置.太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上,形成新的空穴電子對.在p-n結(jié)電場的作用下,空穴由n區(qū)流向p區(qū),電子由p區(qū)流向n區(qū),接通電路后就形成電流.目前主要的太陽能電池是硅太陽能電池.用的硅是"提純硅",其純度為"11個9",比半導(dǎo)體或者說芯片硅片"只少兩個9";又因為提純硅結(jié)晶后里頭的成分不同,分為多晶硅和單晶硅;目前,單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率為15%左右,最高達(dá)到了24%,使用壽命一般可達(dá)15年,最高達(dá)25年,比轉(zhuǎn)換率僅12%左右的多晶硅太陽能電池的綜合性能價格比高.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!5內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>電池分類21SPV光伏社區(qū)光伏電池分類異質(zhì)結(jié)太陽能電池同質(zhì)結(jié)太陽能電池肖特基結(jié)太陽能電池按結(jié)構(gòu)分類復(fù)合結(jié)太陽能電池分光結(jié)太陽能電池剛性襯底液結(jié)太陽能電池平板太陽能電池光伏傳感器按用途分類地面太陽電池柔性襯底空間太陽電池柔性襯底剛性襯底按使用狀態(tài)分類聚光太陽能電池分光太陽能電池2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!6內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>電池分類21SPV光伏社區(qū)光伏電池分類單晶體硅太陽電池多晶體硅太陽電池晶體硅太陽電池帶狀硅太陽電池球狀多晶硅太陽電池硅薄膜太陽電池非晶體硅太陽電池微晶體硅薄膜太陽電池多晶體硅薄膜太陽電池按基體材料分類曬光電池納米晶體硅薄膜太陽電池硫化鎘太陽電池硒銦銅太陽電池化合物太陽能電池燃料敏化太陽能電池有機薄膜太陽能電池碲化鎘太陽電池砷化鎵太陽電池磷化銦太陽電池2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!7內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>電池分類21SPV光伏社區(qū)太陽能電池分類電池分類標(biāo)準(zhǔn)不同,可分的種類也很多,介于本教程是為太陽能系統(tǒng)設(shè)計所整理的教程,所以目前只簡單介紹主流商用太陽能電池,至于其他以后視情況再更新.目前商用的太陽能電池主要有以下幾種類型:單晶硅電池,多晶硅電池,非晶硅電池.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!8內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>電池分類21SPV光伏社區(qū)導(dǎo)體中的電子和空穴在運動中相遇而造成的消失并釋放出多余的能量的現(xiàn)象,稱為載流子復(fù)合.§在一定的溫度下,半導(dǎo)體內(nèi)不短產(chǎn)生電子和空穴,電子和空穴不斷復(fù)合,如果沒有外表的光和電的影響,那么單位時間內(nèi)產(chǎn)生和復(fù)合的電子與空穴即達(dá)到動態(tài)平衡,稱平衡載流子.這種半導(dǎo)體的總載流子濃度保持不變的狀態(tài),稱為熱平衡狀態(tài).在這種情況下,電子濃度和空穴濃度的乘積等于本征半導(dǎo)體載流子濃度.對于每種材料,本征半導(dǎo)體載流子濃度取決于溫度,只要溫度一定,則電子濃度和空穴濃度的乘積即是一個與摻雜無關(guān)的常數(shù).§在外界因素的作用下,例如N型硅受到光照時,價帶中的電子吸收光子能量跳入導(dǎo)帶(這種電子稱光生電子),在價帶中留下等量空穴(這一現(xiàn)象稱為光激發(fā)),電子和空穴的產(chǎn)生率大于復(fù)合率.這種由于外界條件的改變而使半導(dǎo)體產(chǎn)生非平衡載流子或過剩載流子.這種由于外界條件的改變而使半導(dǎo)體產(chǎn)生非平衡載流子的過程,稱為載流子注入.載流子的注入方法有多種,用適當(dāng)波長的光照射半導(dǎo)體使之產(chǎn)生非平衡載流子,叫光注入.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!14內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識21SPV光伏社區(qū)載流子的輸運§電子和空穴發(fā)生的凈位移,叫載流子的輸運.載流子有漂移運動和擴散運動兩種輸運方式§漂移運動,半導(dǎo)體在外加電場的作用下,在載流子的熱運動上將疊加一個附加的速度,稱為漂移速度.對于電子,漂移速度與電場反向;對于空穴,漂移速度與電場同向.這樣,電子和空穴就有一個凈位移,而形成電流.§擴散運動,由微粒的熱運動而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象稱擴散.擴散在氣相,液相和固相物內(nèi)部均可發(fā)生,也可以放生在不同的物質(zhì)之間.在同一相物質(zhì)內(nèi)的擴散主要是由密度差引起的,粒子從濃度高處往濃度低處擴散,直到各部分相同為止.濃度差越大,微粒質(zhì)量越小,溫度越高,擴散的速度就越快.半導(dǎo)體中的載流子因濃度不均勻而引起的從濃度高處向濃度低處的遷移運動,稱擴散運動.§擴散運動和漂移運動不同,他不是有電場力的作用產(chǎn)生的,而是在半導(dǎo)體載流子濃度不均勻的情況下載流子無規(guī)則的熱運動的自然結(jié)果.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!15內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>工作原理21SPV光伏社區(qū)光伏電池原理當(dāng)有適當(dāng)波長的光照射到這個pn結(jié)太陽能電池上后,由于光伏效應(yīng)而在勢壘區(qū)兩邊產(chǎn)生電動勢.因而光伏效應(yīng)是半導(dǎo)體電池實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ),也是某些光電器件賴以工作的最重要的物理效應(yīng).如圖所示,當(dāng)光照到光伏電池上時,在內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對,在半導(dǎo)體內(nèi)部P-N結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而能夠到達(dá)空間電荷區(qū),受內(nèi)電場的吸引,電子流入N區(qū),空穴流入P區(qū),結(jié)果使N區(qū)存儲了過剩的電子,P區(qū)有過剩的空穴.它們在PN結(jié)附近形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場.光生電場除了部分抵消勢壘電場作用外,還使P區(qū)帶正電,N區(qū)帶負(fù)電,在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生了電動勢.此時,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,這個電流稱為短路電流(ISC),另一方面,若將PN結(jié)兩端開路,則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū),在PN電極之間產(chǎn)生電位差VOC,可以測得這個值,并稱之為開路電壓.由于此時PN結(jié)處于正向偏置,因此,上述短路光電流和二極管的正向電流相等,并由此可以決定VOC的值.一般晶體硅電池來說,開路電壓的典型數(shù)值為0.5~0.6V光負(fù)極NPN結(jié)P2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!正極16內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>工作原理21SPV光伏社區(qū)等效電路§IL為光生電流.其值正比于光照,與溫度成正比,正比于面積.1cm2光伏電池的IL值均為16~30mA.§IBK為暗電流,無光照情況下,有外電壓作用下PN結(jié)內(nèi)流過的單向電流.他的大小反應(yīng)出在的當(dāng)前溫度下,光伏電池PN結(jié)自身所能產(chǎn)生的總擴散電流的變化情況.§I為負(fù)載電流§V為電池的開路電壓,與光照成正比,與溫度成反比,與電池面積無關(guān).一般測試條件為:光照1KW/m2,輸出開路.溫度每上升1度,開路電壓約下降2~3mv.電池開路電壓一般為0.5~0.6V.§RS為串聯(lián)電阻,一般小于1歐.他主要由電池的體電阻,表面電阻,電極導(dǎo)體電阻,電極與硅表面間接電阻和金屬導(dǎo)體等組成,相當(dāng)于電池內(nèi)阻§Rsh為旁路電阻.一般為幾千歐姆.他主要是由電池表面污蝕和半導(dǎo)體晶體缺陷引起的漏電流所對應(yīng)的PN結(jié)和電池邊緣漏電阻.§RL為負(fù)載電阻§另外,由于光伏電池非高頻源,固可以忽略不計光伏電池RSRShIIShVRLIILIbkVRLILIbk(a)不考慮串并聯(lián)電阻(b)考慮串并聯(lián)電阻PhotovoltaicIsOurPassion!2007-12-17>>BBS.21SPV.COM17內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>工作原理21SPV光伏社區(qū)光伏電池的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試條件:溫度:25℃,光譜分布:AM1.5,光照:1KW/M2§ISC短路電流,電池正負(fù)極短路狀態(tài)時流過的電流.§PM最大輸出功率,最大輸出工作電壓VPMX最大輸出工作電流IPM§VOC開路電壓,正負(fù)極開路狀態(tài)下的電壓§VPM最大輸出工作電壓,輸出最大功率\時的工作電壓§IPM最大輸出工作電流,輸出最大功率時的工作電流§填充因子:FF=VMIM/VOCISC§轉(zhuǎn)換效率:n=VMIM/P=FFISCVOC/P(P為太陽輻射功率)光伏電池RSRShIIShVRLILIbk(b)考慮串并聯(lián)電阻2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!18內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>工作原理21SPV光伏社區(qū)太陽能電池主要影響因數(shù)§溫度:其表面溫度變高,效率下降,呈現(xiàn)負(fù)的溫度特性.輸出電流隨溫度增大而增大,而輸出電壓隨溫度增大會急劇下降,綜合是效率隨溫度增加下降.§光照強度:隨著光照強度的增大輸出功率增大.§光譜:在單色光照射下,功率和入射光的波長或頻率有關(guān),在非單色情況下,功率與其光譜特性有關(guān).光譜對非晶硅電池的影響比晶體硅電池更大§負(fù)載阻抗:通常,太陽能電池輸出電壓取決于負(fù)載工作電壓和功率大小以及蓄電池標(biāo)稱電壓等因素.在成本允許下可以考慮采用最大功率跟蹤技術(shù).§陰影:太陽電池會因為陰影遮擋等造成不均勻照射,使輸出功率下降.對于非聚光系統(tǒng)的電池來講,在非均勻照射情況下,可以用式子:G=(Au/Ac)Gu+(Ash/Ac)Gsh這里的Ac是電池的總面積;Au(Ash)是未遮擋的部分;Gu(Gsh)是未遮擋部分的輻照強度.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!19內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性21SPV光伏社區(qū)太陽能電池組件結(jié)構(gòu)(晶體硅電池)常規(guī)的太陽能電池組件結(jié)構(gòu)形式有:平板式組件,玻璃殼體式,底盒式,全膠密封式,還有雙面鋼化玻璃封裝式§平板式組件的截面,如圖所示鋁框鋼化玻璃互連條EVANP硅膠TPT接線盒電池片平板式組件2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!20內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性21SPV光伏社區(qū)太陽能電池組件示意圖§玻璃殼式,底盒式,全膠密封示意圖2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!21內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性21SPV光伏社區(qū)太陽能電池的伏安特性§設(shè)計時具體參數(shù)請參照組件廠商的DataSheet2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!22內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性21SPV光伏社區(qū)太陽能電池的輻射特性2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!23內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性21SPV光伏社區(qū)太陽能電池的溫度特性2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!24內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性21SPV光伏社區(qū)熱斑效應(yīng)§組件在陽光照射下出現(xiàn)局部發(fā)熱點的現(xiàn)象叫熱斑效應(yīng),這種現(xiàn)象一般在單個電池上發(fā)生.組件中某部分電池單元上因樹葉等形成陰影,那么該部分電池由供電者變成負(fù)載,并且該部分的電阻變大.此時,串聯(lián)回路(組件串)上的全部電壓加在這個電池上,電流流過該高電阻單元使其發(fā)熱,產(chǎn)生高溫,其周圍的材料變色,膨脹,焊點融化.嚴(yán)重的熱斑效應(yīng)可能高達(dá)200℃左右,燒毀電池.可以采用旁路二極管防止這一情況發(fā)生.§造成熱斑效應(yīng)的根源是有個別壞電池的混入,電極虛焊,電池由裂紋演變?yōu)槠扑?個別電池特性變壞,電池局部受陰影遮擋等.2007-12-17>>BBS.21SPV.COMPhotovoltaicIsOurPassion!25內(nèi)容>系統(tǒng)主要部件介紹>光伏電池>組件結(jié)構(gòu)與特性