太阳能发电技术原理课件

1、8/7/2022太阳能光伏发电技术第二章 光伏电池的发电原理和特性1、评价太阳光性质的物理量1）日照强度(太阳辐射强度 )在单位时间内垂直投射到单位面积上的太阳辐射能量。(太阳能量密度)单位： Wm2 (瓦每平方米) 、J/sm2、 C/sm2对日照强度的等级还没有一个准确的划分，可以将其转化计算为光照度在根据光照度来划分，或者以当地一年日照强度最高那个值为100，100-80为强，80-60为较强，60-40为一般，40-20为较弱，20-0为弱。 一、 太阳光的性质1、评价太阳光性质的物理量2）日照量单位面积上接收到的太阳能量 日照强度时间单位： J/m2、 Car/m23）日照时间在一给

2、定时段内直接太阳辐照度超过120Wm-2 的各分段时间的总和。 2、直射光和散射光直接投射到地面上的太阳光称直接日射。散射或反射的太阳光称为散乱日射。直接日射+散乱日射全天日射直接日射强度Id 、散乱日射强度Is、全天日射强度Ig的关系：Ig= Id sin+ Is (_太阳光的入射角）不同天气直接日射强度Id 、散乱日射强度Is的对比？3、太阳光强度与波长的关系 太阳能电池，属于量子领域的能量变换技术，即光子的获能与波长有很大关系。 太阳能电池是由硅材料(或其它材料)制成，受光后产生的能量与电子的最小振动值有关，即决定于振动值的波长大小。过分大的波长将不能进行能量交换；太短的波长只能转换为热

3、能，因此太阳能的光伏变换与波长之间存在一个感度特性，我们称之为光感度特性。不同材料有不同的感度特性，例如，单晶硅太阳能电池就优于多晶硅，但要取得理想光感度特性是不太容易的。 有关资料显示，紫外线所占比例只有8%，但波长短，电子振动值高，产生能量大;而红外线占全部能量的46%，可转化热能，故又称热线。 1 、光电变换1）光伏效应太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。光生伏特效应简称为光伏效应，指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象.能产生光伏效应的材料有许多种，如:单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发

4、电过程。晶体硅经过不同掺杂形成P一N结。 二、 光伏电池的发电原理和变换效率1 、光电变换2）光产生的能量物质吸收基态能量产生运动，物质运动将吸收的基态能量转化为动能量释放出来，这样连续不断的过程表现为动能量是一份一份的能量子态，每一份能量子的能量是E=h，光是能量子的一种光量子。二、 光伏电池的发电原理和变换效率1 、光电变换3）光伏发电原理太阳能电池主要由半导体硅制成。在半导体上照射光后，由于其吸收光能会激发出电子和空穴（正电荷），从而半导体中有电流流过，这可称为“光发电效应”或简称“光伏效应”。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半

5、导体。 如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称n型半导体。若将两者结合，称为PN结，这就是半导体器件的最基本结构。二、 光伏电池的发电原理和变换效率光伏发电原理 在PN结中，P型半导体的电子受到拉力，N型半导体的正电荷受到拉力，在结合处形成正负抵消的区域，形成阻挡层。此时，若有光照射，则激发电子自由运动流向N型半导体；正电荷则集结于P型半导体，从而产生了电位势。2、二极管和光伏器件1）二极管特性二、 光伏电池的发电原理和变换效率2）光伏特性3）光伏器件的伏安特性2、二极管和光伏器件二、 光伏电池的发电原理和变换效率4）伏安特性的技术指标 短路电流当太阳

6、能电池的输出端短路时，即U=0，得到短路电流ISC； 开路电压当太阳能电池的输出端开路时，即I=0，可得开路电压UOC。短路电流ISC与光强E的关系开路电压UOC与光强lnE的关系太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比Isc与入射光的辐照度成正比。2、二极管和光伏器件二、 光伏电池的发电原理和变换效率4）伏安特性的技术指标 流过太阳能电池的电流 I 和输出电压U 的关系 当太阳能电池接上负载电阻后,太阳能电池的输出电压和电流随着负载电阻的变化而变化,当负载电阻 R = Rm 时,太阳能电池的输出功率为最大,即最大功率,对应电压 Um和电流 Im ,可知Pm = Im Um 填充因子是表

7、征太阳能电池质量好坏的一个指标,将最大功率 Pm 和 UOC与 ISC之积的比值定义为填充因子 FF :3 、光伏电池光伏变换效率1)定义:是指在光照下的光伏电池所产生的最大输出电功率与入射到该电池受光几何面积上全部光辐射功率的百分比。 变换效率=测量条件：基准光_光谱分布?二、 光伏电池的发电原理和变换效率光伏电池标准测试条件光源辐照度：1000W/m2 ；测试温度： 2520C ； AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。基准光 AM1.5太阳光谱分布日照强度波长不同辐照度下电池的I-V特性曲线3 、光伏电池光伏变换效率2)各种因素对光伏电池伏安特性的影响: I：日照强度E几乎不影响电池效率 I

8、I：工作温度二、 光伏电池的发电原理和变换效率4 、光伏电池的等值电路和伏安特性1）等值电路和公式推导二、 光伏电池的发电原理和变换效率理想的太阳电池等效电路 Iph ID V R I理想太阳电池等效电路： 相当于一个电流为Iph的恒流电源与一只正向二极管并联。流过二极管的正向电流称为暗电流ID.流过负载的电流为I负载两端的电压为V4 、光伏电池的等值电路和伏安特性1）等值电路和公式推导二、 光伏电池的发电原理和变换效率理想的太阳电池等效电路 Iph ID U R I理想太阳电池等效电路： 相当于一个电流为Iph的恒流电源与一只正向二极管并联。流过二极管的正向电流称为暗电流ID.流过负载的电流

9、为I负载两端的电压为U实际太阳电池等效电路： 由于漏电流等产生的旁路电阻Rsh由于体电阻和电极的欧姆电阻产生的串联电阻Rs在Rsh两端的电压为： Uj =(U+IRS)因此流过旁路电阻Rsh的电流为： ISh= (U+IRS) / Rsh流过负载的电流： I= Iph ID ISh 实际的太阳电池等效电路 Rs Iph ID Rsh Ish U R I 暗电流ID是注入电流和复合电流之和，可以简化为单指数形式： ID=Aexp(qUj/BkT)-1 其中： A为太阳电池在无光照时的饱和电流； B为结构因子，它反映了p-n结的结构完整性对性能的影响； K是玻尔兹曼恒量 因此得出:这就是光照情况下太阳电池的电流与电压的关系。画成图形，即为(I-V)特性曲线。在理想情况下： Rsh ， Rs0 由此得到： I= Iph ID = Iph Aexp(qU/BkT)-1在负载短路时，即Uj=0(忽略串联电阻)，便得到短路电流，其值恰好与光电流相等 Isc= Iph因此得出： I= Iph ID = Isc Aexp(qU/BkT)-1在负载R时,输出电流0,便得到开路电压Voc其值由下式确定： 4 、光伏电池的等值电路和伏安特性1