太阳能光伏发电系统原理

1、太阳能光伏发电系统原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏殊效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的要点元件是太阳能电池。太阳能电池经过串通后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。3.1光电效应归纳光照耀到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量变换成电能。这种光致电变的现象被人们统称为光电效应(Photoelectriceffect)。3.2光生伏打效应归纳及应用3.2.1光生伏打效应是指物体因为汲取光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。3.2.2光生伏打效应应

2、用光生伏打效应主若是应用在半导体的PN结上，把辐射能变换成电能。大批研究集中在太阳能的变换效率上。理论预期的效率为24%o因为半导体PN结器件在阳光下的光电变换效率最高，所以往常把这种光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。3.3太阳能电池及其太阳能组件3.3.1太阳能电池的工作原理，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理太阳能电池的生产流程往常的晶体硅太阳能电池是在厚度350?450卩m的高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。如图1UH

3、切劄41片图1太阳能电池的生产流程3.3.3太阳能电池的制造技术晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2o提升太阳能电池的变换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。團入晶体玮Tt阳維审和”的灌工艺希具体的制造工艺技术说明以下：1）切片：采纳多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。2）冲刷：用老例的硅片冲刷方法冲刷，而后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割伤害层除去3050umo(3)制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐化在硅片表面制备绒面。磷扩散：采纳涂布源(或液态源，或固态氮化磷片状源)进行扩散，制成PN+结，结深一般为0.30.5um。(5)周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下

4、电极短路，用遮蔽湿法腐化或等离子干法腐化去除周边扩散层。(6)去除反面PN+结。常用湿法腐化或磨片法除去反面PN+结。(7)制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镰或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，而后制作上电极。铝浆印刷是大批采纳的工艺方法。(8)制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的资料有MgF2,SiO2,AI2O3,SiO,Si3N4,TiO2,Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。(9)烧结：将电池芯片烧结于镰或铜的底板上。(10)测试分档：按规定参数规范，测试分类。3.3.4太阳电池组装工艺简

5、介组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的要点步骤，没有优异的封装工艺，多好的电池也生产不出好的电池组件板。电池的封装不但可以使电池的寿命获取保证，并且还加强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是博得可客户满意的要点，所以组件板的封装质量特别重要。在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识电池测试：因为电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所认为了有效的将性能一致或相邻的电池组合在一起，所以应依据其性能参数进行分类；电池测试即经过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提升电池的利用率，做岀质量合格的电池组件。正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极

6、）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在反面焊接时与后边的电池片的反面电极相连反面串接：反面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采纳的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上边有36个搁置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不一样规格的组件使用不一样的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后边电池”的反面电极（正极）上，这样挨次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。层压敷设

7、：反面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板依据必定的层次敷设好，准备层压。玻璃早先涂一层试剂（primer）以增添玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等资料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：钢化玻璃、EVA电池片、EVA玻璃纤维、背板）。组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，经过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA融化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却拿出组件。层压工艺是组件生产的要点一步，层压温度层压时间依据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150Co（电池

8、板原料：玻璃，EVA电池片、铝合金壳、包锡铜片、不锈钢支架、蓄电池等）如图3构成部分图3太阳能电池板修边：层压时EVA融化后因为压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完结应将其切除。装框：近似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增添组件的强度，进一步的密封电池组件，延伸电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。焊接接线盒：在组件反面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其余设备或电池间的连接。高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加必定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。组件测试：测试的目的是对电池的输岀功率进行标

9、定，测试其输出特征，确立组件的质量等级。眼前主要就是模拟太阳光的测试Standardtestcondition(STQ,一般一块电池板所需的测试时间在7-8秒左右。太阳能电池阵列设计步骤1?计算负载24h耗费容量PP=H/VV负载额定电源2?选定每天日照时数T(H)?计算太阳能阵列工作电流IP=P(1+Q)/TQ按阴雨期丰裕系数，Q=0.21-1.004?确立蓄电池浮充电压VF镉镰(GN)和铅酸(CS)蓄电池的单体浮充电压分别为1?4?1.6V和2.2Vo5?太阳能电池温度赔偿电压VTVT=2.1/430(T-25)VF6.计算太阳能电池阵列工作电压VPVP二VF+VD+VT此中VD=0.5-

10、0.7约等于VF7.太阳电池阵列输出功率WP平板式太阳能电板。WP=IPXUP8?依据VP、WP在硅电池平板组合系列表格，确立标准规格的串通块坏。组件测试：测试的目的是对电池的输岀功率数和并联组数。3.4太阳能光伏发电系统3.4.1太阳能光伏发电系统工作原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏殊效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的要点元件是太阳能电池。太阳能电池经过串通后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。光伏发电系统的长处是较少受地域限制，因为阳光普照大地;光伏系统还拥有安全靠谱、无噪声、低污染、无需耗费燃料和架设输电线路即可

11、就地发电供电及建设同期短的长处。3.4.2太阳能光伏发电系统的构成太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）构成。如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器（图5,6所示）。各部分的作用为：（-）太阳能电池板太阳能电池板（图4所示）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转变为电能，或送往蓄电池中储存起来，或推进负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。图4太阳能电池板（二）太阳能控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制

12、器还应具备温度赔偿的功能。其余附带功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。（三）蓄电池一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用鎳氢电池、鎳镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储备起来，到需要的时候再开释出来。（四）逆变器在很多场合，都需要供给AC220VAC110V的交流电源。因为太阳能的直接输出一般都是DC12VDC24VDC48VO为能向AC220V的电器供给电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能变换成交流电能，所以需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DGDC逆变器，如将24VDC的电能变换成5

13、VDC的电能（注意，不是简单的降压）。图5太阳能电池发电系统的构成原理电池换担制姿直流照明対8能者用蕃电池冰箱电观图6太阳能电池发电系统的构成原理太阳能光伏发电系统的设计需要考虑以下要素问题1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射状况如何？问题2、系统的负载功率多大？问题3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？问题4、系统每天需要工作多少小时？问题5、如碰着没有日光照耀的阴雨天气，系统需连续供电多少天问题6、负载的状况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？问题7、系统需求的数目？3.4.4太阳能光伏发电系统的发电方式太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电变换方式，另一种是

14、光一电直接变换方式。（1）光一热一电变换方式经过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所汲取的热能变换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一光一热变换过程；后一个过程是热一电变换过程，与一般的火力个过程是发电相同.（2）光一电直接变换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接变换成电能，光一电变换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种因为光生伏特效应而将太阳光能直接转变为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变为电能，产生电流。当许多个电池串通或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵（图7）To太阳能电池是一种大有

15、前程的新式电源，拥有永久性、洁净性和灵巧性三大长处.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长远使用；与火力发电、核能发电对比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站小到只供一户用的太阳能电池组，这是其余电源没法比较的太阳能光伏发电方式有两种方式，一种是光一热一电变换方式，另一种是光一电直接变换方式图7太阳能电池方阵345太阳能光伏发电系统对逆变电源的要求采纳交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器（电源）四部分构成（并网发电系一致般可省去蓄电池）而逆变电源是要点部件。光伏发电系统对逆变电源要求较高：（1）要求拥有较高的效率。因为眼前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提升系统效率，一定想法提升逆变电源的效率。（2）要求拥有较高的靠谱性。眼前光伏发电系统主要用于边远地域，许多电站无人值守和保护，这就要求逆变电源拥有合理的电路结构，严格的元器件挑选，并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护短路保护，过热，过载保护等。,交流输岀(3)要求直流输入电压有较宽的适应范围，因为太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池固然对太阳电池的电压拥有钳位作用，但因为蓄电池的电压随蓄电池节余容量和内阻的变化而颠簸，特别是当蓄电池老