2023太阳光伏电池基础教程

PAGE1PAGE1太阳能光伏组件基础教程目录TOC\o"1-3"\h\u15559第一章太阳电池的工作原理和基本特性 463691.1半导体物理基础 426211.1.1半导体的性质 53501.1.2半导体物理基础1.1.2.1 5261991.1.3pn 16301201.2太阳电池工作原理 1875331.3太阳电池的基本特性 19106571.4影响太阳电池转换效率的因素 2411370一、禁带亮度 2422546二、温度 2431365三、复合寿命 247835四、光强 2423804五、掺杂浓度及剖面分布 2531515六、表面复合速率 2518792七、串联电阻 261844八、金属栅和光反射 26111691.5小结 2623833第二章硅太阳电池常规工艺 28996第三章太阳电池测试 48224283.1太阳模拟器 4822301 4812241太阳辐射的基本特性3.1.2.1 4826863.2太阳模拟器 49196623.2.1稳态太阳模拟器和脉冲式太阳模拟器 49196573.2.2太阳模拟器的电光源及滤光装置 49323253.3太阳模拟器某些光学特性的检测 507633.3.1辐照不均匀度的检测 50248423.3.2辐照不稳定的检测 5069683.3.3光谱失配误差计算 50307453.4单体太阳电池测试 5139453.5非晶硅太阳电池电性能测试须知 57222193.5.1校准辐照度 5736813.5.2光源 57239033.5.3光谱响应 57292703.6太阳电流组件测试和环境试验方法 57174183.6.1测试项目 5766163.6.2组件电性能参数测量中所需的参考组件 574163.6.3太阳电池组件测试方法 57288953.7地面用硅太阳电池组件环境试验概况 5818635第四章光伏阵列 60173404.1光伏组件（阵列） 6012219（一）用于电子产品的组件 6026230（二）用于电力的组件 6124205（三）聚光式组件 6315395(四)混合型组件 65168304.2有四个因素决定了光伏组件的输出功率 6617923Imp 8126981第三分 独立伏电集中电及用光伏系（分散电） 9924671的设计，安装及维修。 9917159交流功率=（交流电压）（交流电流） 10217276直流功率=（直流电压）（直流电流） 1032882第三部分太阳能电池系统应用介绍 10920780一、航标灯，无人灯塔的电源 10932169 11215286三．农牧业设备电源 117154781、电围栏电源 11714637原理图 119304812、黑光灯电源 119200913、割胶灯电源 12119826四、广播、电视、通信设备电源 12222426五、作为光伏抽水灌溉系统能源 1258169六、太阳电池电源在阴极保护中的应用 12624284在阴极金属溶解变成金属离子进入溶液中阳极） 12713777 1279011在阴极，流过来的电子被溶液中能吸收电子的物质（D）所接 12715164七、并网发电 12928104八、太阳电池作为信号转换器的应用 13021657１、作为光电开关 1316520２、光电流随着光照面积大小的变化而变化的应用。 13116603３、光电流随光强度的变化而变化的应用 132734九．太阳能节能灯 1331469十．太阳能光电房 1353611图无蓄电池系统 13616128图有蓄电池系统 1376016十一．公路道班太阳能电源 13812518 1393766 13932562十二．农村中小学太阳能电教系统 13914377第一部分地面太阳电池发电系统 14213682第二部分风光互补系统 15511962第三部分 17329288第三部分光电水泵系统原理及测试 17420480３．１引言 17422461３．２光电水泵系统简介 17420391第二种分类方法是根据水泵的安装位置分类： 17510353一、部件特性。 18121165三、补充实验。 181第一章太阳电池的工作原理和基本特性半导体物理基础半导体的性质世界上的物体如果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不容易导电。容易导电半导体可以是元素，如硅Si）和锗（Ge，也可以是化合物，如硫化镉（OCLS）和GAsGaAAx为01约110约110m，约10m2C升高到3C，电阻率就要降低一半左右。金属的电阻率随温度的变化则较小，例如铜的温度每升高10C，ρ增加40%左右。电阻率受杂质的影响显著。金属中含有少量杂质2.11m减小到0.00m在适当的光线照射下可以发生显著的变化。半导体物理基础1.1.2.144电子，形成稳定的8电子壳层。2.1图2.1原子间距和电子能级的关系以下E一些E所允分布f(E)，即1e1E1e1EEFKT现在就可用电子能带结构来描述金属、绝缘体和半导体之间的差别。（称为满）2.22.2。电子和空穴在外电场作用下，朝相反方向运动，但是由于电荷符号也相反，因此，作为电流流动方向则相同，对电导率起迭加作用。图2.2半导体能带结构和载流子的移动本征半导体、掺杂半导体2.2Eg为自由载流子的电子或空穴中任意一方增多，就成为掺杂半导体。存在多余电子的称为nP杂质原子可通过两种方式掺入晶体结构：它们可以挤在基质晶体原子间的位置上，这V2.3V（如磷）替V图2.3一个V族原子替代了一个硅原子的部分硅晶格1.1eV带中，因此束缚于V族原子的多余电子位于低于导带底的能量为E'的地方，如图（格P82.13(a）V（Sb,As,P）作为杂质掺入单元素半导体硅单晶中时，这图2.4（a）V族替位杂质在禁带中引入的允许能级 （b）Ⅲ族杂质的对应能态511n2.5n从这些施主能级产生的电子外，还存在从价带激发到导带的电子。由于这个过程是电子-空图2.5n型半导体的能带结构 图2.6p型半导体的能带结构把Ⅲ族元素（B、Al、Ga、In）作为杂质掺入时，由于形成完整的共价键上缺少一个1P2.6nPnp载流子浓度半导体处于热平衡状态时，多数载流子和少数载流子的浓度各自达到平衡值。因某种dpdtgrpn

(2.1)gnprdp/dt=0,由此可导出pngr

=常数 (2.2)iipini

n2gr

(2.3)根据量子理论和量子统计理论可以得到pnn24kT 3m*m*32expEgi h2 n

kT

(2.4)NNexpECEVC V

kT 式中，k——玻耳兹曼常数；h——普朗克常数；PAGE5PAGE5np*mT——绝对温度；np假如知道半导体的禁带宽度Eg，就可以很容易地计算出本征载流子浓度。费米能级在描述半导体的能级图上是重要的参量。所谓费米能级，即为电子占据几率为1/2处的能级，可根据半导体电中性条件求出，即自由空穴浓度+电离施主浓度=自由电子浓度+电离受主浓度 (2.5)nP2.6ECEF

kTlnNCN

(2.6)d图2.6费米能级与杂质浓度的关系PEFEV

kTlnNVN

(2.7)a如果知道了杂质浓度就可以通过计算求得费米能级。1.1.2.4载流子的传输一、漂移在外加电场ζtv1at1qtr

(2.8)ed 2 2m*ePAGE19PAGE19如果r2dvdd

qtrm*me

(2.9)来自导带电子的相应的电流密度将是Jeqnvd

qen

(2.10)对于价带内的空穴，其类似公式为Jhqhp1J总电流就是这两部分的和。因此半导体的电导率为1J

(2.11)其中是电阻率。

qenqhp

(2.12)电场强度的提高，最终将使载流子的漂移速度增加到可与无规则热速度相比。因此，二、扩散粒子流与浓度梯度的负值成正比。因为电流与荷电粒子流成正比，所以对应于电子的一维浓度梯度的电流密度是JeqD

dpe

(2.13)DeJhqD

dph

(2.14)kTDe q e

kTDh q

(2.15)kT/q26mv。1.1.2.5半导体晶体的吸光程度由光的频率和材料的禁带宽度所决定。当频率低、光子能量比半导体的禁带宽度g强。吸收某个波长的光的能力用吸收系数（h）来定义。半导体的光吸收由各种因素决定的吸收系数就越小。除此以外，光的吸收还依赖于导带、价带的态密度。光为价带电子提供能量，使它跃迁到导带，在跃迁过程中，能量和动量守恒，对没有2.7，2.8。图2.7直接带隙半导体的能量－晶体动量图 图2.8间接带隙半导体的能量－晶体动量图硅属于间接跃迁类型，其吸收系数上升非常平缓，所以在太阳光照射下，光可到达距20m此时，光吸收和电子一空穴对的产生，大部分是在2m中发生。简作为太阳电池必要的厚半导体表面制备绒面和减反射层1.1.2.6载流子的复合—驰豫到平衡二辐射复合（或大部分RR（电子空穴RRBnp

(2.16)B。inp=n2时，复合率由数目相等但过程相反的产生率所平衡。在不存在由外部激励源产生载流子对的情况下，与上式相对应的净复合率UR由总的复合率减去热平衡时的产生率得到，即iiRU Bnpn2iR

(2.17)对任何复合机构，都可定义有关载流子寿命（对电子）和（对空穴）它们分别为ne Uh U

(2.18)Un和pn0和p0对n=p的辐射复合机构而言，由式（2.17）确定的特征寿命是 n0p0

(2.19)Bn2pi00i0B值约为21cm/s。正如前面所说的直接带隙材料的复合寿命比间接带隙材料的小得多。利用GaAs三、俄歇复合在俄歇（Auger）效应中，电子与空穴复合时，将多余的能量传给第二个电子而不是2.91CnpDn2

1CnpDp2

(2.20)大于1c3图2.9俄歇复合过程多余的能量传给导带中的电子多余的能量传给价带中的电子四、通过陷阱的复合前面已指出，半导体中的杂质和缺陷会在禁带中产生允许能级。这些缺陷能级引起一2.10（a）图2.10（a）通过半导体禁带中的陷阱能级的两级复合过程（b）在半导体表面位于禁带中的表面态UT可写为npn2UT i

(2.21)00hnn1epp1000和0n1和p1是tnN

expEtEc

(2.22)1 C kT npn2

(2.23)11 i式(2.2)在形式上与用费米能级表示电子浓度的公式很相似。如果0和0数量级相同，可知当n1p1时，U有其峰值。当缺陷能级位于禁带间中央附近时，就出现这种情况。因此，在带隙中央引入能级的杂质是有效的复合中心。五、表面复合2.10（b）所示，在表面处存单能UA具有与2.21UA

S0

npn2

(2.24)eh1S nn Seh10 0

pp1S0和S01、泊松方程它描述了电场散度与空间电荷密度之间的关系，在一维情况下，其形式为：d dx

(2.25)式中是介电常数。为电荷密度。在半导体中，值为qpnNN

(2.26)D AD n+ND NDDNNDD

(2.27)AANNAAND和NA2、电流密度方程e和JhJeqenqD

dne

(2.28)JqpqDdph h hdx迁移率和扩散系数的关系由爱因斯坦关系式[De=(kT/q)e和Dh=(kT/q)h]确定。3、连续方程图2.11推导电子连续方程用的单元体积2.11xAA进入速率－出去速率＝JxJA

x

AdJex

(2.29)q e

qdx产生率－复合率＝AxU

(2.30)G（如光照0，这样就有1dJe

U

(2.31)qdx同样，对于空穴有

1dJ

G

(2.32)qdx4、方程组由上述方程，我们可得到应用于半导体器件的基本方程组：dqpnNdx

NAJeqenqD

dnedxdpJhqhpqDhdx

(2.33)1dJe

UGqdx1dJh

UGqdx利用计算机，通过引入一些考虑周详的近似处理，可能极简单地就可求得这些方程的解。pn能带图在一块半导体晶体内，Pnpnp2.12（a）所示，分别位于介带和导带附近.pnnpnppnpnnppn附近np电流电压特性pn（又称为耗尽区）形成高阻ppnnpn。当存在外加电压时，空间电荷nppnnp如下：pnp0expqVkT (2.34)npn0expqVkT 当加正向电压时V>0，加反向电压时V<0。nJp为J qDpp

DpexpqV

(2.35)p L n

n0L

kT p p pn为Jqn

DnexpqV

(2.36)n p0L

kT n 因加编压V而产生的总电流是空穴电流与电子电流之和，故总电流密度J为：JJ

J

qV

(2.37)p n J0expkT 0J0qpn0

p0Dpqn Lp Lnp0

(2.38)J2.13ex(qVkTJ0图2.13pn结的电流－电压特性太阳电池工作原理半导体的内光电效应当光照射到半导体上时，光子将能量提供给电子，电子将跃迁到更高的能态，在这些电子中，作为实际使用的光电器件里可利用的电子有：价带电子；（FreCarie；存在于杂质能级上的电子。太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到pnnpnpnpNPPNNPN区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差V。可以C的值。太阳电池的能量转换过程PNPN2.14。当太阳光照射到这个太阳电池上时，将有和暗电流方向相反的光Ih流过。图2.14无光照及光照时电流－电压特性out RIm和电压mV=IRP=R2（电能（光能out p下面我们把目光转到太阳电池的内部，详细研究能量转换过程。太阳电池由硅pnRνeVhE，g）pn1/chν-Eg（ev）的多余能量（晶格振动nnnnNV=QNr=IRV=IR向偏置时，二极管电流I=[ex(qVnkT-1]朝着与光激发产生的载流子形成的光电流Ih相反的方向流动，因而流入负载电阻的电流值为pIIphId

IphI0

nkT

(2.39)在负载电阻上，一个电子失去一个qVhνqV。流过负pP太阳电池的基本特性短路电流I c 0jc()d03mjc()d.3m1R()qF(()d式中

(2.40)λ0 R(λ)——表面反射率F(λ)——太阳光谱中波长为～+d间隔内的光子数。AAiMas。AM式中：

AM

bsecZb0

(2.41)b0——标准大气压b——测定时的大气压Z——太阳天顶距离一般情况下，b0，例如，AM1相当于太阳在天顶位置时的情况，AM2相当于太阳高度角30时的情况，AM030～50为减（Anirelecivecoain。设半导体、减反射膜、空气的折射率分别为n2、n1、n0，减反射膜厚度为d1，则反射Rr2r22rrcos2R1 2 12

(2.42)1r2r22rrcos212 12式中：=(0-)/(0+n)=(1-)/(1+n)=2n/λλ－波长d1为1/4R1'1d14n 时1n2nn2Rmin1 02

(λλ） (243)n2nn n2nnR1的值。n0n2硅池例为可光红光围内的射为n2=3.4.2.3）零则n（n ，n＝为1.8n2.=480则600埃d667n0n21 1 0 1 11%左右。由于制备了减反射膜，短路电流可以增加30～40%。此外，采用的减反射膜Si2（n11.5、A3(1.Sn1.TTO12.2开路电压当太阳电池处于开路状态时，对应光电流的大小产生电动势，这就是开路电压。在式2.3中，设I=开路，＝nkTVoc

q

I0

(2.44)在可以忽略串联、并联电阻的影响时，C为与入射光强度成正比的值，在很弱的阳光下，<<，因此Voc

nkTq

ILII0

L

(2.45)R0

nkT，qI0V

nkTlnIsc

(2.46)0oc q I0由此可见，在较弱阳光时，硅太阳电池的开路电压随光的强度作近似直线的变化。而当有较强的阳光时，VC则与入射光的强度的对数成正比。图2.15表示具有代表性的硅和GaAs太IC与VcSi与GaAsGaAsI0SiGaAs的VCSi0.45VC图2.15开路电压与短路电流的关系1.3.3.1为了描述电池的工作状态，往往将电池及负载系统用一等效电路来模拟。在恒定光照RV—nIPN同质结2.16(a)所示。但是，由于前面和背面的电极和接触，S来Rh.1（AT与JkLAE与JLVjIRSV

(2.47)图2.16pn同质结太阳电池等效电路（a）不考虑串并联电阻 （b）考虑串并联电阻1.3.3.2输出特性I根据上图就可以写出输出电流I和输出电压V之间的关系II RShRS

Sh RSh

Ibk

(V)

(2.8)LkjVj（2.4与VL当负载RL从0变化到无穷大时，输出电压V则从0变到V，同时输出电流便从IC变2.17P=IV

图2.17太阳电池的输出特性转换效率转换效率表示在外电路连接最佳负载电阻R时，得到的最大能量转换效率，其定义为Pmax

ImpVmp即电池的最大功率输出与入射功率之比，这里我们定义一个填充因子FF为FFImpVmpVocIsc

VocI

(2.49)I-VVcFFVocIscPin

(2.50)太阳电池的光谱响应λ的光入身到单位面积的光子数为0（，表面反射系数为ρ（，产生的光电流为L，则光谱响应SR（）定义为SR()

JL()q0()1()

(2.51)J＝|＋LJ。h<Eg时，S＝0h>Eg时，S＝1。1.3.6载流子的扩散系数随温度的增高而增大，所以少数载流子的扩散长度也随温度的升高LJ0VC—V1.3.7太阳电池的辐照效应影响太阳电池转换效率的因素一、禁带亮度C随g的增大而增大，但另一方面，JC随Eg的增大而减小。结果是可期望在某一个确定的g二、温度ηIC对温度TVC对于Si，温度每增加1C，C下降室温值的0.420C20%120C12GaAs1，VC1.7v或降低0.2三、复合寿命ICSi100m1s。在直接GaAs或S10ns并增大。达到长寿命的关键是在材料制备和电池的生产过程中，要避免形成复合中心。在加工过程中，适当而且经常进行工艺处理，可以使复合中心移走，因而延长寿命。四、光强将太阳光聚焦于太阳电池，可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。设想光强被浓缩了X倍，单位电池面积的输入功率和JC都将增加X倍，同时VC也随着增加(kTq)lX倍X五、掺杂浓度及剖面分布对Cd和Na出现在Vc它们的数量级也是很容易改变的。掺杂浓度愈高，Vc愈高。一种称为重掺杂效应的现象近Nd和Na（Nf（f2.1NfNf显现出Nd和a（b）说明了这一点。图2.18高掺杂效应。随掺杂浓度增加有效掺杂浓度饱和，甚至会下降Si1cm中约为17cm19cm-当d和a或Nf和N）f其方向能有助于光生载流子的收集，因而也改善了IC。这种不均匀掺杂的剖面分布，在电池基区中通常是做不到的；而在扩散区中是很自然的。六、表面复合速率低的表面复合速率有助于提高I，并由于I0的减小而使VC改善。前表面的复合速率测量起来很困难，经常被假设为无穷大。一种称为背表面场（BSF）电池设计为，在沉积金P2.19P/图2.19背表面场电池。在P/P+结处的电场妨碍电子朝背表面流动存在一个电子势垒，它容易做到欧姆接触，在这里电子也被复合，在P/P界面处的复合速率可表示为

SnNaSnNLn NLna n

Wcoth pnLn

(2.52)a n n p p n a a n n SC N+D和L分别是PW=S=∞，W与L+>>NSS对JVa n n p p n a a n n SC 图2.20背表面复合速率对电场参数的影响。注意，Sn较小时，在某个电池厚度出现η峰七、串联电阻在任何一个实际的太阳电池中，都存在着串联电阻，其来源可以是引线、金属接触栅或电池体电阻。不过通常情况下，串联电阻主要来自薄扩散层。PN以使RS－V八、金属栅和光反射CRSSiSi40%。1/4n折射率等于 （n为Si的折射率）的涂层能使反射率降为零。对太阳光，采用多层涂层n能得到更好的效果。小结PNI-VI-VE太阳EgIV的量度，串联电阻可使它变小。通常开路电压较高时，FF用g值介于1.1.6V第二章硅太阳电池常规工艺相应地，研制了生产满足空间电池的标准电池工艺流程。该工艺在六十年代和七十年代初期一直被沿用。到七十年代中期，由于石油危机，人们将注意力投到新能源上。一些企业开始生产专门用于地面的电池，生产电池的工艺有了某些重大的改变。其基本工艺可以归纳为下列步骤：１、砂子还原成治金级硅２、治金级硅提纯为半导体级硅３、半导体级硅转变为硅片４、硅片制成太阳电池５、太阳电池封装成电池组件硅材料的制备与选取i一般采用ＳiＯ的结晶态，即石英砂在电弧炉中（如图3.１）用碳还原的方法治炼得反应方程为SiO22CSi2CO图3.1生产冶金级硅的电弧炉的断面图碳和石英岩；2.内腔；3.电极；4.硅；5.碳化硅；6.炉床；7.电极膏；8.铜电极；9.出料喷口；10.铸铁壁；11.陶瓷；12.石墨盖工业硅的纯度一般为９５％～９９％，所含的杂质主要为Ｆｅ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍg等。（多晶硅经过区熔法（Ｆｚ）和坩埚直拉法（ＣＧ）制成单晶硅棒。随着太阳电池的应（ＳＯＧ——Ｓ。我（Ｔａｏｂｒｉ只要很低的浓度就能降低电池／ｍ3.3.３图3.2蹼状硅生产设备示意图图3.3柱形晶粒的多晶硅太阳电池除了价格、成本和来源难易外，根据不同用途，可以从下几方面选用硅材料１、导电类型：从国内外硅太阳电池生产的情况来看，多数采用Ｐ型硅材料，这是基于ｎ＋／ｐ型电池在空间的应用及其传统的生产历史。也由于该种材料易得。由硅太阳电池的原理知道，在一定范围内，电池的开路电压随着硅基体～３.０ｃｍ开路电压降低，并且导致填充因子下降。３、晶向、位错、寿命太阳电池较多选用（１１１）和（１００）晶向生长的单晶。由于绒面电池相对有较单体电池的制造硅单体太阳电池的主要制造工艺主要包包括表面准备、扩散制结、制作电极和减反射膜几道工序，下面分别作一叙述：硅片的表面处理硅片的表面准备是制造硅太阳电池的第一步主要工艺，它包括硅片的化学清洗和表面腐蚀。硅片的化学处理通常，由单晶棒所切割的硅片表面可能污染的杂质大致可归纳为三类：1、油脂、松香、蜡等有机物质。2、金属、金属离子及各种无机化合物。3、尘埃以及其它可溶性物质，通过一些化学清洗剂可以达到去污的目的。如硫酸、王水、酸性和碱性过氧化氢溶液等。硅片的表面腐蚀硅片经过初步清洗去污后，要进行表面腐蚀，这是由于机械切片后，在硅片表面留下30～50m1、酸性腐蚀法硝酸和氢氟酸的混合液可以起到很好的腐蚀作用，其溶液配比为浓硝酸：氢氟酸=10：12：1。硝酸的作用是使单质硅氧化为二氧化硅，其反应为3Si4HN===Si+2H+4N而氢氟酸使在硅表面形成的二氧化硅不断溶解，使反应不断进行，其反应为SiO26FH2Si62H2O生成的络合物六氟硅酸溶于水，通过调整硝酸和氢氟酸的比例，溶液的温度可控制腐蚀速度，如在腐蚀液中加入醋酸作缓冲剂，可使硅片表面光亮。一般酸性腐蚀液的配比为硝酸：氢氟酸：醋酸==5：3：3或5：1：12、碱性腐蚀硅可与氢氧化钠、氢氧化钾等碱的溶液起作用，生成硅酸盐并放出氢气，化学反应为：Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2NaOH3.4100CNaOH溶液对（100）晶向硅片的腐蚀速度。图3.4硅片在不同浓度NaOH溶液中的腐蚀速率碱腐蚀的硅片表面虽然没有酸腐蚀光亮平整，但制成的电池性能完全相同，目前，国碱面硅表面的制备太阳电池主要进展之一是应用了绒面硅片，绒面状的硅表面是利用硅的各向异性腐蚀，在硅表面形成无数的四面方锥体，图3.5为扫描电子显微镜观察到的绒面硅表面。3.5在扫描电镜下绒面电池表面的外貌10m由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，故绒面电池也称为黑电池或无反射电池。10111）10硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，如氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，联氨（1～2%）来制80C（如无水乙醇或异丙醇等）作为络合剂，加快硅的腐蚀。扩散制结扩散是物质分子或原子运动引起的一种自然现象，热扩散制p—nVPnV族杂质元素为硼。p—n涂布源扩散涂布源扩散一般分简单涂源扩散和二氧化硅乳胶源涂布扩散。简单涂源扩散是用一、二滴五氧化二磷或三氧化二硼在水（或乙醇）中稀溶液，预先pnpnnp工业生产中，涂布源方法有喷涂，刷涂，丝网印刷，浸涂，旋转涂布等。该方法成本实例：p型硅片晶向电阻率 1.0cm扩散温度900～950C扩散时间10～15min氮气流量 30～70ml/minPO520～40/□二氧化硅乳胶实际上是一种有机硅氧烷的水解聚合物，能溶于乙醇等有机溶剂中，形100～400C乳胶可在硅酸乙酯中加水和无水乙醇经过水解而成，也可将四氯化硅通入醋酸后加乙醇制实例1cmP型硅片中，将掺杂五氧化二磷的这种源涂布，干燥温度 200C扩散温度 扩散时间 15～60min则可使方块电阻为10～40/□结深0.5m左右。液态源扩散液态源扩散有三氯氧磷液态源扩散和硼的液态源扩散，它是通过气体携带法将杂质带入扩散炉内实现扩散。其原理如图3.6：3.6三氯氧磷扩散装置示意图p10cm如下：将扩散炉预先升温至扩散温度（850～900C。先通入大流量的氮气（500～100mlmi40100l/m和氧气3090m/mi取出经过表面准备的硅片，装入石英舟，推入恒温区，在大流量氮气（500～1000ml/min）540～100ml/min30～90ml/min10～15min。失源，继续通大流量的氮气５min，以赶走残存在管道内的源蒸气。把石英舟拉至炉口降温５分钟，取出扩散好的硅片，硼液态源扩散时，其扩散装置与三氯氧磷扩散装置相同，但不通氧气。固态氮化硼源扩散～１００0Ｃ，扩散时间１５～３０分钟，氮气流量２０００ｍｌ／ｍｉｎ以下，氮气流量较低，可使扩散更为均匀。各种扩散方法的比较扩散方法比 较简单涂布源扩散二氧化硅乳胶源涂布扩散，ｐ—ｎ液态源扩散设备和操作比较复杂。扩散硅片表面状态好，ｐ—ｎ氮化硼固态源扩散ｐ—ｎ去边扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成去边的方法有腐蚀法，即将硅片两面掩好。在硝酸、氢氟酸组成的腐蚀液中腐蚀３０秒钟左右。挤压法是用大小与硅片相同，略带弹性的耐酸橡胶或塑料，与硅片相间整齐隔开，施加一定压力后，阻止腐蚀液渗入缝隙取得掩蔽。目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。去除背结去除背结常用下面三种方法，化学腐蚀法，磨沙法和蒸铝烧结，丝网印刷铝烧结法。2.2.4.1.化学腐法磨片法磨片法是用金钢砂将背结磨去，也可以用压缩空气携带砂粒喷射到硅片背面除去。磨片后背面形成一个粗糙的硅表面，因此适应于化学镀镍制造的背电极。蒸铝或丝网印刷铝浆烧结法ｎｎ和Ｐｎ+/p该方法是在扩散硅片背面真空蒸镀或丝网印刷一层铝，加热或烧结到铝—硅共熔点57C3.出来，形成含有一定量的铝的再结晶层。实际上是一个对硅掺杂的过程。它补偿了背面+p（随着合金温度图3.7硅合金过程示意图图3.8铝硅相图背结能否烧穿与下列因素有关，基体材料的电阻率，背面扩散层的掺杂浓度和厚度，背面蒸镀或印刷铝层的厚度，烧结的温度，时间和气氛等因素。制作上下电极p—n电极及电极材料的选择：对于制作的上下电极材料一般要满足下列要求:能与硅形成牢固的接触接触电阻比较小，应是一种欧姆接触有优良的导电性8%收集效率高可焊性强成本低廉污染比较小。欧姆接触一般分高复合接触，低势垒接触，高掺杂接触等，制作方法有:真空蒸镀法化学镀镍制作电极（氯化钠或硫酸镍氯化镍 30g/l氯化铵 50g/l柠檬酸铵 65g/l次磷酸钠 10g/l丝网印刷制作电极真空蒸镀和化学镀镍制作电极的方法是一种传统的制作方法，但存在工艺成本较高，50m10～20m。上电极的设计的一个重要方向是上电极金属栅线的设计。当单体电池的尺寸增加时，3.9图3.9常见的上电极图形3.10那样的对称分3.10（b）所示的一个个的单体电池。这种单电池的最大输出功率可由ABp得到，式中AB为单电池的面积，Jp和Vp分别为最大功率点的电流密度和电压。用单电池的最大功率输出归一化后，得到栅线和主线的电阻功率损耗分别为rf

1B2m

smf

JmpSVmpWF

(1)rb

1A2Bm

Jmp1VWsmbVWmp

(2)图3.10示出主线和栅线的上电极设计的示意图。图中也表示出12相同的单电池；(b)典型的单电池的重要尺寸fbbmm。WF和WBS由于栅线和主线的遮挡布而引起的功率损失是:sfsb

SWbS

(3)(4)忽略直接由半导体到主线的电流，接触电阻损耗仅仅是由于栅线所引起的，这都分功率损耗一般近似为cf

JmpSVWcVWmp

(5)其中cPs

JmpS

(6)mptl 12Vmp其中ssmbJmpmVmp（（smbJmpmVmpWBAB

(7)smbsmbJmpmVmp

sb

min

2

(8)这表明使用逐渐变细的主线m=4）而不是等宽度的主线时（=3，功率损失大约低13%。从上面一些式子可看出，单从数字上讲，当栅线的间距变得非常小以致横向电流损耗可忽略不计时，出现最佳值。于是，最佳值由下面条件给出，即0smfsmf cmm/B J2mpVmprf即： rf

Ssf

tl

min

2B

(9)

(10)smf csmf cmm/B J2mpVmpFSS计算出相应的各部分功率损失ρf，ρf，ρf和ρt。然后可按下式求出一个更接近最佳值S"S"

S' sfrf cfsf

(11)sf2 sftl（10）SS对于下电极的要求是尽可能布满背面，对于丝网印刷，覆盖面积将影响到填充因子。减反射膜制作113.11180C，所以前者在一定程度上抵消了后者。图3.11由四分之一波长减反射膜产生的干涉效应在正常入射光束中从覆盖了一层厚度为d1的透明层的材料表面反射的能量所占比例的表达式为r2r22rrcosR1 2 12

(12)1r2r22rrcos212 12r、21rn0n1,1

rn1n2

(13)2n0n22ni2n1d1

(14)当1=/4n2nn2Rmin1 02

(15)n2nn1 02如果反射率是其两边材料的折射率的几何平均值=nn2，则反射值为零。对于在（=3.即n=1.3.123.121.92.3600nm表示将硅封装在玻璃或有类似折射率的材料之下的结果=1.2.3。2.312表：制作减反射膜所用材料的折射系数材料折射系数MgF21.3～1.4SiO21.4～1.5A31.8～1.9SiO1.8～1.9S4～1.9TiO2～2.3T52.1～2.3ZnS2.3～2.4减反膜的制备方法:真空镀SiO类金刚石膜溅射法印刷法TaO5NbO5TiOIT膜SiO2 Ti2T5喷涂法PECVD沉积Ti()4SiN4钛酸乙酰太阳电池组件及封装单体太阳电池不能直接作电池使用。作电源用必须将若干单体电池串、并联连接并严密封装成组件。对太阳电池组件要求为：有一定的标称工作电流输出功率。20～30有足够的机械强度，能经受在运输、安装和使用过程中发生的冲突，振动及其它应力。组合引起的电性能损失小。组合成本低。太阳电池组件的常见结构形式3.16图3.13玻璃壳体式太阳电池组件示意图1－玻璃壳体；2－硅太阳电池；3－互连条；4－粘接剂；5－衬底；6－下底板；7－边框线；8－电极接线柱。图3.14底盒式太阳电池组件示意图1－玻璃盖板；2－硅太阳电池；3－盒式下底板；4－粘接剂；5－衬底；6－固定绝缘胶；7－电极引线；8－互连条。图3.15平板式太阳电池组件示意图1－边框；2－边框封装胶；3－上玻璃盖板；4－粘接剂；5－下底板；6－硅太阳电池；7－互连条；8－引线护套；9－电极引线。图3.16全胶密封太阳电池组件示意图1－硅太阳电池；2－粘接剂；3－电极引线；4－下底板；5－互连条。太阳电池组件的封装材料上盖板作上盖板的材料有：钢化玻璃、聚丙烯酸类树脂、氟化乙烯丙烯、透明聚酯、聚碳酯等。目前，低铁钢化玻璃为最为普遍的上盖板材料粘结剂主要有：室温固化硅橡胶、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇缩丁醛、透明双氧树酯、聚醋酸乙烯等。一般要求其：在可见光范围内具有高透光性具有弹性具有良好的电绝缘性能。2.3.2.3一般为钢化玻璃、铝合金、有机玻璃、TPF等。目前较多应用的是TPF复合膜，要求:具有良好的耐气候性能层压温度下不起任何变化2.3.2.4平板组件必须有边框，以保护组件和组件与方阵的连接固定。边框为粘结剂构成对组件边缘的密封。主要材料有不锈钢，铝合金，橡胶，增强塑料等。组件制造工艺平板式组件制造工艺流程如下：组件包装组件包装单体电池单体电池制备互连条上电极焊互连条单防电池分选组合焊接组合电池测试玻璃清洗叠 层层压封装固化边框封装制备互连条上电极焊互连条单防电池分选组合焊接组合电池测试玻璃清洗叠 层层压封装固化边框封装电性能测试组件检验第三章太阳电池测试太阳模拟器太阳辐射的基本特性3.1.2.1197916（CGPN）确定，以坎德拉（cd）为发光强度的计量单位。坎德拉是一光源在给定的方向上的光强度，该光源发出频率为541Hz1/63WS1lm4流明的光能量。光强度。指照射于一表面的光强度，它用勒克斯（lx）1lm1m2）1lx。W/m2或mw/。3.1.2.2137w/133w/m，1000w/60~900w/m2光谱分布6000KAMO1.5AM.548.9总辐射和间接辐射在大气层外，太阳光在真空中辐射，没有任何漫射现象，全部太阳辐射都直接从太阳75辐照稳定性天气晴朗时，阳光辐照是非常稳定的，仅随高度角而缓慢的变化，当天空有浮云或严太阳模拟器1000w/2AM.5稳态太阳模拟器和脉冲式太阳模拟器（通常是毫秒量级以下以脉冲形太阳模拟器的电光源及滤光装置用来装置太阳模拟器的电光源通常有以下几种：2300K3cm善，但却无法补充过少的紫外线。3400K500.80.1之间有红外AM0AM1.5脉冲氙灯：脉冲式太阳模拟选用各种脉冲氙灯作为光源，这种光源的特点是能在短时太阳模拟器某些光学特性的检测辐照不均匀度的检测辐照不均匀度是对测试平面上不同点的辐照度来说，当辐照度不随时间改变时，辐照度不随时间改变时，辐照不均匀度按下式计算:辐照不均匀度＝±（最大辐照度－最小辐照度）/（最大辐照度＋最小辐照度）×100％1/4在测量组件时，应使用不超过待测组件面积1/10的检测电池来检测。辐照不稳定的检测测试平面上同一点的辐照度随时间改变时。辐照不稳定度按下式计算辐照不稳定度＝±（最大辐照度－最小辐照度）/（最大辐照度＋最小辐照度）光谱失配误差计算光谱失配误差=F

()F

()B()1d0T,AM5

S,AM1.5AM1.5(AM1.5(分别是被测电池（T）和标准电池（S）AM1.5i(λIF ()

,AM1.5()

iT,AM1.5()T,AM1.5

,AM

()d

IT,AM1.5FS,AM1.5

()

iS,AM1.5()iS,AM1.5()d

iS,AM1.5()IS,AM1.5IT,AM1.5,AM1.5()d, IS,AM1.5iS,AM1.5()dBλ)－1(λAM15(即 B()

esim()eAM1.5()

esim()eAM1.5()B()1eAM1.5单体太阳电池测试测量太阳电池的电性能归结为测量它的伏安特性，由于伏安特性与测试条件有关，必（标准光谱和标准辐照度和标准测测量伏安特性的原理框图如下：图4.1测量伏安特性的电路框图注意：测量太阳电池的电压和电流，应从被测件的端点单独引出电压线和电流线。测试项目开路电压Vc短路电流IcVmImPm光电转换效率FF伏安特性曲线或伏安特性短路电流温度系数，简称电流温度系数开路电压温度系数sb电性能测试的一般规定3.4.2.1AM1.51000w/2C+1C如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，，则必须将测量结果换算到标准测试条件。测量仪器与装置标准太阳电池标准太阳电池用于校准测试光源的辐射照度。AM1.5AM1.5AM1.5AM1.5电压表（包括一切测量电压的装置）0.5电流表内阻应小到能保证在测量短路电流时，被电池两端的电压不超过开路电压的3%。当要求更精确时，在开路电压的3%以内可利用电压和电流的线性关系来推算完全短路电流。推荐用数学毫伏表测量取样电阻两端电压降的方法来测量电流。取样电阻取样电阻的精确度应不低于+0.2%。必须采用四端精密电阻电池短路电流和取样电阻值的乘积应不超过电池开路电压的3%。负载电阻10K以上。必须有足够的功率容量，以保证在通电函数记录仪0.5温度计温度计或测温系统的仪器误差应不超过+0.5C1pn室内测试光源辐照度、辐照和均匀度、稳定度、准直性及光谱分布均应符合一定的要求。基本测试方法所规定的测试项目中，开路电压和短路电流可以用电直接测量，其它参数从伏安特性求出。太阳电池伏安特性应在标准地面阳光、太阳模拟器或其它等效的模拟阳光下测量。测试，则测试结果应换算到标准测试条件。控制太阳电池组件、组合板或方阵的测试温度模拟阳光的辐射度只能用标准太阳电池来校准，不允许用其它辐射测量仪表。（注：系指同材料、同结构、同工艺的太阳电池。从非标准测试条件换算到标准测试条件电流和电压换算公式:当测试温度、辐照度和标准测试条件不一致时，可用以下换算公式校正到标准测试条件：III

ISR

TI2 1 SC 2 1IMR 式中：

21RSI2I1KI22121VVR12SKK1.10/C：所测电池在标准辐照度下，以及在所需的温度范围内的短路电流温度系数。：和上述短路电流温度系数相对应的开路电压温度系数。注：以上各参数的单位必须统一。室外阳光下测试1）测试场地及周围环境测试场地周围的地面空旷，不遮光。反光及散光的任何物体。测试场地周围地面上应无高反射的物体，如冰雪、白灰和亮沙子等。2）气候及阳光条件天气及晴朗，太阳周围无云。8025%。在测试周期内，辐照的产稳定度应不大于+1%。3）安装要求被测电池、标准电池应安装在同一平面上，并尽量靠近，测试平面的法线和入射光线的夹角应不大于5太阳电池内部串联电阻的测量本方法在太阳模拟器或其它模拟阳光下测量太阳电池内部串联电阻，所用的600w/m2到1200w/2范围内调节。用二种不同的辐照度，分别测量二条伏—安特曲线，画在同一座标上，如图4.2。二种辐照度大致取为900w/2和110w/2，不需知道正确的数值。辐照度改变时要2C。PQ，使满足I＝IQ

RS1

VQVPI ISC1 SC2700w/m23。6.3和6.4从曲线2和3R1和3R。被测太阳电池的内部串联电阻。RRS1RS2RS3S 3图4.2伏安特性曲线太阳电池电流和电压温度系数的测量太阳电池的短路电流温度系数和开路电压温度系数测试光源用太阳模拟器或其它模拟阳光，推荐使用脉冲式太阳模拟器。pn被测器件安装在能控制温度的测试架上，接触面应有良好的热传导，温度恒定在标准测试温度。工作标准电池和被测电池并排放置在测试平面的有效辐照区内。工作标准电池校准辐照度。把温度调节到所需温度范围的最低点，测量开路电压和短路10C，稳定后再测量开路电压和短路电流。7.7，直到所需温度范围的最高点。用统计方法处理数据，画出短路电流——温度以及开路电压——温度二条曲线。在所需温度范围的中点，求出上述二条曲线的斜率，即和。体电池串、并联个数算出。式中：

npcnScC和C和是组件、组合板或方阵的电流和电压温度系数。nP：单体电池的并联个数。当温度低于环境温度时，为了防止被测器件的表面生成冷凝水珠，可以用干燥的氮气保护，必要时在高真空中测试。非晶硅太阳电池电性能测试须知非晶硅太阳电池电性能测试方法从原则到具体程序都和单晶硅、多晶硅太阳电池电性能测试相同，但必须注意以下几点区别，否则可能导致严重的测量误差。校准辐照度光源0.3~0.8波长范围内，光谱特AM1.50.3~0.58波长范围，内光谱分布的详细数据或曲线，以便计算光谱失配误差。光谱响应太阳电流组件测试和环境试验方法测试项目太阳电池组件参数测量的内容，除常用的和单体太阳电池相同的一些参数外，还应包括绝缘电阻、绝缘强度、工作温度、反射率及热机械应力等参数。组件电性能参数测量中所需的参考组件关于太阳电池电性能参数测量方法的总原则已在345太阳电池组件测试方法(NOCT)NOCTNominalOperatingCellTemperature800w/20C1m/S作温度。某种组件的额定工作温度和它的实际工作温度tr以及环境温度te之间有如下的经验公式：t1式中E为测量时的实际辐照度。

tNOCT20Ee 80NOCTNOCTNOCTNOCT组件封装状况NOCT（C）用玻璃做基板无气隙封装41用玻璃做基板的有气隙封装60采用带有散热片的铝质基板40采用不带散热的铝质基板43采用塑料基板47电阻的测量75%。地面用硅太阳电池组件环境试验概况15）内其电性能（5%。凡是外观5%者均为不合格。这是各项试验的共同要求，以下不再逐一说明。温度交变从高温到低温反复交替变化称为温度交变。交变的温度范围规定为—40+3~+35+2C。2005085+2C16低温贮存地面用太阳电池组件应放在—40+3C的低温环境下贮存16小时。恒定湿热贮存90~9540+2C41M者为不合格。振动、冲击振动及冲击试验目的是考核其耐受运输的能力。因此应在良好的包装条件下进行试验。试验条件规定如下：振动频率：10～55HZ振 幅：0.35mm振动时间：法向20分钟，切向20分钟冲击波形：半正弦、梯形、后峰锯齿、持续11ms冲来的峰值加速度：150m/s2冲击次数：法向、切向各3次。盐雾试验在近海环境中使用的太阳电池组件应进行此项试验，即在温度35+2C5%氯化钠水溶液的雾气中贮存96小时后，检查外观、最大输出功率及绝缘电阻。冰雹试验1地面太阳光辐照试验242055C，425C51810%。扭弯试验15~35C1.2，试验完毕检查外观及电性能。 PAGE55第四章光伏阵列独立光伏系统的构成主要包括：光伏组件（阵列、蓄电池、逆变器、控制器。见图8.4。下而我们分别加以讨论。太阳电池板蓄电池逆变器太阳电池板蓄电池逆变器控制器负载图:户用系统方框图光伏组件（阵列）一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压（电流）及各个组件的参数有关。；按照太阳电池的用途，目的、规模、太阳能电池的种类等有各种形状的太阳能电池组件，下面就几种典型的例子进行介绍。（一）用于电子产品的组件1.5V1V，所以要驱动这些电子产品，必须使多个太阳电池元件串联连接才能达到要求电压。如图8.5（a（b）示出了民用晶体太阳组件的结构，是把太阳电池元件排列好，_________________________________________________________(a)_________________________________________________________图8.5民用晶体硅太阳电池组件的结构（二）用于电力的组件8.6图8.6各种结构晶硅太阳电池电力用组件的结构8.6（b）所示的超光面式结构，在太阳电池的受光面放一块透明透过PV）（EV多采用金属铝同聚氟乙烯（PVF）夹心状结构，使其具有耐湿性和高绝缘性。此外，对可靠性要求特别高的应用，开发了一种新的封装方式，如图8.6（c，即在两块玻璃板之间用树脂把太阳电池封入。___________________________________________________________8.7（a）所示，把集成型太阳电池衬底玻璃直接用作受光面的保护板，各单元电池的8.7（b）所示的组件8.7（c）所示的单块衬底型组件是更适合的，这样可以进一步使组件成本降低。___________________________________________________________PAGE57PAGE57图8.7采用非晶硅太阳电池的各种电力用组件的结构8.88.9图8.8太阳电池组件数输出特性与温度关系的实例(单晶硅电池组件的大小：30.2cm*121.7cm非单晶硅电池组件的大小：37.8cm*71.1cm)图8.9太阳电池组件输出特性与光强关系的实例(组件大小同图8.8)8.9图8.10给出了电力太阳电池组件的一些图片。图8.10电力用太阳电池组件（三）聚光式组件聚光式太阳电池发电系统是在聚焦的太阳光下工作的，有关这方面的研究工作最近在美国取得了较大的进展。它分为透镜式和反光镜式两种。（1）透镜式聚光所必须的大面积凸透镜采用透镜，它是把分割的凸透镜曲面连接在一起。菲涅耳于配置为点状或线状的太阳电池上。图8.11.两种聚光方式500~100015—1718—20%。（2）反光镜式所示的槽形抛物面镜的形式较为常用。8.12（a）所示为荧光聚光板型太阳电池，是把所吸收的太现在12的效率为1%；面积为160c2的，效率为2.5所示的波长为分割型的荧光聚光板型太阳电池，其关键问题是要降低荧光板的价格，提高发光效率，以及提高可靠性等。图8.12荧光聚光板型太阳电池(四)混合型组件8.135KW25KW图8.13聚光型光热混合型组件8.14图8.14采用非晶硅太阳电池的光热混合型组件非晶硅太阳电池因为在可见光范围吸收系数很大，而在红外线范围反射系数大，所以也起着良好的选择吸收膜的作用，如图8.15所示。图8.15非晶硅太阳电池作为选择吸收膜的特性ʽ58%5%53%。这对降低成本很有好处。目前，上海交通大学，就用物理系，太阳能研究所采用结晶硅太阳电池电力用组件的封装方式，整个组件效率达15%，达到全国先进水平。有四个因素决定了光伏组件的输出功率负载电阻、太阳辐照度，电池温度和光伏电池的效率。对于给定的组件的输出可由其电流电压（I—V）曲线来估算。如图8.16所示,在某一温8.15VImImVm可得组W=IV。ImImVVm Voc图8.16光伏组件的I-V特性图（功率0.5%/C所以阵列要安装在通风的地方顶或同一个支撑结构上安装过多的组件。需要用如果要求24V阵列（2个）8.17……组件组件+……组件组件组件组件DC24V组件组件-图8.17带旁路二极管的串联电池阻塞二极管…… 组件组件…… 组件组件组件组件DC24V组件组件-图8.18对于24V阵列阻塞二极管的接法阻塞二极管是用来控制光伏系统中电流的:任何一个独立光伏系统都必须有防止从蓄电池流向阵列的反向电流的方法或有保护或失效8.18（8.18）以防止由于支路故障或遮蔽引起的0.4~0.7V12VPAGEPAGE1第一分 光伏统各部介绍１．１前言独立光伏系统的构成主要包括：光伏组件（阵列、蓄电池、太阳电池板蓄电池逆变器太阳电池板蓄电池逆变器控制器负载图光伏系统方框图１．２光伏组件（阵列）（）光伏组件是由太阳能电池片群密封而成，是阵列的最小可换单按照太阳电池的用途，目的、规模、太阳能电池的种类等有各种形状的太阳能电池组件，下面就几种典型的例子进行介绍。（一）用于电子产品的组件为驱动计算器手表，收音机、电视、充电器等电子产品，一1.5V下图示出了民用晶体太阳组件的结构，是把太阳电池元件排图民用晶体硅太阳电池组件的结构很容易形成薄膜，在一块衬底上便于使多个单元电池串联连接而获8.6（a）所示的是衬片式结构，是在太阳电池的背后放一块板采用纤维钢化塑料（FRP）等。图各种结构晶硅太阳电池电力用组件的结构PE。反面涂层多采用金属铝同聚氟乙烯（PVF）夹心状结构，使其具有耐湿性和高绝缘性。c随着非晶硅太阳电池的发展，也在研究采用同晶体硅太阳电池（b）6图采用非晶硅太阳电池的各种电力用组件的结构6下图分别给出一单晶硅太阳电池组件和非晶硅太阳电池组件PAGEPAGE730.2cm*121.7cm37.8cm*71.1cm)图太阳电池组件输出特性与光强关系的实例(组件大小同图)（三）聚光式组件聚光式太阳电池发电系统是在聚焦的太阳光下工作的，有关（1）透镜式聚光所必须的大面积凸透镜采用透镜，它是把分割的凸透镜9曲面连接在一起。菲涅耳透镜的形状有圆型和线型之分。如图8.119（a）示出了线型菲涅耳透镜的实例，太阳光聚焦于配置为点状或线状的太阳电池上。图8.11.两种聚光方式500~100015—1718—20%。（2）反光镜式在其焦点上，另一种是底面放置太阳电池，侧面配置反光镜，如图8.11（b）8.12（a）所示为荧光聚光板型太阳PAGEPAGE10内传播，最后被聚集于放置着太阳电池的端部。现在这种荧光聚光1m211600cm2的，2.5%图8.12荧光聚光板型太阳电池(四)混合型组件8.13统能得到5KW的电输出，25KW的热输出。图8.13聚光型光热混合型组件聚热型光热混合型组件是将太阳电池连接到聚热板上而发电8.14图8.14采用非晶硅太阳电池的光热混合型组件非晶硅太阳电池因为在可见光范围吸收系数很大，而在红外8.15图8.15非晶硅太阳电池作为选择吸收膜的特性ʽ58%53%目前，上海交通大学，就用物理系，太阳能研究所采用结晶有四个因素决定了光伏组件的输出功率：负载电阻、太阳辐8.16（T）下太.5中可知有开路电压（OC，短路电流（SC，最大功率点m处的电流（Imp）和电压（Vmp）可得组件的功率Wm=ImpVmp。I I mImpVVmp Voc图8.16光伏组件的I-V特性图对于一个给定的电池面积，电流与太阳辐照度成正比且几乎功率0.5%/C24V（或2（）上旁路二极管，如图8.17所示,……+……组件组件组件组件DC24V组件组件组件组件-图8.17带旁路二极管的串联电池阻塞二极管……+……组件组件组件组件DC24V组件组件组件组件-图8.18对于24V阵列阻塞二极管的接法必须有防止从蓄电池流向阵列的反向电流的方法或有保护或失效的8.18（8.18）以防止由于支路故障或遮蔽引起的电个阻塞二极管就够了，不要两种都用，因为每个二极管会降压0.4~0.7V12V6蓄电池蓄电池是用来将光伏阵列产生的电能（直流）存储起来供后用寿命。定为深度循环电池，但它们通常比工业级湿性蓄电池的循环次数要100Ah（。镍镉电池在有些国家使用，它们通常比铅酸电池贵，但镍镉用在独立光伏系统的电池应是深度循环大负载类型的。由于极板材料铅较软，所以要加一些如锑或钙之类的元素以加强铅板的硬大多数电池有酸性或腐蚀性物质，如果操作不当就比较危险甚至3~56000A24V12V稀的电解液中，板可分为普兰特式（纯铅，涂浆极板式和（过规定的放电的深度则寿命会大大降低。许多密封式电池25%。深度循环电池中独立80%，绝大多数此类电池是湿性电池，其极板对于镍镉电池，我们前面已经提到过了。我们知道虽然其价格昂贵但能在恶劣的环8.1925C/20（C100%的能量（电池的标定能量。而在-20C/2075%的能量，如果放电速率升高到如图所示的50%低。尽管如图所示,温度高就可以得到甚至高于额定容量的图8.19铅酸电池容量与温度的关系图O1155~10在相同的条件下可工作更长时间，在最优化条件下，可稳定地工作15最后我们再讲点电池的维护和在寒冷的环境中使用的一些问1.24）电解液能50℃的低温。在寒冷的天气中，通常是将电池置于电池盒定重量也需要合乎要求。逆变器逆变器是一种功率调查装置，对于使用交流负载的独立光伏系定的直流电压的大小。逆变器的输出可分为直流输出和交流输出两输入端须注意逆变器所要求的直流电压和所能承受的浪涌能力的电压的变化。逆变器的选择会影响到光伏系统的性能可靠性和成本。通常除RF12V，24V，48V120V120V240V50Hz60Hz输出波形是一个重要参数，逆变器通常根据其输出波形来分90%而它们在带动电机时由于谐波能量损失而比正弦波逆变器带动效率。通常，逆变器的50（90%左右。）（4）静态电流：这是在逆变器不带负载（无功耗）时，其本身所用逆变器的前级—蓄电池在过充电时逆变器的直流输入电压就会超过12V16V频50Hz（）0.5。下面介绍几种典型的、常用的逆变器的原理图及原理介绍。按振荡方式可分为他激式和自激式两大类。(一)他激式逆变器输出变压器信号放大他激逆变器电路工作框图如下：输出变压器信号放大直流源振荡源直流源振荡源图8.20他激式逆变器电路框图图8.21他激式逆变器电路原理图如图81所示,我们可以用N5N5提供稳定的方波，经晶体管T1、T2T3抗干扰能力强；缺点是逆变器效率不高，工作点调整困难。(二)自激式逆变器自激工逆变器电路工作框图如下：直流源正反馈逆变放大直流源正反馈逆变放大输出变压器图8.22自激工逆变器电路工作框图图8.23自激式逆变器电路原理图8.23L1、L2R1使T1I1I3I1T1C1电位不断I1管的VbeT1迅速截止，I10电源又通过R1C1充电，当电容T1T1管周期性地从饱和区进入截止区，在线圈L2（二）单相逆变器8.245060HzT1/T4T2/T3，因负载可能为电抗性的，负载电流和电压也可能反相，所0140电流通过与T1和T4。图8.24单向逆变器1801208.25T1TT1T3T2T4T2T3T1T4T1T4T1 T4T1 T1 T4T1 T4T2 T31200脉冲 T脉宽度制 T图8.25输出波形控制器在大多数光伏系统中都用到了控制器以保护蓄电池免于过充或1（。大多数控制器测量电池电压以估计充电状态，然而这并8.26V(v))151250SOC100% 10%图8.26典型的电池充电状态曲线/测量电池温度可提高SOC+5C12V12.8V11.5V12.4V/断电压在一定范围内是可调的，这一性能非常有用，可监控在使用时控制器电压必须与系统的标称电压相一致，且必须能1.25VISC，（根据《独1.56）这，由电池倒流回光伏阵列。大多数控制器用阻塞二极管来阻止这个电8.18我们知道，随着所需电流的增加，控制器的成本迅速增加。对30A100A5100A100A520A100A30A第三分 独立伏电集中电及用光伏系（分散电）的设计，安装及维修。独立光伏系统的设计，操作和维修计划 太阳能数据系统规格操作和维修计划太阳能数据系统规格系统设计负载计算图8.27系统设计框图（1设计尽量99%以上，其成本是昂贵的。（3）（4）反复计算（5）在设计系统前了解安装地系统设计者知道在设计光伏系统中，每一个决定都将影响到它果在系统设计过程中选择不正确则很容易使整个系统寿命周期成本翻一番。在设计您的光伏系统时要符合实际、灵活的原则。对太阳辐照前面已经讲过这里就不再重复了。任何一个光伏系统设计者的第一项工作是确定系统的负载。这（（如1010~15%的损失，这样在估算负载时需考虑这对独立光做系统的工作电压的选择决定于负载所需的电压和总的电流。如果系统电压设置成为与最大负载电压相等，则这些负载可100A20A一些基本的规则有：12V12V24V12V11000/12=833A如果负载需不同的直流电压，选择具有最大电流的电压作为系120V100A交流功率=（交流电压）（交流电流）直流功率=（直流电压）（直流电流）240020A（）240012V200A24V48V100A50A。切记，当电流值升高时，导线和开关的成本亦会升高。48V12V48V44独立光伏系统的安装（）2020阵列的安装：独立光伏系统的阵列的安装有许多独特和创新1000W/m21.5保证阵列下面允许新鲜的空气通过，如果阵列离开屋顶至少3那么电池必须安装在水密性的盒子内并埋于地下霜冻线以下或者是0控制器和逆变器通常会与开关、保险等安装在控制中心内。控入输出回路应有保险或断路器。这些保险器件应安装在醒目的位置最后还要强调的一点是在安装时不要忽视接地的工作它是关系到人和设备的安全问题，应认真对待。维修检查系统中所有连接的紧密度、牢固性。电池的连接应清洁，检查电解液水平，如果需要就加入纯净（蒸馏）水，但不要加次每个电池的标称比重。标称比重是电池充电状态（SOC）的反映，0.05，就意味着这个电池不行了。需要进一步监测这个电池的性能看是否需要更换。在有负载的情况下，检查每一个电池电压，把这些电压与所有检查开关的工作，确定开关的动作是否正确。查看接点附近有0按照这些维护方面去做可以增加系统的利用率，延长系统的寿命。第三部分太阳能电池系统应用介绍一、航标灯，无人灯塔的电源航标灯按能源供给的方式的不同，可分为：195911197319761314.7W90.32.71001981500034从几年的使用情况中可以看出太阳电池航标灯有如下优点：1973212灯光亮度稳定，射程得到了保证。与硅太阳电池配套的镉镍蓄500312001500右，但若使用10年每年平均开支才150元左右。500015002月广州铁路局首次在广州铁路局娄底电务段普奄堂车站的一架预告6720的信号机进行扩大实验，截至1981年底，全国已有15个铁路局在1005000）图铁路信号灯太阳电池电源1（6）1.3%3501K8600260400车站，通常一个月要更换一组点灯用干电池，两个月更换一供臂板电动机动作的电池，换用太阳电池后，电池的消耗量减少了。对位于青藏铁路西宁至格尔木间的克土车站的铁路信号系统，过去用电全部领依靠柴油机发电，要消耗大量柴油，特别是由于这里海拔高，空气稀薄，使柴油机功率下降30%以上，并且使用维修的工作量相当大，现在以硅太阳电池作电源，操作简单，不耗柴油，而且几乎不需任何维修十分方便经济，（见下图）图13.2克土车站太阳电池铁路信号设备电源100附：车站信号电源系统简图图试点站信号电源系统蓄电池组可灵活地通过各自的双投刀闸并关与硅太阳电池方阵三．农牧业设备电源1、电围栏电源43331080.560放牧太阳电太阳电高压脉冲发蓄电基本原理示意图13.4如下：原理图2、黑光灯电源害虫是农林业生产的大敌，消灭害虫，保护农作物和森林，是搞好农林业生产的重要措施之一。（如图15所（1）（2）蓄电池（3）直流变换器（4）黑光灯管（5）支架及集虫器。图13.5太阳能黑光灯3、割胶灯电源1978571281652图13.6太阳能割胶灯四、广播、电视、通信设备电源在偏僻的山区，分散的海岛、辽阔的草原，应用广播、电视、通信设备是非常重要和必需的。对于发展工农业生产、改善人民生活、巩固国防，加强民族团结有很大意义。而这些地区，一般均无交流1980年首次研制成功的太阳电池电视差转机（33小巧轻便，价格低廉，不用外供电源，无人值守，不用机房，采用16045mm8019803图13.7太阳能彩色电视差转机40分贝左右时，即能转播出良好的图案及伴音，场强再强一些，彩色图象也出来了。使用证明，太阳电池电视差转机，性能良好，价格便宜，供电方便，管理简单，很有推广价值，它的主要优点如下：5000~6000电池仅需1800~2000元。五、作为光伏抽水灌溉系统能源10m太阳能光伏阵列直流电太阳能光伏阵列直流电小型分水滴管主出水管贮水箱浮动马达/泵电力调节装置太阳能泵一般可用于需水量较大的场合，可分散设置或靠近用水地点小型分水滴管主出水管贮水箱浮动马达/泵电力调节装置下面以一个示范点为例将1KW太阳能泵抽水费用和同等规格的柴油机进行比较，示范点位于内蒙古达拉特旗，距包头26KM，属伊克昭盟，位于库布齐沙漠边缘，比较如下：12.5250080050060015020m，4~832000m32010m30.05521500300010006104~88m30.070.160.23（97/10）六、太阳电池电源在阴极保护中的应用点是作用进行中没有电流产生；电化学腐蚀是另一类极其广泛的腐在阴极金属溶解变成金属离子进入溶液中阳极）在阴极，流过来的电子被溶液中能吸收电子的物质（D）所接受e-+D——[D、e-]（阴极过程）而与含氧量较少的粘土接触的管道成为阳极区，受到腐蚀。如下图13.8所示：图埋设在结构不同的土壤中的金属管道发生充气不均匀腐蚀因此可通过如图13.9所示的外加电流法来保护金属管道不受腐图13.9外加电流阴极保护示意图1980300W18V6A，能自动跟40TW—500A357七、并网发电太阳能光伏发电系统目前主要用于无电或缺电的边远地区，作为PＶ系ａ——Ｓｉｍ２，（，每年发１００万ＫＷ.h洋煤气与电力公司以及另外几家大型电力公司已经把这个电站并入了电网。八、太阳电池作为信号转换器的应用此外太阳电池还可以作为光电信号的转换器，它与其它光电器件相比，有许多优点：（１）（２）（３）与充电二极管及充电三极管比，它的价格较低，线路简单（４）它比其它光电器件的寿命都长，可达十至二十年１、作为光电开关－４～１０－６作用，这种作用对输入的光信号和输出的电信号不要求有特定的联２、光电流随着光照面积大小的变化而变化的应用。见附图11，13.10电影光学还音系统示意图23456.还音镜头；7.机械隙缝；8.硅光电池３、光电流随光强度的变化而变化的应用光度计，它可以用来检测从极小煤粒或矿物样品中反射出来的光强2800－3000h九．太阳能节能灯（）1.96图所示：图太阳光灯结构框图池向DC－ACDC－AC70（12）太阳电池——蓄电池——控制器——高效直流节能灯之间的最佳匹仿。它是用交流电整流后向蓄电池充电，用蓄电池提供的直流变成20—80KHDC—AC十．太阳能光电房的家用光伏阵列可以放在屋顶或空地上。所以有时也称屋顶光伏计3~10KW）商用电源电度表逆变器商用电源电度表逆变器控制器负载滤波保护装置太阳电池板图无蓄电池系统太阳电池方阵通过DC－AC逆变器直接与电网相联，免除了蓄电池系统