新能源发电技术 电子课件 4.4 太阳能光伏发电技术

4.4太阳能光伏发电技术任课老师：2018年06月30日目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统1839年——发现光电效应1883年——第一个光伏器件1974年——第一个具有实用价值的单晶硅太阳能电池，效率6%1985年——能量转化效率第一次超过20%1990年——太阳能电池与建筑物结合，BIPV4.4.1太阳能电池目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统4.4.2.1

P型半导体和N型半导体-能带理论单个原子中的电子在绕核运动时，在各个轨道上的电子都各自具有特定的能量越靠近核的轨道，电子能量越低根据能量最小原理电子总是优先占有最低能级价电子所占据的能带称为价带价带的上面有一个禁带，禁带中不存在为电子所占据的能级禁带之上则为导带，导带中的能级就是价电子挣脱共价键束缚而成为自由电子所能占据的能级禁带宽度用Eg表示，其值与半导体的材料及其所处的温度等因素有关。T=300K时，硅的Eg=1.1eV；锗的Eg=0.72eV。

4.4.2.1

P型半导体和N型半导体-形成原理N型P型4.4.2.2

p-n节的形成电子、空穴浓度扩散电子、空穴耗尽3、5价原子留在原地形成内建电场掺杂浓度大，内建电场强4.4.2.3光生伏特效应光照时价带电子被激发到导带p-n两侧都会出现电子空穴对电子空穴对被内建电场分离p-n结两侧形成了正负电荷的积累——光生电压外接负载形成电流——光生伏特效应短路电流、开路电压目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统4.4.3.1太阳能电池的工作特性-输出特性I0：饱和电流密度；q：电子电荷；T：热力学温度；K：波尔茨曼常数；IL：光生电流（理想情况的短路电流）太阳能电池的电流-电压特性的关系式：光生电流计算公式：A：横截面积；q：电子电荷；G：电子-空穴对产生率；W：耗尽区长度；Le、Lh：p型区、n型区扩散长度4.4.3.1太阳能电池的工作特性-输出特性令I=0，得到理想情况下开路电压VOC：

填充因子FF：Vmp、Imp太阳能电池输出功率最大时的工作电压和工作电流能量转换效率η：目前商用单晶硅太阳能电池的能量转换效率在18%~24%4.4.3.2极限效率和效率损失-极限效率

FF为Voc的函数，Voc越大，η越大

由要得到较大的开路电压

Voc，I0需尽可能小，故要计算Voc的最大值，需要求得

I0的最小值。对于硅，最大Voc约为700mV，相应的最高填充因子FF为0.84，再结合最大短路电流

Isc，可得到最高转换效率约为

29.1%

4.4.3.2极限效率和效率损失-效率损失1.短路电流损失

（1）裸露的硅的表面反射率很高。可以使用减反射膜来减少这种表面反射损失；（2）在太阳能电池p型和n型两端制作的电极会遮住5%~15%的光照；（3）电池不够厚，有些强烈的光线将直接穿出太阳能电池板，变成热量使电池升温。4.4.3.2极限效率和效率损失-效率损失2.开路电压损失

决定开路电压Voc的主要因素是半导体中的复合。复合过程释放能量，不利于光电转换。半导体中的复合速度越高，开路电压就越小。然而在内建电场的作用下，p-n节耗尽区的复合速度很大，会造成开路电压的损失4.4.3.2极限效率和效率损失-损失3.温度影响

随温度升高，VOC近似线性地减小，光电转换效率随着温度的升高而降低对于硅太阳能电池来说，温度每升高1℃，输出功率将减少0.4%~0.5%。目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统4.4.4几种典型的太阳能电池晶体硅太阳能电池

目前主流应用分为单晶硅、多晶硅单晶硅要求浓度高掺杂浓度大，内建电场强多晶硅效率低、生产简单多个封装组成组件4.4.4几种典型的太阳能电池硅薄膜太阳能电池

非晶硅排列无序pin结构（添加i层）

大规模生产成本低效率比较低轻薄可扭曲4.4.4几种典型的太阳能电池

带隙宽度好转化效率高

多种方法生产电流沉积法生产较经济碲化镉（CdTe）太阳能电池4.4.4几种典型的太阳能电池

铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池成本低转化效率高

可通过改变配比适应光照条件外观美观稀有金属限制产量目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统4.4.5太阳能光伏发电系统-系统组成

太阳能电池储能电池

逆变器系统保护4.4.5太阳能光伏发电系统-分类

将电网视为储能电池

多电上网，少电从网上取成本低、技术成熟独立型并网型借助储能电池

设计寿命较短仍需进一步研究4.4.5太阳能光伏发电系统-光