太陽能工作原理

1、一基礎(chǔ)知識(shí)太陽能電池的發(fā)電原理太陽能電池是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置.半導(dǎo)體的光電效應(yīng)所有的物質(zhì)均有原子組成，原子由原子核和圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子組成.半導(dǎo)體 材料在正常狀態(tài)下，原子核和電子緊密結(jié)合（處于非導(dǎo)體狀態(tài)），但在某種外界因 素的刺激下,原子核和電子的結(jié)合力降低，電子擺脫原子核的束搏，成為自由電 子. PN結(jié)合型太陽能電池太陽能電池是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合而成,N型半導(dǎo)體中含有較多的 空穴,而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合時(shí)在結(jié)合處會(huì) 形成電勢當(dāng)芯片在受光過程中，帶正電的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，帶負(fù)電子的電子往 N型區(qū)移動(dòng)，在接上連線和負(fù)載后，

2、就形成電流.（2）太陽能電池種類在現(xiàn)在的太陽能電池產(chǎn)品中，以硅半導(dǎo)體材料為主，其中乂以單晶硅和多晶硅 為代表.由于其原材料的廣泛性，較高的轉(zhuǎn)換效率和可靠性，被市場廣泛接受.非 晶硅在民用產(chǎn)品上也有廣泛的應(yīng)用（如電子手表，計(jì)算器等），但是它的穩(wěn)定性和 轉(zhuǎn)換效率劣于結(jié)晶類半導(dǎo)體材料.化合物太陽能電池由于其材料的稀有性和部 分材料具有公害，現(xiàn)階段未被市場廣泛采用.現(xiàn)在太陽能電池的主流產(chǎn)品的材料是半導(dǎo)體硅，是現(xiàn)代電子工業(yè)的必不可少的材料，同時(shí)以氧化狀態(tài)的硅原料是世界上第二大的儲(chǔ)藏物質(zhì).多晶硅太陽能電池的制造方法太陽能電池關(guān)連的名稱和含義轉(zhuǎn)換效率太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率是指電池將接收到的光能轉(zhuǎn)換成電能的比率

3、標(biāo)準(zhǔn)測試狀態(tài)由于太陽能電池的輸出受太陽能的輻射強(qiáng)度，溫度等自然條件的影響，為了表述 太陽能電池的輸出和評(píng)價(jià)其性能，設(shè)定在太陽能電池板的表面溫度為25度，太陽能輻射強(qiáng)度為1000 w/分光分布AM1.5的模擬光源條件下的測試為標(biāo)準(zhǔn)測試狀態(tài).小知識(shí)晶硅類理論轉(zhuǎn)換效率極限為29%，而現(xiàn)在的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為17吩19%，因此，太陽能電池的技術(shù)上還有很大的發(fā)展空間太陽能電池輸出特性【太陽能電池電流-電壓特性（I-V曲線）】太陽能電池對環(huán)境的貢獻(xiàn)對防止地球溫暖化，減輕對地球環(huán)境的貢獻(xiàn)從太陽能發(fā)電系統(tǒng)排放的二氧化碳，即使是考慮其生產(chǎn)過程的排放量，也絕對少 于傳統(tǒng)的燃料發(fā)電設(shè)備，是防止地球溫暖化的環(huán)保設(shè)

4、備.同時(shí)在發(fā)電時(shí)，不排放 氧化硫，氧化氮等污染物，減輕了對環(huán)境的壓力.例:3 k W太陽能發(fā)電系統(tǒng)對環(huán)境污染物的削減量石油替代量:729L/年減排放CO2能力:540kg-C/年森林面積換算:5544 m2對能源和節(jié)能的貢獻(xiàn)太陽能電池2。2年的發(fā)電量即可收回制造太陽能電池時(shí)使用的電力 獨(dú)立電源太陽能發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)簡介部品名稱：太陽能電池-吸收太陽能，將光能轉(zhuǎn)換成直流電能控制器-控制蓄電池的充放電深度，延長蓄電池壽命.蓄電池-儲(chǔ)存太陽能電池板產(chǎn)生的電能，在必要時(shí)，向負(fù)荷提供直流電力逆變器-將直流輸入電力轉(zhuǎn)換成交流電力輸出二、獨(dú)立電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）總體設(shè)計(jì)思路1）程序圖簡單的來說，太陽能獨(dú)

5、立電源系統(tǒng)的容量是由設(shè)備安裝場所的日照量 ，負(fù)荷的消 費(fèi)電力兩大因素決定.在程序圖內(nèi)還需再適當(dāng)?shù)乜紤]若十安全因素，設(shè)備的效率 等因素.（2）設(shè)計(jì)順序1）確定安裝地點(diǎn)的日照量 Ci （ mWh/cm2.day太陽能獨(dú)立電源系統(tǒng)的太陽能電池方陣為了盡可能多接收日照，通常是按一定的傾角安裝的.一般方陣是以安裝緯度設(shè)置傾角.安裝面日照量的計(jì)算方法：（通常采用查詢當(dāng)?shù)厝照沼涗浄椒ǎ┓?hào)含義Q :水平面的月平均日照量（cal /cm2大day）K1 :日照修正系數(shù)（一般為0.9）1.16 : 單位變換定數(shù)（cal /cm2.day t mWh/cm2）9 :設(shè)置場所的緯度6 :太陽能電池方陣的傾斜度（相對

6、于水平面）a :太陽的月平均赤緯度。赤緯表白注：在南半球時(shí)，上述的符號(hào)相反如果只有日照時(shí)間的數(shù)據(jù)，日照量可以按以下方式進(jìn)行換算：Q = Q0 大（a+b 大 S/So）Qo :大氣圈外的日照量（理論值;1.382kW/ m2） S :被記錄的日照時(shí)間（日出到日 沒時(shí)間）So :可照時(shí)間（日出到日沒時(shí)間）a，b :需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?，緯度，季?jié)而定2）確定負(fù)荷的消費(fèi)電力消費(fèi)電力是負(fù)荷的日平均消費(fèi)電力，為了計(jì)算日平均消費(fèi)電力，必須了 解負(fù)荷的使用時(shí)間.日平均消費(fèi)電力計(jì)算表白畤冏（h ）3）確定太陽能電池板容量 Pm太陽能電池容量計(jì)算按下歹0方式計(jì)算Pm=2400/Q min*PL*1/（K）符號(hào)含義

7、Qi min :前述安裝面日照量 Q的年最小值(mWh/c m2.day)PL :平均消費(fèi)電力(W)K :系數(shù)(K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7*K8*K9)k 1 :充電效率(0.97) k 2 :太陽能電池板臟污系數(shù)(0.9)k 3:電池板溫度補(bǔ)正系數(shù)(0.9) k4:直并聯(lián)接線損失系數(shù) (1)-12V(0.90,24V(0.95)k 5:最佳輸出補(bǔ)正系數(shù)(0.9) k 6:蓄電池充放電效率(0.9)k 7:逆變器效率(視容量和設(shè)備而定)k 8:變壓器效率(視容量和設(shè)備而定)k 9: DC線損(0.95)(參考1 ) PV(太陽能電池輸出)的額定輸出功率是在日照量100m W/c

8、m2,芯片 溫度為25度的條件下測定的，輸出功率是根據(jù)日照的強(qiáng)度發(fā)生變化的.為了區(qū) 別PV和柴油發(fā)電機(jī)的容量標(biāo)志，故用Wp來表示太陽能電池的峰值輸出.(參考2 )假設(shè)在日照為的強(qiáng)度持續(xù)24小時(shí),PV的容量可等同于平均消費(fèi)電力.但是，日 照的時(shí)間不可能是24小時(shí)，同時(shí)受到自然條件的影響(白天，夜間，陰，雨).故設(shè) 計(jì)時(shí)，按公式2,以最小的日照時(shí)間來計(jì)算計(jì)算.假設(shè)在日照量為400Wh/m2.day的情況，相當(dāng)于在1000W/m2勺日照強(qiáng)度4個(gè)小 時(shí)的日照，也就是說，這天除4小時(shí)輸出以外以外，其他時(shí)間的輸出功率為零. 假設(shè)，PV的容量按平均消費(fèi)電力來設(shè)置的話，系統(tǒng)只能帶動(dòng)負(fù)荷4個(gè)小時(shí)的運(yùn) 作.為了保證其他20小時(shí)的負(fù)荷使用，PV的容量的設(shè)置必須放大.其放大倍率 為(100*24/(100*4).故公式(2)的右邊為 2400/Q' m