光伏組件--太陽(yáng)電池基本知識(shí)整理

1、一、 太陽(yáng)電池的基本知識(shí)太陽(yáng)能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，通過(guò)內(nèi)光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。1. 半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常見(jiàn)的半導(dǎo)體元素有:硅（Si 、鍺（Ge ）、硒（Se ）等，常見(jiàn)化合物半導(dǎo)體有：硫化鎘（CdS ）、砷化鎵（GaAs ）等，許多有機(jī)化合物也是半導(dǎo)體。2. 內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體的表面受到太陽(yáng)光照射時(shí)，如果其中有些光子的能量的大于或等于半導(dǎo)體的禁帶寬度，就能使電子掙脫原子核的束縛，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生大量的電子空穴對(duì)。（原子把電子打出金屬的現(xiàn)象是外光電效應(yīng)）3.P 型半導(dǎo)體：在硅晶體中摻入少量三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼），因硼原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，它與周圍原子組成共

2、價(jià)鍵時(shí)，因缺少一個(gè)電子，在晶體中便產(chǎn)生空位，當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱源振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下獲得能量就有可能補(bǔ)充這個(gè)空位，硼原子便形成了不能移動(dòng)的負(fù)離子，原來(lái)硅原子的共價(jià)鍵就會(huì)缺少一個(gè)電子，形成空穴。4.N 型半導(dǎo)體：在硅晶體中摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷），因磷原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，它與周圍原子組成共價(jià)鍵時(shí)，因多一個(gè)電子，在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)多余的電子。多余的電子容易受熱激發(fā)而掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，自由電子移動(dòng)后，在磷原子的位置便留下了一個(gè)不能移動(dòng)的正離子。 P 型半導(dǎo)體 N 型半導(dǎo)體5.PN 結(jié)：在P 型半導(dǎo)體中有許多帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的電離雜質(zhì)。在電場(chǎng)的作用下，空穴是可以

3、移動(dòng)的，而電離雜質(zhì)（離子）是固定不動(dòng)的。N 型半導(dǎo)體中有許多可動(dòng)的負(fù)電子和固定的正離子。當(dāng)P 型和N 型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面附近空穴從P 型半導(dǎo)體向N 型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電子從N 型半導(dǎo)體向P 型半導(dǎo)體擴(kuò)散?？昭ê碗娮酉嘤龆鴱?fù)合，載流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱為空間電荷區(qū)。P 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是負(fù)離子，N 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是正離子。正負(fù)離子在界面附近產(chǎn)生電場(chǎng)，這電場(chǎng)阻止載流子進(jìn)一步擴(kuò)散，達(dá)到平衡。 PN 結(jié)的形成6.PN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕涸赑N 結(jié)上外加一電壓，如果P 型一邊接正極，N 型一邊接負(fù)極，電流便從P 型一邊流向N

4、型一邊，空穴和電子都向界面運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，電流可以順利通過(guò)。如果N 型一邊接外加電壓的正極，P 型一邊接負(fù)極，則空穴和電子都向遠(yuǎn)離界面的方向運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過(guò)。6. 太陽(yáng)電池發(fā)電原理：照到太陽(yáng)電池上的太陽(yáng)光線，一部分被太陽(yáng)電池上表面反射掉，另一部分被太陽(yáng)電池吸收，還有少量透過(guò)太陽(yáng)電池。在被太陽(yáng)電池吸收的光子中，那些能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子，可以使得半導(dǎo)體中原子的價(jià)電子受到激發(fā)，在P 區(qū)、空間電荷區(qū)和N 區(qū)都會(huì)產(chǎn)生光生電子空穴對(duì)，也稱光生載流子。這樣形成的電子空穴對(duì)由于熱運(yùn)動(dòng)，向各個(gè)方向遷移。光生電子空穴對(duì)在空間電荷區(qū)中產(chǎn)生后，立即被內(nèi)建電場(chǎng)分離，光生電子被推進(jìn)N

5、區(qū)，光生空穴被推進(jìn)P 區(qū)。在空間電荷區(qū)邊界處總的載流子濃度近似為0。在N 區(qū)，光生電子空穴對(duì)產(chǎn)生后，光生空穴便向P N 結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦到達(dá)P N 結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場(chǎng)的作用，在電場(chǎng)力作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，越過(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入P 區(qū)，而光生電子（多數(shù)載流子）則被留在N 區(qū)。P 區(qū)中的光生電子也會(huì)向P N 結(jié)邊界擴(kuò)散，并在到達(dá)P N 結(jié)邊界后，同樣由于受內(nèi)建電場(chǎng)的作用而在電場(chǎng)力作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入N 區(qū)，而光生空穴（多數(shù)載離子）則被留在P 區(qū)。因此，在P N 結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生了正、負(fù)電荷的積累，形成與內(nèi)建電場(chǎng)相反的光生電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)除了一部分抵消內(nèi)建電場(chǎng)以外，還使P 型層帶正電，N 層帶負(fù)電，因此

6、產(chǎn) 生了光生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏打效應(yīng)。 太陽(yáng)電池的工作原理7. 太陽(yáng)電池的分類： 單晶硅、多晶硅 太硅太陽(yáng)電池 非晶硅、微晶硅 陽(yáng)HIT 電池 電單晶化合物（砷化鎵GaAs ） 池化合物太陽(yáng)電池多晶化合物電池（碲化鎘CdTe ）8. 硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)： 電池結(jié)構(gòu) 組件結(jié)構(gòu)9. 光伏組件組成結(jié)構(gòu)及作用：鋼化玻璃 ：保護(hù)發(fā)電主體（如電池片），透光，選用是有要求的， 1.透光率必須高（一般91%以上）；2. 超白鋼化處理。EVA ：用來(lái)粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片）。電池片：發(fā)電EVA ：粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板背板：密封、絕緣、防水（般都用TPT 、TPE 等材質(zhì)必須耐老化）鋁合金：保護(hù)層

7、壓件，起一定的密封、支撐作用 接線盒：保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開(kāi)短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同硅膠：密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處二、 光伏組件基本參數(shù)太陽(yáng)電池標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：測(cè)試條件：AM1.5，1000W/， 25 輸出功率誤差：±5% AM1.5指光譜, AM 的意思是air-mass （大氣質(zhì)量），就是光線通過(guò)大氣的實(shí)際距離比上大氣的垂直厚度。AM1.5就是光線通過(guò)大氣的實(shí)際距離為大氣垂直厚度的1.5倍。 1000W/ 是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試太陽(yáng)電池

8、的光線的輻照度。當(dāng)受到光照的太陽(yáng)電池接上負(fù)載時(shí)，光生電流流經(jīng)負(fù)載，并在負(fù)載兩端產(chǎn)生端壓，這時(shí)可以使用一個(gè)等效電路來(lái)描述太陽(yáng)電池的工作情況。圖中把太陽(yáng)電池看成穩(wěn)定產(chǎn)生光電流I L 的電流源（假設(shè)光源穩(wěn)定），與之并聯(lián)的有一個(gè)處于正偏壓下的二極管及一個(gè)并聯(lián)電阻R sh ，顯然，二極管的正向電流I D 和旁路電流I sh 都是靠I L 提供的，剩余的光電流經(jīng)過(guò)一個(gè)串聯(lián)電阻Rs 流入負(fù)載R L 。 由等效電路可得，當(dāng)流入負(fù)載L R 的電流為I ，負(fù)載端壓為V 時(shí)，sh L s AkT IR V q L sh D L R R R I e I I I I I I s (1 (0+- -=-=+L IR V

9、=I LR sp-n 結(jié)太陽(yáng)電池等效電路圖當(dāng)負(fù)載L R 從0變化到無(wú)窮的時(shí)候，就可以根據(jù)上式畫(huà)出太陽(yáng)電池的負(fù)載特性曲線（伏安特性曲線）。曲線上的每一點(diǎn)稱為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)和原點(diǎn)的連線稱為負(fù)載線，斜率為1/RL ，工作點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)即為相應(yīng)的工作電壓和工作電流。若改變負(fù)載電阻L R 到達(dá)某一個(gè)特定值m R ，此時(shí)，在曲線上得到一個(gè)點(diǎn)M ，對(duì)應(yīng)的工作電流與工作電壓之積最大（m m m V I P =），我們就稱這點(diǎn)M 為該太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)，其中，m I 為最佳工作電流，m V 為最佳工作電壓，m R 為最佳負(fù)載電阻，m P 為最大輸出功率。 主要參數(shù)包括：開(kāi)路電壓oc V ，短路電流sc I

10、 ，最佳工作電壓m V ，最佳工作電流m I ，最大功率m P ，填充因子FF ，串聯(lián)電阻s R ，并聯(lián)電阻sh R 和電池效率。1. 開(kāi)路電壓oc V ，短路電流sc I 的計(jì)算測(cè)量得到的曲線與V 、I 兩軸的交點(diǎn)即開(kāi)路電壓oc V ，短路電流sc I 。2. 最佳工作電壓m V ，最佳工作電流m I ，最大功率m P 的計(jì)算一般情況下，直接求m P 會(huì)有一些麻煩。所以，可以在計(jì)算機(jī)上按照步長(zhǎng)，求得每一點(diǎn)的IV P =，然后直接取其中的最大值就是m P 了。這時(shí)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流也就是最佳工作電壓m V ，最佳工作電流m I 。3. 填充因子FF 的計(jì)算最大功率（m P ）與開(kāi)路電壓短

11、路電流之積（sc oc I V ）的比值就稱為填充因子（FF ），圖中所表示的就是四邊形m m MV OI 與四邊形oc sc AV OI 面積之比。 O V mV oc I m I scVI太陽(yáng)電池負(fù)載特性曲線FF = Pm V I = m m Voc I sc Voc I sc 填充因子是表征太陽(yáng)電池性能的優(yōu)劣的重要參數(shù)之一，它的值越高，表明太 陽(yáng)電池輸出特性越趨于矩形，電池的光電轉(zhuǎn)換效率越高。 4. 太陽(yáng)電池效率h 的計(jì)算 在太陽(yáng)電池受到光照時(shí)， 輸出電功率和入射光功率之比就稱為太陽(yáng)電池的效 率，也稱為光電轉(zhuǎn)換效率。 h= Pm I V FF × I sc Voc = m m

12、= = At Pin At Pin At Pin FF × I sc Voc ¥ hc At ò F (l dl 0 l 其中， At 為太陽(yáng)電池總面積（包括柵線圖形面積） ?？紤]到柵線并不產(chǎn)生 光電，所以可以把 At 換成有效面積 Aa （也稱為活性面積） ，即扣除了柵線圖形面 積后的面積，同時(shí)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換效率要高一些。 Pin = ò F (l 0 ¥ hc l dl ，為單位面 積的入射光功率。實(shí)際測(cè)量時(shí)， Pin 取標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)：AM 1.5 條件，即在 25下， Pin = 100mW / cm2 。 三、 光伏組件常用參數(shù) 電氣參數(shù)：

13、 最大輸出功率 Pm（Wp） 、功率誤差（%） 最佳工作電壓 Vmp（V） 、最佳工作電流 Imp（A） 開(kāi)路電壓 Uoc（V） 、短路電流 Isc（A） 電池片轉(zhuǎn)換效率 c（%） 最大系統(tǒng)電壓（V） 、工作溫度（） 最大功率溫度系數(shù) Tk(Pm 開(kāi)路電壓溫度系數(shù) Tk(Voc 短路電流溫度系數(shù) Tk(Isc 機(jī)械參數(shù)： 電纜線規(guī)格 斷層結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品尺寸 產(chǎn)品重量 可抗風(fēng)壓 產(chǎn)品壽命 四、 規(guī)格表樣例 光伏組件（太陽(yáng)能電池板）規(guī)格表 峰值 峰值 峰值 開(kāi)路 短路 功率 電壓 電流 電壓 電流 Pm Vmp Imp Voc Isc (watt (V (A (V (A 5 5 10 10 15 20

14、 20 25 30 30 35 40 40 45 50 50 55 60 60 65 70 75 80 80 85 90 90 100 100 17.3 0.29 21.6 0.35 17.3 0.29 21.6 0.35 17.2 0.58 17.2 0.58 22 22 0.66 0.66 尺寸 (mm 249x235x30 216x362x30 359x296x30 294x362x30 528x296x30 341x550x30 548x358x30 434x550x30 622x550x30 413x676x30 622x550x30 624x552x30 530x676x30 81

15、1x552x30 811x552x30 764x676x30 830x552x30 1186x552x30 764x676x30 1186x552x30 1186x552x30 1186x552x30 1196x556x30 1016x676x35 1196x556x30 1068x806x35 1016x676x35 1068x806x35 1466x676x35 型號(hào) 材料 APM36M5W25x24 APM36P5W22x36 APM36M10W36x30 APM36P10W29x36 APM36M15W53x30 APM36M20W34x55 APM36P20W55x36 APM36M

16、25W43x55 APM36M30W62x55 APM36P30W41x68 APM36M35W62x55 APM36M40W62x55 APM36P40W53x68 APM36M45W81x55 APM36M50W81x55 APM36P50W76x68 APM36M55W83x55 APM36M60W119x55 APM36P60W76x68 APM36M65W119x55 APM36M70W119x55 APM36M75W119x55 APM36M80W120x56 APM36P80W102x68 APM36M85W120x56 APM36M90W107x81 APM36P90W102x

17、68 APM36M100W107x81 APM36P100W147x68 單晶硅 多晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 單晶硅 多晶硅 單晶硅 多晶硅 17.4 0.86 21.5 0.98 17.2 1.17 21.6 1.62 17.2 1.17 21.6 1.62 17.3 1.45 21.6 1.72 17.2 1.75 21.6 1.95 17.2 1.75 21.6 1.95 17.3 2.02 21.5 17.5 17.5 17

18、.2 17.3 17.3 2.3 2.3 2.6 2.9 2.9 21.6 21.6 21.7 21.5 21.5 2.3 2.5 2.5 2.9 3.2 3.2 3.5 4 17.4 3.16 21.7 17.2 17.2 17.5 17.2 3.5 3.5 3.7 4.1 21.7 21.7 4.02 21.6 3.82 21.4 4.8 5.1 5 5 5.3 5.5 5.5 6.6 16.8 4.46 21.7 17.2 4.65 21.6 17.2 4.65 21.6 17.6 4.83 17.6 17.6 18 18 5.1 5.1 22 21.7 21.7 5.56 21.6 5.56 2