光生伏特效應簡稱為光伏效應

1、光生伏特效應簡稱為光伏效應，指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同 部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種電位差的機理有好幾種， 主要的一種是由于阻擋層的存在。 以下以 P-N 結(jié)為例說明。熱平衡態(tài)下的P-N結(jié)同質(zhì)結(jié)可用一塊半導體經(jīng)摻雜形成 P區(qū)和N區(qū)。由于雜質(zhì)的激 活能量 E很小，在室溫下雜質(zhì)差不多都電離成受主離子 NA-和施主離子ND+在PN 區(qū)交界面處因存在載流子的濃度差， 故彼此要向?qū)Ψ綌U散。 設想在結(jié)形成的一瞬間， 在N區(qū)的電子為多子，在 P區(qū)的電子為少子，使電子由 N區(qū)流入P區(qū)，電子與空穴 相遇又要發(fā)生復合，這樣在原來是 N區(qū)的結(jié)面附近電子變得很少，剩下未經(jīng)中和的 施主離子ND形

2、成正的空間電荷。同樣，空穴由 P區(qū)擴散到N區(qū)后，由不能運動的 受主離子NA-形成負的空間電荷。在P區(qū)與N區(qū)界面兩側(cè)產(chǎn)生不能移動的離子區(qū) （也 稱耗盡區(qū)、空間電荷區(qū)、阻擋層），于是出現(xiàn)空間電偶層，形成內(nèi)電場（稱內(nèi)建電 場）此電場對兩區(qū)多子的擴散有抵制作用，而對少子的漂移有幫助作用，直到擴散 流等于漂移流時達到平衡，在界面兩側(cè)建立起穩(wěn)定的內(nèi)建電場。P-N 結(jié)能帶與接觸電勢差：在熱平衡條件下，結(jié)區(qū)有統(tǒng)一的 EF;在遠離結(jié)區(qū)的部位，EC EF、Ev之間 的關(guān)系與結(jié)形成前狀態(tài)相同。從能帶圖看，N型、P型半導體單獨存在時，EFN與EFP有一定差值。當N 型與P型兩者緊密接觸時，電子要從費米能級高的一方向費

3、米能級低的一方流動， 空穴流動的方向相反。同時產(chǎn)生內(nèi)建電場，內(nèi)建電場方向為從N區(qū)指向P區(qū)。在內(nèi)建電場作用下，EFN將連同整個N區(qū)能帶一起下移，EFP將連同整個P區(qū)能帶一起上 移，直至將費米能級拉平為 EFN=EF，P 載流子停止流動為止。在結(jié)區(qū)這時導帶與價帶則發(fā)生相應的彎曲，形成勢壘。勢壘高度等于N型、P型半導體單獨存在時費米能級之差：qUD=EFN-EFP得UD=(EFN-EFP)/qq：電子電量UD接觸電勢差或內(nèi)建電勢對于在耗盡區(qū)以外的狀態(tài)：UD=(KT/q)ln(NAND/ni2)NA、 ND、 ni ：受主、施主、本征載流子濃度?？梢奤D與摻雜濃度有關(guān)。在一定溫度下，P-N結(jié)兩邊摻雜濃

4、度越高，UD越大。禁帶寬的材料，ni較小，故UD也大。光照下的 P-N 結(jié)P-N 結(jié)光電效應：當 P-N 結(jié)受光照時， 樣品對光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢壘阻擋而不能過結(jié)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(少子)擴散到結(jié)電場附近時能在內(nèi)建電場作用下漂移過結(jié)。光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，即電子空穴對被內(nèi)建電場分離。這導致在 N區(qū)邊界附近有光生電子積累，在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個與熱平衡 P-N 結(jié)的內(nèi)建電場方向相反的光生電場，

5、其方向由 P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢壘降低，其減小量即光生電勢差，P端正，N端負。于是有結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū)，其方向與光電流相反。實際上，并非所產(chǎn)生的全部光生載流子都對光生電流有貢獻。設N區(qū)中空穴在壽命t p的時間內(nèi)擴散距離為Lp, P區(qū)中電子在壽命t n的時間內(nèi)擴散距離為Ln。 Ln+Lp=L遠大于P-N結(jié)本身的寬度。故可以認為在結(jié)附近平均擴散距離L內(nèi)所產(chǎn)生的光生載流子都對光電流有貢獻。而產(chǎn)生的位置距離結(jié)區(qū)超過L的電子空穴對，在擴散過程中將全部復合掉，對 P-N 結(jié)光電效應無貢獻。光照下的 P-N 結(jié)電流方程：與熱平衡時比較，有光照時， P-N 結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生一個附加電流(光電流) Ip ，其方向

6、與P-N結(jié)反向飽和電流10相同，一般Ip 10。此時l=IOeqU/KT- (10+lp)令I(lǐng)p=SE，則l=l0eqU/KT - (l0+SE)開路電壓 Uoc：光照下的P-N結(jié)外電路開路時P端對N端的電壓，即上述電流方程中1=0 時的U值：0=I0eqU/KT - (I0+SE)短路電流 Isc ：光照下的P-N結(jié)，外電路短路時，從P端流出，經(jīng)過外電路，從 N端流入的電流稱為短路電流Isc。即上述電流方程中U=0時的I值，得Isc二SE。Uoc與Isc是光照下P-N結(jié)的兩個重要參數(shù)，在一定溫度下，Uoc與光照度E成對數(shù)關(guān)系，但最大值不超過接觸電勢差UD弱光照下，Isc與E有線性關(guān)系。a）無

7、光照時熱平衡態(tài)，NP型半導體有統(tǒng)一的費米能級，勢壘高度為qUD二EFN-EFPb）穩(wěn)定光照下P-N結(jié)外電路開路，由于光生載流子積累而出現(xiàn)光生電壓Uoc不再有統(tǒng)一費米能級，勢壘高度為 q（UD-Uoc）。c）穩(wěn)定光照下P-N結(jié)外電路短路，P-N結(jié)兩端無光生電壓，勢壘高度為qUD光生電 子空穴對被內(nèi)建電場分離后流入外電路形成短路電流。d）有光照有負載，一部分光電流在負載上建立起電壓Uf,另一部分光電流被P-N結(jié)因正向偏壓引起的正向電流抵消，勢壘高度為 q（UD-Uf） 。眾所周知，利用太陽能有許多優(yōu)點，光伏發(fā)電將為人類提供主要的能源，但目前來講，要使太陽能發(fā)電具有較大的市場，被廣大的消費者接受，提

8、高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本應該是我們追求的最大目標，從目前國際太陽電池的發(fā)展過程可以看出其發(fā)展趨勢為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄 膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。從工業(yè)化發(fā)展來看，重心已由單晶向多晶方向發(fā) 展，主要原因為； 1 可供應太陽電池的頭尾料愈來愈少； 2 對太陽電池來講，方 形基片更合算， 通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料； 3多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進展，全自動澆鑄爐每生產(chǎn)周期（ 50 小時）可生產(chǎn) 200公斤以上的硅錠， 晶粒的尺寸達到厘米級； 4 由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展 很快，其中工藝也被應用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如

9、選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場、 腐蝕絨面、表面和體鈍化、細金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降 低到 50 微米，高度達到 15 微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮 短工藝時間，單片熱工序時間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在 100 平方厘米的 多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過14%。據(jù)報道，目前在 5060微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過 16。利用機械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在 1 00平方厘米多晶 上效率超過 17%，無機械刻槽在同樣面積上效率達到16%，采用埋柵結(jié)構(gòu)， 機械刻槽在 130平方厘米的多晶上電池效率達到 15.8%。下面從兩個方面對多晶硅電池的工藝技術(shù)進行討

10、論。2. 實驗室高效電池工藝實驗室技術(shù)通常不考慮電池制作的成本和是否可以大規(guī)?；a(chǎn)， 僅僅研究 達到最高效率的方法和途徑，提供特定材料和工藝所能夠達到的極限。2.1 關(guān)于光的吸收對于光吸收主要是：（ 1 ）降低表面反射；（2）改變光在電池體內(nèi)的路徑；（3）采用背面反射。對于單晶硅，應用各向異性化學腐蝕的方法可在（100）表面制作金字塔狀的絨面結(jié)構(gòu)，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏離（100）面，采用上面的方法無法作出均勻的絨面，目前采用下列方法1 激光刻槽用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔結(jié)構(gòu)，在 500900nm光譜 范圍內(nèi)，反射率為46%,與表面制作雙層減反射膜相當。而在（100）

11、面單晶硅 化學制作絨面的反射率為 11。用激光制作絨面比在光滑面鍍雙層減反射膜層（ZnS/MgF2電池的短路電流要提高 4%左右，這主要是長波光（波長大于 800nm） 斜射進入電池的原因。激光制作絨面存在的問題是在刻蝕中，表面造成損傷同時引 入一些雜質(zhì)，要通過化學處理去除表面損傷層。該方法所作的太陽電池通常短路電 流較高，但開路電壓不太高，主要原因是電池表面積增加，引起復合電流提高。2 化學刻槽應用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蝕，腐蝕液可為酸性腐蝕液，也可為濃度較高的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，該方法無法形成各向異性腐蝕所形成的那種 尖錐狀結(jié)構(gòu)。據(jù)報道，該方法所形成的絨面對700103

12、0微米光譜范圍有明顯的減反射作用。但掩膜層一般要在較高的溫度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特別 對質(zhì)量較低的多晶材料，少子壽命縮短。應用該工藝在225cm2的多晶硅上所作電池 的轉(zhuǎn)換效率達到 16.4%。掩膜層也可用絲網(wǎng)印刷的方法形成。3 反應離子腐蝕（ RIE）該方法為一種無掩膜腐蝕工藝，所形成的絨面反射率特別低，在 4501000 微米光譜范圍的反射率可小于 2 % 。僅從光學的角度來看，是一種理想的方法，但 存在的問題是硅表面損傷嚴重，電池的開路電壓和填充因子出現(xiàn)下降。4 制作減反射膜層 對于高效太陽電池，最常用和最有效的方法是蒸鍍 Zn S/MgF2雙層減反射膜,其最佳厚度取決于下面

13、氧化層的厚度和電池表面的特征，例如，表面是光滑面還是絨面，減反射工藝也有蒸鍍 Ta2O5, PECV沉積Si3N3等。ZnO導電膜也可作為減反 材料。2.2 金屬化技術(shù)在高效電池的制作中， 金屬化電極必須與電池的設計參數(shù)， 如表面摻雜濃度、 PN結(jié)深，金屬材料相匹配。實驗室電池一般面積比較?。娣e小于4cm2，所以需要細金屬柵線（小于 10 微米），一般采用的方法為光刻、電子束蒸發(fā)、電子鍍。工 業(yè)化大生產(chǎn)中也使用電鍍工藝， 但蒸發(fā)和光刻結(jié)合使用時， 不屬于低成本工藝技術(shù)。1 電子束蒸發(fā)和電鍍通常，應用正膠剝離工藝，蒸鍍 Ti/Pa/Ag 多層金屬電極，要減小金屬電極 所引起的串聯(lián)電阻，往往需要

14、金屬層比較厚（810微米）。缺點是電子束蒸發(fā)造 成硅表面 /鈍化層介面損傷，使表面復合提高，因此，工藝中，采用短時蒸發(fā) Ti/Pa 層，在蒸發(fā)銀層的工藝。另一個問題是金屬與硅接觸面較大時，必將導致少子復合 速度提高。工藝中，采用了隧道結(jié)接觸的方法，在硅和金屬成間形成一個較薄的氧 化層（一般厚度為 20微米左右）應用功函數(shù)較低的金屬 （如鈦等）可在硅表面感應一 個穩(wěn)定的電子積累層 （也可引入固定正電荷加深反型 ）。另外一種方法是在鈍化層上 開出小窗口（小于 2微米），再淀積較寬的金屬柵線 （通常為 10微米），形成 mushroom like 狀電極，用該方法在 4cm2 Mc-Si 上電池的轉(zhuǎn)

15、換效率達到 17.3。目前，在 機械刻槽表面也運用了 Shallow angle （oblique） 技術(shù)2.3 PN 結(jié)的形成技術(shù)1 發(fā)射區(qū)形成和磷吸雜 對于高效太陽能電池， 發(fā)射區(qū)的形成一般采用選擇擴散， 在金屬電極下方形成重雜質(zhì)區(qū)域而在電極間實現(xiàn)淺濃度擴散，發(fā)射區(qū)的淺濃度擴散即增強了電池對藍 光的響應，又使硅表面易于鈍化。擴散的方法有兩步擴散工藝、擴散加腐蝕工藝和 掩埋擴散工藝。目前采用選擇擴散，15Xl5cm2電池轉(zhuǎn)換效率達到16.4%, n+、n+ 區(qū)域的表面方塊電阻分別為 20Q和80Q .對于 McSi 材料，擴磷吸雜對電池的影響得到廣泛的研究，較長時間的磷吸雜過程（一般34小時

16、），可使一些 Mc-Si的少子擴散長度提高兩個數(shù)量級。 在對襯底濃度對吸雜效應的研究中發(fā)現(xiàn)，即便對高濃度的襯第材料，經(jīng)吸雜也能夠 獲得較大的少子擴散長度（大于 200微米），電池的開路電壓大于 638mv, 轉(zhuǎn)換效 率超過 17。2 背表面場的形成及鋁吸雜技術(shù)在 Mc-Si 電池中，背 p+p 結(jié)由均勻擴散鋁或硼形成，硼源一般為BN、 BBr、APCVD SiO2 B2O8等，鋁擴散為蒸發(fā)或絲網(wǎng)印刷鋁，800度下燒結(jié)所完成，對鋁吸雜的作用也開展了大量的研究，與磷擴散吸雜不同，鋁吸雜在相對較低的溫度下進 行。其中體缺陷也參與了雜質(zhì)的溶解和沉積，而在較高溫度下，沉積的雜質(zhì)易于溶 解進入硅中， 對

17、Mc-Si 產(chǎn)生不利的影響。 到目前為至， 區(qū)域背場已應用于單晶硅電 池工藝中，但在多晶硅中，還是應用全鋁背表面場結(jié)構(gòu)。3 雙面 Mc-Si 電池Mc Si雙面電池其正面為常規(guī)結(jié)構(gòu)，背面為 N+和P+相互交叉的結(jié)構(gòu)，這 樣，正面光照產(chǎn)生的但位于背面附近的光生少子可由背電極有效吸收。背電極作為 對正面電極的有效補充，也作為一個獨立的栽流子收集器對背面光照和散射光產(chǎn)生 作用，據(jù)報道，在AM1.5條件下，轉(zhuǎn)換效率超過19%。2.4 表面和體鈍化技術(shù)對于 McSi ，因存在較高的晶界、點缺陷（空位、填隙原子、金屬雜質(zhì)、 氧、氮及他們的復合物）對材料表面和體內(nèi)缺陷的鈍化尤為重要，除前面提到的吸 雜技術(shù)外

18、，鈍化工藝有多種方法，通過熱氧化使硅懸掛鍵飽和是一種比較常用的方 法，可使 Si-SiO2 界面的復合速度大大下降， 其鈍化效果取決于發(fā)射區(qū)的表面濃度、 界面態(tài)密度和電子、空穴的浮獲截面。在氫氣氛中退火可使鈍化效果更加明顯。采 用PECVDI積氮化硅近期正面十分有效，因為在成膜的過程中具有加氫的效果。該 工藝也可應用于規(guī)?；a(chǎn)中。應用Remote PECVD Si3N4可使表面復合速度小于20cm/s。3 工業(yè)化電池工藝太陽電池從研究室走向工廠， 實驗研究走向規(guī)模化生產(chǎn)是其發(fā)展的道路， 所 以能夠達到工業(yè)化生產(chǎn)的特征應該是：1 電池的制作工藝能夠滿足流水線作業(yè)；2 能夠大規(guī)模、現(xiàn)代化生產(chǎn)；3

19、 達到高效、低成本。當然，其主要目標是降低太陽電池的生產(chǎn)成本。 目前多晶硅電池的主要發(fā)展 方向朝著大面積、薄襯底。例如，市場上可見到125Xl25mm2 150Xl50mm2甚至更大規(guī)模的單片電池， 厚度從原來的 300微米減小到目前的 250、200及 200微米以下。 效率得到大幅度的提高。日本京磁（Kyocera）公司150X 150的電池小批量生產(chǎn)的 光電轉(zhuǎn)換效率達到 17.1%，該公司 1998 年的生產(chǎn)量達到 25.4MW。1 ）絲網(wǎng)印刷及其相關(guān)技術(shù) 多晶硅電池的規(guī)?；a(chǎn)中廣泛使用了絲網(wǎng)印刷工藝， 該工藝可用于擴散源的印刷、正面金屬電極、背接觸電極，減反射膜層等，隨著絲網(wǎng)材料的改

20、善和工藝 水平的提高，絲網(wǎng)印刷工藝在太陽電池的生產(chǎn)中將會得到更加普遍的應用。a. 發(fā)射區(qū)的形成利用絲網(wǎng)印刷形成PN結(jié)，代替常規(guī)的管式爐擴散工藝。一般在多晶硅的正 面印刷含磷的漿料、在反面印刷含鋁的金屬漿料。印刷完成后，擴散可在網(wǎng)帶爐中 完成（通常溫度在 900 度），這樣，印刷、烘干、擴散可形成連續(xù)性生產(chǎn)。絲網(wǎng)印 刷擴散技術(shù)所形成的發(fā)射區(qū)通常表面濃度比較高，則表面光生載流子復合較大，為 了克服這一缺點，工藝上采用了下面的選擇發(fā)射區(qū)工藝技術(shù)，使電池的轉(zhuǎn)換效率得 到進一步的提高。b. 選擇發(fā)射區(qū)工藝在多晶硅電池的擴散工藝中，選擇發(fā)射區(qū)技術(shù)分為局部腐蝕或兩步擴散法。 局部腐蝕為用干法（例如反應離子腐

21、蝕）或化學腐蝕的方法，將金屬電極之間區(qū)域 的重擴散層腐蝕掉。最初， Solarex 應用反應離子腐蝕的方法在同一臺設備中，先 用大反應功率腐蝕掉金屬電極間的重摻雜層，再用小功率沉積一層氮化硅薄膜，該 膜層發(fā)揮減反射和電池表面鈍化的雙重作用。在100cm2的多晶上作出轉(zhuǎn)換效率超過13的電池。在同樣面積上，應用兩部擴散法，未作機械絨面的情況下轉(zhuǎn)換效率達 到 16。c. 背表面場的形成背PN結(jié)通常由絲網(wǎng)印刷A漿料并在網(wǎng)帶爐中熱退火后形成，該工藝在形成 背表面結(jié)的同時，對多晶硅中的雜質(zhì)具有良好的吸除作用，鋁吸雜過程一般在高溫區(qū)段完成，測量結(jié)果表明吸雜作用可使前道高溫過程所造成的多晶硅少子壽命的下 降得

22、到恢復。良好的背表面場可明顯地提高電池的開路電壓。d. 絲網(wǎng)印刷金屬電極在規(guī)模化生產(chǎn)中， 絲網(wǎng)印刷工藝與真空蒸發(fā)、 金屬電鍍等工藝相比， 更具有 優(yōu)勢，在目前的工藝中，正面的印刷材料普遍選用含銀的漿料，其主要原因是銀具 有良好的導電性、可焊性和在硅中的低擴散性能。經(jīng)絲網(wǎng)印刷、退火所形成的金屬 層的導電性能取決于漿料的化學成份、玻璃體的含量、絲網(wǎng)的粗糟度、燒結(jié)條件和 絲網(wǎng)版的厚度。八十年度初，絲網(wǎng)印刷具有一些缺陷，i）如柵線寬度較大，通常大于150微米；ii ）造成遮光較大，電池填充因子較低；iii ）不適合表面鈍化，主要是 表面擴散濃度較高，否則接觸電阻較大。目前用先進的方法可絲網(wǎng)印出線寬達

23、50 微米的柵線，厚度超過15微米，方塊電阻為2.54mQ，該參數(shù)可滿足高效電池的 要求。有人在15X 15平方厘米的Me Si上對絲網(wǎng)印刷電極和蒸發(fā)電極所作太陽電 池進行了比較，各項參數(shù)幾乎沒有差距。4 結(jié)束語多晶硅電池的制作工藝不斷向前發(fā)展， 保證了電池的效率不斷提高， 成本下 降，隨著對材料、器件物理、光學特性認識的加深，導致電池的結(jié)構(gòu)更趨合理，實 驗室水平和工業(yè)化大生產(chǎn)的距離不斷縮小。絲網(wǎng)印刷和埋柵工藝為高效、低成本電 池發(fā)揮了主要作用， 高效 MeSi 電池組件已大量進入市場， 目前的研究正致力于新 性薄膜結(jié)構(gòu)、廉價襯底上的電池等，面對用戶，我們需要作的工作是實現(xiàn)更大批量 的、低成本

24、的生產(chǎn)，愿我們更加努力實現(xiàn)這一目標。隨著經(jīng)濟的發(fā)展， 社會的進步， 人們對能源提出了越來越高的要求， 尋找新能源成 為當前人類面臨的迫切課題。由于太陽能發(fā)電具有火電、水電、核電所無法比擬的 清潔性、安全性、資源的廣泛性和充足性等優(yōu)點，太陽能被認為是二十一世紀最重 要的能源。目前太陽能應用技術(shù)已取得較大突破，并且已較成熟地應用于建筑樓道 照明、城市亮化照明、太陽能熱水供應及采暖等系統(tǒng)。尤其是太陽能光伏技術(shù)的發(fā) 展，給太陽能在照明中的應用帶來了更加廣闊的前景。1 太陽能光伏技術(shù)太陽能光伏技術(shù)是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。 太陽能光 伏系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件、蓄電池、控制器、逆變

25、器、照明負載等。當照 明負載為直流時，則不用逆變器。1.1 太陽能電池太陽能電池組件是利用半導體材料的電子學特性實現(xiàn) P-V 轉(zhuǎn)換的固體裝置。 太陽能照明燈具中使用的太陽能電池組件都是由多片太陽能電池并聯(lián)構(gòu)成的，因為 受目前技術(shù)和材料的限制，單一電池的發(fā)電量十分有限。常用的單一電池是一只硅 晶體二極管，當太陽光照射到由 P型和N型兩種不同導電類型的同質(zhì)半導體材料構(gòu) 成的 P-N 結(jié)上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，形成內(nèi)建靜電 場。從理論上講，此時，若在內(nèi)建電場的兩側(cè)面引出電極并接上適當負載，就會形 成電流。近年來，非晶硅太陽電池的研制也取得了更大的進展，由于其具有生產(chǎn)成 本較

26、低、工藝簡單、節(jié)省原料等優(yōu)勢，將在未來光伏技術(shù)中占有重要地位。太陽能 電池的輸出功率是隨機的，在不同時間，不同地點，同一塊太陽能電池的輸出功率 是不同的。太陽能電池的峰值功率 Pm由當?shù)氐奶柶骄椛鋸姸扰c末端的用電負荷決定。1.2 蓄電池由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定 , 所以一般需要配置蓄電池系 統(tǒng)才能工作。太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進入蓄電池儲存，達到一定閾值，才能供 應照明負載。蓄電池的特性直接影響系統(tǒng)的工作效率、可靠性和價格。蓄電池容量 的選擇一般要遵循以下原則： 首先在能夠滿足夜晚照明的前提下 , 把白天太陽能電池 組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲預定的連續(xù)陰雨天夜

27、晚照明需要的電 能。1.3 控制器控制器的作用是使太陽能電池和蓄電池安全可靠地工作 , 以獲得最高效率并 延長蓄電池的使用壽命。通過控制器對充放電條件加以限制，防止蓄電池反充電、 過充電及過放電。另外，還應具有電路短路保護、反接保護、雷電保護及溫度補償 等功能。由于太陽能電池的輸出能量極不穩(wěn)定，對于太陽能燈具的設計來說，充放 電控制電路的質(zhì)量至關(guān)重要。1.4 DC-AC 變換器逆變器的主要功能是將蓄電池的直流電變換成交流電。 采用逆變電路， 經(jīng)過 調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負載額定頻率、額定電壓匹配的正弦交流電供系 統(tǒng)終端用戶使用。逆變器也應具有電路短路保護、欠壓保護、過流保護、反接保護

28、及雷電保護等功能。2 太陽能照明方案太陽能光伏技術(shù)的應用不僅在邊遠地區(qū)和暫時缺電地區(qū)具有十分重要的地 位，在其它地區(qū)也已迅速普及，已經(jīng)應用在交通、建筑、農(nóng)林等各個行業(yè)中。尤其 在照明工程中，更是異彩紛呈。2.1 城市亮化照明目前太陽能光伏技術(shù)在城市亮化照明中的應用業(yè)已起步并以快速發(fā)展的勢 頭逐步普及應用。學校、公園、住宅小區(qū)、別墅等場所的指示牌、警示牌、草坪燈、 路燈等均可采用太陽能光伏照明技術(shù)，使公共照明更方便、安全、環(huán)保、節(jié)能。太 陽能亮化照明的工作原理是：由太陽能電池板作為發(fā)電系統(tǒng)，讓電池板電源經(jīng)過大 功率二極管及控制系統(tǒng)給蓄電池充電，當蓄電池電源達到一定程度時，控制系統(tǒng)內(nèi) 設的自動保護

29、系統(tǒng)動作，電池板自動切斷電源，實行自動保護。到晚上，太陽能電 池板又起到了光控作用， 給控制系統(tǒng)發(fā)出指令， 此時控制系統(tǒng)自動開啟， 輸出電壓， 使各式燈具達到設計的照明效果。并可調(diào)節(jié)所需的照明時間。太陽能亮化照明技術(shù)具有一次性投資、 無長期運行費用、 安裝方便、 免維護、 使用壽命長等特點，不會對原有植被、環(huán)境造成破壞，同時也降低了各項費用，節(jié) 約能源，可謂“一舉多得”。2.1 建筑物樓道照明太陽能走廊燈由太陽能電池板供電。 整棟建筑采用整體布局、 分體安裝、 集 中供電方式。太陽能安裝在天臺或屋面，用專用導線（可預留）傳送到每層走道和 樓梯口。系統(tǒng)采用聲、光感應，延時控制。白天系統(tǒng)充電、夜間

30、自動轉(zhuǎn)換開啟裝置， 當探測到有人走動信息后，自動啟動亮燈裝置，并延時35分鐘后自行關(guān)閉。當樓 內(nèi)發(fā)生突發(fā)事故如火災、地震等切斷電源或區(qū)域停電時，仍可連續(xù)供電35小時，可以作為應急燈使用，在降低各項費用的同時體現(xiàn)了人性化的設計理念。此種產(chǎn)品 還可用在小區(qū)的樓號牌、單元門牌等部位，為夜歸人及來訪的客人提供方便。2.3 光伏- 建筑照明一體化 技術(shù) 目前已成功地把太陽能組件和建筑構(gòu)件加以整合， 如太陽能屋面 （頂 ）、墻壁及門窗等，實現(xiàn)了 光伏-建筑照明一體化 （BIPV） 。本系統(tǒng)的工作原理是：由多片 單晶硅太陽能光電池組合而成的電池板，經(jīng)過太陽光的照射之后產(chǎn)生光電效應而發(fā) 出直流電，再由系統(tǒng)中的

31、電源轉(zhuǎn)換器將直流電轉(zhuǎn)換成一般電器所需的交流電，經(jīng)由 配電系統(tǒng)供照明、空調(diào)等系統(tǒng)使用，以及蓄電池儲存電力，尚可提供防災緊急用電 需求。建筑物的墻面和屋頂?shù)?PV組件的造型、色彩、建筑風格與建筑物結(jié)合，與周 圍的自然環(huán)境整合， 以期達到完美的協(xié)調(diào)。 國內(nèi)某鋁板幕墻制造公司研制成功一種 太陽房 ，把發(fā)電、節(jié)能、環(huán)保、增值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結(jié)合 起來，稱為太陽能建筑系統(tǒng)（SPBS），已通過專家論證。這將有力地推動太陽能建筑 節(jié)能產(chǎn)業(yè)化與市場化的進程。3 太陽能照明設備太陽能照明設備主要由照明燈具、光源和控制系統(tǒng)組成。太陽能照明燈具主要有太陽能草坪燈、 庭院燈、 景觀燈和高桿燈等。 這

32、些燈 具以太陽光為能源，白天充電，晚上使用，無需進行復雜昂貴的管線鋪設，而且可 以任意調(diào)整燈具的布局。其光源一般采用LED或直流節(jié)能燈，使用壽命較長，又 為冷光源，對植物生長無害。太陽能亮化燈具是一個自動控制的工作系統(tǒng)，只要設 定該系統(tǒng)的工作模式就能自動工作?？刂颇Ｊ揭话惴譃楣饪胤绞胶陀嫊r控制方式， 一般采用光控或者光控與計時組合工作方式。在光照強度低于設定值時控制器啟動 燈點亮，同時進行計時開始。當計時到設定時間時就停止工作。充電及開關(guān)過程可 以由微電腦智能控制，自動開關(guān)，無需人工操作，工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費，免維 護。其中，太陽能景觀燈外觀設計大多采用金屬與工程塑料相結(jié)合壓鑄成型， 燈 體

33、可呈現(xiàn)出圓形、方形、幾何圖案等多種形狀，儀態(tài)萬千、風格迥異，或豪華典雅、或簡潔明快。燈體顏色有白、紅、綠、蘭、紫、黃等，依次漸變或閃爍。天黑后系 統(tǒng)自動啟動亮燈裝置，一眼望去，燈體發(fā)出均勻柔和的光線，幾種顏色跳躍漸變， 整個城市的夜晚在一瞬間律動起來。而太陽能高桿燈一般桿高813米，照明功率50W 130W有效照明面積可達幾百平方。夜幕降臨，霓虹閃爍、流光溢彩、分外妖 嬈。4 太陽能照明成本分析近年來我國太陽能電池的生產(chǎn)能力猛增，其產(chǎn)品價格也由“七五”初期的80元/ 瓦，下降到目前的 40 元/ 瓦以下。使得推廣使用太陽能光伏應用產(chǎn)品的價格 瓶頸得到基本解決，不再因太陽能光伏產(chǎn)品的高價而制約其

34、產(chǎn)品的推廣，使可望不 可及變?yōu)檠杆倨占啊?預計到本世紀二三十年代 , 太陽能發(fā)電成本有可能降低到常規(guī)電 價的水平。采用太陽能燈光亮化工程， 每年可節(jié)省大量的資金， 既亮化了城市， 又生態(tài) 地發(fā)展了城市，并充分地利用了能源，是目前世界上最合理的發(fā)展方向。以2 0層高層住宅的太陽能樓梯走道燈為例： 一次性成本每平方米約為10 元，使用壽命約為15年以上；與采用自帶蓄電池的應急燈相比，其一次性成本相 差無幾，太陽能照明壽命更長，還節(jié)省了電費。再以太陽能庭院燈為例：每盞3 0 0 04 0 0 0元， 比普通庭院燈大約貴 一倍，但是如算上電氣管線、配電設施的投資再加上35年的電費和日常維護費， 其成本

35、也基本相當。5 太陽能照明存在的問題5. 1 太陽能光伏系統(tǒng)的效率 太陽能光伏系統(tǒng)的總效率由電池組件的 PV 轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。目前，太陽能電池的轉(zhuǎn)換率只有17%左右，而控制器、蓄電池、逆變器的效率均遠高于此，如逆變器的效率已達95%以上。因此提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點和難點。5. 2 太陽能電池的容量目前太陽能電池還很難使用在主干道照明上。 公路主干道的照明有較高的照 度要求，就目前太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和價格來講，還不能夠滿足這個要求。但在 不久的將來，隨著技術(shù)水平的提高，太陽能照明在公路主干道上的應用將會普及開

36、 來。5. 3 太陽能儲能元件太陽能電池的使用壽命在25年以上，普通蓄電池的使用壽命在 23年，所 以蓄電池是太陽能電力系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。儲能電容可以在一定程度上解決這個 問題。儲能電容的使用壽命可以達到 10年以上， 而且控制電路簡單， 但是昂貴的價 格限制了它的應用，目前僅僅應用在部分交通信號燈和裝飾燈上。隨著技術(shù)和經(jīng)濟 的發(fā)展，它將是一種最有希望成為和太陽能電池配套的理想儲能元件。5. 4 太陽能產(chǎn)品的質(zhì)量近年來，太陽能光伏技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)品生產(chǎn)廠家如雨后春筍。但是，有些 產(chǎn)品沒有形成系列，質(zhì)量參差不齊，甚至在光源的選擇以及電路設計中存在許多缺 陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和可靠性。同時，國

37、家缺少相應的產(chǎn)品質(zhì)量標準和檢測系 統(tǒng)，使太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化受到影響。6 結(jié)語開發(fā)和利用太陽能是遠有前景， 近有實效的事業(yè)。 推廣太陽能光伏技術(shù)在照 明中的應用是一個新的課題。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化進程和技術(shù)開發(fā)的深化，太陽能光 伏技術(shù)的效率、性價比將得到迅速提高，它在各個領(lǐng)域都將得到廣泛的應用，也將 極大地推動我國 綠色照明工程 的快速發(fā)展。經(jīng)過光伏工作者們堅持不懈的努力，太陽能電池的生產(chǎn)技術(shù)不斷得到提高，并 且日益廣泛地應用于各個領(lǐng)域。特別是郵電通信方面，由于近年來通信行業(yè)的迅猛 發(fā)展，對通信電源的要求也越來越高，所以穩(wěn)定可靠的太陽能電源被廣泛使用于通 信領(lǐng)域。而如何根據(jù)各地區(qū)太陽能輻射條件，來

38、設計出既經(jīng)濟而又可靠的光伏電源 系統(tǒng)，這是眾多專家學者研究已久的課題，而且已有許多卓越的研究成果，為我國 光伏事業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。筆者在學習各專家的設計方法時發(fā)現(xiàn)，這些設 計僅考慮了蓄電池的自維持時間（即最長連續(xù)陰雨天），而沒有考慮到虧電后的蓄 電池最短恢復時間（即兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)）。這個問題尤其 在我國南方地區(qū)應引起高度重視，因為我國南方地區(qū)陰雨天既長又多，而對于方便 適用的獨立光伏電源系統(tǒng)，由于沒有應急的其他電源保護備用，所以應該將此問題 納入設計中一起考慮。本文綜合以往各設計方法的優(yōu)點，結(jié)合筆者多年來實際從事光伏電源系統(tǒng)設計 工作的經(jīng)驗，引入兩組最長連續(xù)陰雨天

39、之間的最短間隔天數(shù)作為設計的依據(jù)之一， 并綜合考慮了各種影響太陽能輻射條件的因素，提出了太陽能電池、蓄電池容量的 計算公式，及相關(guān)設計方法。2 影響設計的諸多因素太陽照在地面太陽能電池方陣上的輻射光的光譜、光強受到大氣層厚度（即大 氣質(zhì)量）、地理位置、所在地的氣候和氣象、地形地物等的影響，其能量在一日、 一月和一年內(nèi)都有很大的變化，甚至各年之間的每年總輻射量也有較大的差別。太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到電池本身的溫度、太陽光強和蓄電池電 壓浮動的影響，而這三者在一天內(nèi)都會發(fā)生變化，所以太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換 效率也是變量。蓄電池組也是工作在浮充電狀態(tài)下的，其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的

40、變 化而變化。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。太陽能電池充放電控制器由電子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用 的元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān)系到耗能的大小，從而影響到充電的效率等。負載的用電情況，也視用途而定，如通信中繼站、無人氣象站等，有固定的設 備耗電量。而有些設備如燈塔、航標燈、民用照明及生活用電等設備，用電量是經(jīng) 常有變化的。因此，太陽能電源系統(tǒng)的設計，需要考慮的因素多而復雜。特點是：所用的數(shù) 據(jù)大多為以前統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，各統(tǒng)計數(shù)據(jù)的測量以及數(shù)據(jù)的選擇是重要的。設計者的任務是：在太陽能電池方陣所處的環(huán)境條件下（即現(xiàn)場的地理位置、 太陽輻射能、氣候、氣象、地形和地物等），設計的太陽能電

41、池方陣及蓄電池電源 系統(tǒng)既要講究經(jīng)濟效益，又要保證系統(tǒng)的高可靠性。某特定地點的太陽輻射能量數(shù)據(jù)，以氣象臺提供的資料為依據(jù)，供設計太陽能 電池方陣用。這些氣象數(shù)據(jù)需取積累幾年甚至幾十年的平均值。地球上各地區(qū)受太陽光照射及輻射能變化的周期為一天24h。處在某一地區(qū)的太陽能電池方陣的發(fā)電量也有 24h的周期性的變化，其規(guī)律與太陽照在該地區(qū)輻射 的變化規(guī)律相同。但是天氣的變化將影響方陣的發(fā)電量。如果有幾天連續(xù)陰雨天， 方陣就幾乎不能發(fā)電，只能靠蓄電池來供電，而蓄電池深度放電后又需盡快地將其 補充好。設計者多數(shù)以氣象臺提供的太陽每天總的輻射能量或每年的日照時數(shù)的平 均值作為設計的主要數(shù)據(jù)。由于一個地區(qū)各

42、年的數(shù)據(jù)不相同，為可靠起見應取近十 年內(nèi)的最小數(shù)據(jù)。根據(jù)負載的耗電情況，在日照和無日照時，均需用蓄電池供電。 氣象臺提供的太陽能總輻射量或總?cè)照諘r數(shù)對決定蓄電池的容量大小是不可缺少的 數(shù)據(jù)。對太陽能電池方陣而言，負載應包括系統(tǒng)中所有耗電裝置（除用電器外還有蓄 電池及線路、控制器等）的耗量。方陣的輸出功率與組件串并聯(lián)的數(shù)量有關(guān)， 串聯(lián)是為了獲得所需要的工作電壓， 并聯(lián)是為了獲得所需要的工作電流，適當數(shù)量的組件經(jīng)過串并聯(lián)即組成所需要的太 陽能電池方陣3蓄電池組容量設計太陽能電池電源系統(tǒng)的儲能裝置主要是蓄電池。與太陽能電池方陣配套的蓄電 池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負載用電量的變化而

43、變化。它的 容量比負載所需的電量大得多。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與太 陽能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長且維護簡單。（1）蓄電池的選用能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維護 蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護蓄 電池，因為其固有的“免”維護特性及對環(huán)境較少污染的特點，很適合用于性能可 靠的太陽能電源系統(tǒng)，特別是無人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維 護及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池 雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅適用于較為特殊的場 合。（2）

44、蓄電池組容量的計算蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的。在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很 大差別。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補足； 在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲存起來。所以方陣發(fā)電量的不 足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負載用電也 必須從蓄電池取得。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。因此，蓄電池的容量 BC計算公式為：BC二從QA NLX TO/CCAh 式中：A為安全系數(shù)，取1.11.4之間；QL為負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作 小時數(shù)；NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；TO為溫度修正系數(shù)，一般在0C

45、以上取1, - 10C 以上取1.1，- 10C以下取1.2 ;CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。4 太陽能電池方陣設計（ 1）太陽能電池組件串聯(lián)數(shù) Ns太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓，但是， 太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當。串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓， 方陣就不能對蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠高于浮充電壓時，充電電 流也不會有明顯的增加。因此，只有當太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充 電壓時，才能達到最佳的充電狀態(tài)計算方法如下：Ns二UR/Uoc=( Uf + UM Uc) /Uoc (2)式中：U

46、R為太陽能電池方陣輸出最小電壓； Uoc 為太陽能電池組件的最佳工作電壓； Uf 為蓄電池浮充電壓；UD為二極管壓降，一般取0.7V ; UC為其它因數(shù)引起的壓降。表 1 我國主要城市的輻射參數(shù)表城市 緯度日輻射量Ht 最佳傾角op 斜面日輻射量修正系數(shù)Kop哈爾濱 45.6812703+ 3158381.1400長春43.9013572+1171271.1548沈陽41.7713793+1165631.0671北京39.8015261+ 4180351.0976天津39.1014356+ 5167221.0692呼和浩特 40.7816574+ 3200751.1468太原37.781506

47、1+ 5173941.1005烏魯木齊 43.7814464+ 12165941.0092西寧36.7516777+ 1196171.1360蘭州36.0514966+ 8158420.9489銀川38.4816553+ 219615 1.1559西安34.3012781+ 14129520.9275上海31.1712760+ 3136910.9900南京32.0013099+ 5142071.0249合肥31.8512525+ 9132990.9988杭州30.2311668+ 3123720.9362南昌28.6713094+ 2137140.8640福州26.0812001+ 41245

48、10.8978濟南36.6814043+ 6159941.0630鄭州34.7213332+ 7145581.0476武漢30.6313201+ 7137070.9036長沙28.2011377+ 6115890.8028廣州23.1312110一7127020.8850?？?0.0313835+ 12135100.8761南寧22.8212515+ 5127340.8231成都30.6710392+ 2103040.7553貴陽26.5810327+ 8102350.8135昆明25.0214194一8153330.9216拉薩29.7021301一8241511.0964電池的浮充電壓和所

49、選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應等于在最低溫度下所選蓄電池單體的 最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池數(shù)。（ 2）太陽能電池組件并聯(lián)數(shù) Np在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量的計算方法。 將太陽能電池方陣安裝地點的太陽能日輻射量Ht,轉(zhuǎn)換成在標準光強下的平均日輻射時數(shù) H （日輻射量參見表 1）: H=Ht X 2.778 / 10000h （3）式中：2.778 / 10000（h m2/kJ）為將日輻射量換算為標準光強（1000W/m2下的平均日輻射時數(shù)的系 數(shù)。 太陽能電池組件日發(fā)電量 QpQp=IocX HX KopX CzAh（4） 式中： Ioc 為太陽能電池 組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)（

50、參照表1）; Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取 0.8 兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù) Nw此數(shù)據(jù)為本設計之獨特之處，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb為：Bcb二從 QA NLAh(5) 太陽能電池組件并聯(lián)數(shù) Np的計算方法為：Np=(Bcb+ NwK QL / (QpX NW (6)式 ( 6)的表達意為： 并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)， 在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天 數(shù)內(nèi)所發(fā)電量， 不僅供負載使用， 還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。(3) 太陽能電池方陣的功率計算根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出

51、所需太陽能電池方陣的功率P: P=PoXNsx NpW(7)式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。5 設計實例州某地面衛(wèi)星接收站為例，負載電壓為12V,功率為25W,每天工作24h,最長連續(xù)陰雨天為15d，兩最長連續(xù)陰雨天最短間隔天數(shù)為30d,太陽能電池采用云南半導體器件廠生產(chǎn)的38D975X 400型組件，組件標準功率為38W，工作電壓17.1V， 工作電流2.22A，蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池，浮充電壓為(14 1) V。其水平 面太陽輻射數(shù)據(jù)參照表1,其水平面的年平均日輻射量為12110 (kJ/m2), Kop值為 0.885，最佳傾角為 16.13，計算太陽能電池方陣功率及蓄電池容量

52、。(1) 蓄電池容量 Bc Bc=AXQLXNLXTo/CC=1.2X(25/12) X24X15X1/0.75 =1200Ah(2) 太陽能電池方陣率 P 因為： Ns=UR/Uoc= ( Uf + UD+ UC) /Uoc=(14+0.7+) /17.1=0.92 1Qp=IocX HX KopX Cz=2.22X 12110X( 2.778/10000 )X 0.885 X 0.8 5.29AhBcb=AX QLX NL=1.2X (25/12) X 24X 15=900AhQL=(25/12) X 24=50AhNp= ( Bcb+ NwK QL /(Qp X NW =(900 + 3

53、0 X 50)/(5.29 X 30)15故太陽能電池方陣功率為： P=PoX NsX Np=38X 1 X 15=570W（3）計算結(jié)果該地面衛(wèi)星接收站需太陽能電池方陣功率為570V,蓄電池容量為1200Ah“光伏水泵系統(tǒng)”亦稱“太陽能光電水泵系統(tǒng)”，其基本原理是利用太陽電池將太 陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，然后驅(qū)動各類電動機帶動水泵從深井、江、河、湖、塘等水 源提水。它具有無噪聲、全自動（日出而作，日落而停）、高可靠、供水量與蒸發(fā) 量適配性好（“天大旱，它大干”）等許多優(yōu)點。聯(lián)合國國際開發(fā)署（ UNDP、世 界銀行（WB、亞太經(jīng)社會（ESCAP等國際組織部先后充分肯定了它的先進性與合 理性，目前在

54、這些國際組織的支持下，全世界已有數(shù)萬臺不同規(guī)格的光伏水泵在不 同地區(qū)和國家運行，特別是在亞、非、拉及中東等發(fā)展中國家，已為許多貧困地區(qū) 的人民帶來相當可觀的經(jīng)濟效益，加速了這些地區(qū)的脫貧步伐。由于光伏水泵系統(tǒng) 從技術(shù)上說是一個比較典型的“光、機、電一體化”系統(tǒng)，它涉及太陽能的采集、 變換及電力電子、電機、水機、計算機控制等多個學科的最新技術(shù)，因此已被許多 國家列為優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)和進一步發(fā)展的方向，中東、非洲有不少國家更是期 望依藉太陽能水泵及省水微灌、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)等新技術(shù)在地下水資源比較充裕的干旱 地區(qū)把家園改造為綠洲。光伏水泵與柴油機水泵相比具有相當良好的經(jīng)濟性。 世界銀行在盛產(chǎn)石 油的中

55、東地區(qū)（如阿聯(lián)酋、約旦等國）作出了具有明確結(jié)論的經(jīng)濟性比較，就其每 立方米的水價而言，光伏水泵的水價與柴油機水泵水價持平的系統(tǒng)功率約在 40kW， 由于近幾年太陽電池及其它電子控制器件的降價，兩者水價持平的功率在75kw左右。如果太陽電池的價格下降至 3美元/wp,兩者水價持平的功率在150kW-200kW左右。德國西門子公司基于近年在世界各地安裝、試驗、銷售各種規(guī)格光伏水泵經(jīng) 驗的基礎(chǔ)上，得出的結(jié)論是：柴油機水泵初期投“資低是其優(yōu)點，但隨著運行年數(shù)的增加，其運行維護費用將不斷增加，每立方米水的成本將因此而逐年增長。光伏 水泵的初期投資偏大是其缺點，但此后由于它的運行費用低和少維護或免維護等特

56、 點，其水的成本上升很緩慢，十年以后，柴油機水泵的水成本將是光伏水泵水成本 的兩倍還多， 兩者的盈虧平衡點約在三年左右。 印度在現(xiàn)有 4000 臺光伏水泵的基礎(chǔ) 上，政府給予一定補貼計劃再推廣安裝50000 臺套光伏水泵系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的容量在1-5kW,之間。1 系統(tǒng)的基本構(gòu)成光伏水泵系統(tǒng)大致由四部分組成：光伏陣列,控制器、電機和水泵。1 1 光伏陣列光伏陣列由眾多的太陽電池串、 并聯(lián)構(gòu)成, 其作用是直接把太陽能轉(zhuǎn)換 為直流形式的電能。目前用于光伏水泵系統(tǒng)的太陽電池多為硅太陽電池,其中包括 單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽電池。太陽電池的伏安特性曲線如圖：所示。它具有 強烈的非線性。太陽電池輸出的最大功率就是它的額定功率。圖：中曲線上的大圓 黑點表示在相應日射下太陽電池輸出最大功率的位置,稱“最大功率點 .光伏陣列的伏王特性曲線具有和單體太陽電他同樣的形狀, 若忽略單體太陽 電池生產(chǎn)過程中的差異、組件相互之間的連接電阻,呂附設它”具有理想的一致性 光伏陣列的伏安特性曲線可以看作僅是單體太陽電池伏安特性曲線按串、并聯(lián)方式 放大其坐標的比例尺。1 2 控制器光伏陣列的輸 thtr 乎特性曲線具有強那朔）線他而且和太陽輻照度、環(huán)境溫度、陰、晴、雨、霧等氣象條件有密切關(guān)系，其輸