太陽能轉(zhuǎn)化、利用與存儲技術 課件 第二章 光伏發(fā)電概述

第2章

光伏發(fā)電概述CONTENTS目錄太陽輻射基本知識PART

01光伏發(fā)電原理PART

02光伏發(fā)電分類及組成PART

03太陽輻射基本知識Part.01太陽輻射基本知識01太陽是太陽系的中心天體，占有太陽系總體質(zhì)量的99.86%。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等，都圍繞著太陽公轉(zhuǎn)，而太陽則圍繞著銀河系的中心公轉(zhuǎn)。太陽是銀河系2000億星球中的一員，是距地球最近的一顆恒星，太陽是唯一自己發(fā)光的天體，它幾乎是熾熱的等離子體與磁場交織著的一個理想球體，萬物生長靠太陽，沒有太陽，地球上就不會有生命。太陽輻射基本知識011.太陽的基本物理參數(shù)太陽內(nèi)部中心區(qū)域產(chǎn)生的能量要經(jīng)過5000萬年才能到達太陽表面，地球每年都要從太陽吸收9.4×1010MW能量。太陽直徑約是1.392×106km，直徑約是地球的109倍；體積約是130萬倍；質(zhì)量約是2×1030千克，約是地球的3.3×105倍。離地球平均距離為1.496×108km。從化學組成來看，組成太陽的物質(zhì)大多是些普通的氣體，其中氫約占71.3%，氦約占27%，其他元素占2%。太陽是處于高溫高壓下的一個大火球，采用核聚變的方式向太空釋放光和熱。太陽基本常識太陽輻射基本知識01太陽基本常識2.太陽的結(jié)構(gòu)太陽結(jié)構(gòu)分為內(nèi)部結(jié)構(gòu)和大氣結(jié)構(gòu)兩大部分。太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外可分為核反應層、輻射層、對流層3個部分，大氣結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外可分為光球、色球、和日冕3層。我們平?？吹降奶柋砻?，是太陽大氣的最底層（光球?qū)樱瑴囟燃s是6000℃。太陽結(jié)構(gòu)如圖左。（1）核反應區(qū)：半徑約為太陽半徑的1/4，核聚變反應處，太陽能源所在地。溫度高達1.5×107K，壓力約為2.5×1016Pa，密度約為1.5×105kg/m3。核反應區(qū)產(chǎn)生的能量占太陽產(chǎn)生總能量的99%，溫度和密度都隨著與太陽中心距離的增加而迅速下降。太陽輻射基本知識012.太陽的結(jié)構(gòu)（2）輻射層：0.25~0.8個太陽半徑區(qū)，溫度約為7×106K，密度下降為79kg/m3。核反應區(qū)產(chǎn)生的高能射線逐漸變?yōu)榭梢姽夂推渌问降妮椛湎蛲鈧鬏?。?）對流層：0.8~1個太陽半徑區(qū)，物質(zhì)處于劇烈上下對流，對流產(chǎn)生的低頻聲波可傳輸?shù)酵鈱哟髿?。?）光球?qū)樱汉穸燃s為500km，溫度梯度較大、表面溫度約6000℃，是太陽的平均有效溫度，太陽的全部光能幾乎都從光球?qū)影l(fā)出，對地球氣候和生態(tài)影響較大。（5）色球?qū)樱汗馇驅(qū)右酝?，厚度約為2000km。（6）日冕：色球?qū)油?，是伸入太空的銀白色日冕，由各種微粒構(gòu)成。太陽基本常識太陽輻射基本知識011.光的本質(zhì)：光具有波粒二象性，波動的性質(zhì)如干涉、偏振等粒子的性質(zhì)，如光電效應等。既可以認為光是一種電磁波,也可以將其看作一種能量。通常所說的“光”,指可見光,有時也包括紅外線和紫外線。光波：光學區(qū)域包括紅外線、可見光和紫外線。太陽光與光譜太陽輻射基本知識012.光譜定義：復合光借助于分光元件色散成單色光,按波長順序排列成一個譜帶,稱為光譜。在電磁波譜中紅外線、可見光和紫外線,稱為光學光譜,簡稱光譜,它是物質(zhì)外層電子的躍遷所發(fā)射的電磁波。3.光譜的分類：按光譜的產(chǎn)生機理分為發(fā)射光譜、吸收光譜、散射光譜。發(fā)射光譜：物質(zhì)的粒子吸收能量被激發(fā)至高能態(tài)后,瞬間返回基態(tài)或低能態(tài)所得到的光譜。吸收光譜則是物質(zhì)吸收輻射能,由低能級(一般為基態(tài))過渡到高能級(激發(fā)態(tài)),是入射輻射能減小所得到的光譜。太陽光譜屬于吸收光譜，處于基態(tài)和低激發(fā)態(tài)的原子或分子吸收具有連續(xù)分布的某些波長的光而躍遷到各激發(fā)態(tài)，形成了按波長排列的暗線或暗帶組成的光譜。散射光譜是物質(zhì)對輻射能選擇地散射得到的,不僅改變相射傳播方向,而且還能使輻射波長發(fā)生變化。太陽光與光譜太陽輻射基本知識013.光譜的分類：按光譜的形狀分為線狀光譜、帶狀光譜(光譜帶)、連續(xù)光譜。按電磁輻射分為原子光譜、分子光譜、X射線能譜和γ射線能譜。線狀光譜：物質(zhì)中的原子和離子以氣態(tài)的形式存在，它們接收能量以后,輻射出不連續(xù)的明亮線條稱為線狀光譜。帶狀光譜：由分子受激發(fā)振動而產(chǎn)生的明亮光帶和暗區(qū)組成的光譜。連續(xù)光譜：由灼燒的固體熱輻射而產(chǎn)生的從短波到長波的光譜。太陽光譜是帶有吸收線的連續(xù)光譜（色彩繽紛的世界表明太陽光譜是各種色彩都有的連續(xù)譜，光譜中的暗線是由于太陽大氣中的原子將某些特定波長的色光吸收掉了出現(xiàn)的）原子光譜是通常所說的發(fā)射光譜、是線狀光譜，太陽光譜是高溫物體發(fā)出的連續(xù)光譜。太陽光譜包括無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等范圍。太陽光與光譜太陽輻射基本知識014.太陽光譜能量分布：太陽輻射光譜主要波長范圍為0.15~4μm,而地面和大氣輻射的主要波長范圍為3~20μm。在氣象學中,根據(jù)波長的不同,常把太陽輻射稱為短波輻射,而把地面和大氣輻射稱為長波輻射。太陽輻射絕大部分能量集中在0.15~4μm之間,占總能量的99%以上?？梢姽?0.38~0.78μm)約占太陽輻射總能量的50%,紅外線(>0.78μm)約占43%,紫外線(<0.38μm)約占7%，輻照度最大值對應的波長是0.475μm，屬于藍色光。太陽光與光譜太陽輻射基本知識011.赤緯角（δ）又稱太陽赤緯,是地球繞太陽運行造成的現(xiàn)象,是太陽中心和地心連線與赤道平面的夾角。赤緯角以年為周期隨時間變化而變化,赤緯角隨季節(jié)在南緯23°27′(-23.45°)與北緯23°27′(23.45°)之間來回變動,規(guī)定以北緯為正值。北半球,6月22日前后赤緯角達到最大值23.45°,為夏至；隨后赤緯角逐漸減少,至9月23日前后等于零時，為秋分；至12月22日前后,赤緯角減至最小-23.45°，為冬至；至3月21日前后,赤緯角回到零時為春分。赤緯角δ計算式如右所示，其中n為日期序號,如當日期為1月1日,n=1；2月1日，n=32；3月22日(春分日),n=81。太陽與地球太陽輻射基本知識012.太陽時角（ω）太陽時角是指日面中心的時角,從觀測點天球子午圈沿天赤道量至太陽所在時圈的角距離。在地球上,同一經(jīng)度不同緯度,同一時刻太陽對應的時角是相同的。單位時間地球自轉(zhuǎn)的角度定義為時角ω,規(guī)定正午時角為0,上午時角為負值,下午時角為正值。地球自轉(zhuǎn)一周360°,對應的時間為24h,每小時相應的時角為15°。TT：真太陽時,單位為(h)CT：地方標準時,單位為(h),在我國即北京時;EQ：時差值,在我國區(qū)域可通過查表求得,并將表中的分鐘數(shù)值，轉(zhuǎn)換為小時;LC：經(jīng)度訂正值,單位為(h),在我國區(qū)域,計算公式：太陽與地球太陽輻射基本知識01太陽與地球時差EQ表

單位為min注:用月份、日期查表,閏年1月、2月與平年同,從3月1日開始查閏年一行。太陽輻射基本知識013.太陽高度角（h）h是從觀測者所在地和太陽中心的連線與地平面所夾的角度，高度角隨地理位置、日期、時間變化而變化。h在一年的冬至日最小，在光伏電站設計中,需特別關注光伏電站所在地區(qū)冬至日9:00與15:00的h,以確保光伏電站在全年能被太陽光照射。天頂角是高度角的余角,當太陽的高度角為90°時,太陽位于天頂,此時太陽的天頂角為0°。太陽與地球sinh=sin?sinδ+cos?cosδcosω?為觀測點地理緯度δ為觀測時刻的赤緯角ω為觀測時刻的太陽時角正午時,ω=0°,cosω=1,式子簡化為sinh=sin?sinδ+cos?cosδ=cos(?-δ)

=sin[90°±(?-δ)]太陽在天頂以南,即?>δ,h=90°-?+δ;太陽在天頂以北,即?<δ,h=90°+?-δ;冬至與夏至日,太陽在天頂,則h=δ,h=90°太陽輻射基本知識014.太陽方位角（α）α是太陽光線在水平面上的投影和當?shù)刈游缇€正南方的夾角，正南方位時α等于0,正南以西時α大于0;正南以東時α小于0,變化范圍為±180°。5.日照時間（TT）太陽在地平面日出、日落瞬間,太陽高度角為0,不考慮地表曲率和大氣折射影響,日出日落時角表達式如右：太陽與地球ω1(<0)為日出時太陽時角，ω2(>0)為日落時太陽時角,其中-ω1=ω2，ω=±arccos(-tan?·tanδ),將日出日落時角表達式代入可得：太陽輻射基本知識01太陽輻射包括直接輻射和漫射輻射。直接輻射：被地球表面接收到、方向不變的太陽輻射。漫射輻射：指經(jīng)大氣吸收、散射或經(jīng)地面反射已改變方向的輻射，包括由太陽輻射經(jīng)大氣吸收、散射后間接到達的天空輻射,以及由地面物體吸收或反射的地面輻射。太陽輻射通過大氣層到達地球表面過程中,不斷地與大氣中的空氣分子、水蒸氣分子、臭氧分子、及塵埃等作用，受到反射、吸收和散射,到達地面的太陽輻射發(fā)生了顯著的衰減,其光譜分布也發(fā)生了一定的變化。太陽輻射中的x射線及其他波長更短的輻射,在電離層就被氮、氧及其他大氣分子強烈地吸收而不能到達地面;紫外線被臭氧分子所吸收；可見光由于大氣分子、水蒸氣分子及塵埃和煙霧的強烈散射引起衰減；近紅外主要是水蒸氣分子的選擇性吸收引起衰減。太陽輻射太陽輻射基本知識01波長超過2.5μm的遠紅外輻射在大氣層上的邊界處的輻照度已經(jīng)相當?shù)?再加上二氧化碳分子和水蒸氣分子的強烈吸收,所以到達地面上的輻照度是微乎其微了。在地面上利用太陽能，考慮波長在0.28~2.5μm范圍內(nèi)的太陽輻射即可。一般而言,太陽輻射中約有43%因反射和散射而折回宇宙空間,另有14%被大氣所吸收,只有43%能夠到達地面。太陽輻射太陽輻射基本知識011.太陽輻射能的相關概念（1）直接輻射:從日面及周圍一小立體角內(nèi)發(fā)出的輻射,直接輻射是由視場角約為5°的儀器測定的,而日面本身的視場角約為0.5°,它包括日面周圍的部分散射輻射,即環(huán)日輻射。（2）法向直接輻射:與太陽光線垂直的平面上接收到的直接輻射。直接輻射與法向直接輻射的數(shù)值相同,區(qū)別在于直接輻射是從太陽出射的角度來定義,法向直接輻射則是從地面入射的角度來定義。（3）水平面直接輻射:水平面上接收到的直接輻射。（4）散射輻射:太陽輻射被空氣分子、云和空氣中的各種微粒分散成無方向性的,但不改變其單色組成的輻射。（5）水平面總輻射:水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)接收到的直接輻射和散射輻射之和。太陽輻射太陽輻射基本知識011.太陽輻射能的相關概念(6)地外太陽輻射：地球大氣層外的太陽輻射。(7)輻照度：物體在單位時間、單位面積上接收到的輻射能，單位為W/m2。(8)

輻照量(曝輻量)：給定時間段內(nèi)輻照度的積分總量,單位為MJ/m2或kW·h/m2。(9)

法向直接輻照度：與太陽光線垂直的平面上的單位時間、單位面積上接收到的直接輻射能。(10)法向直接輻照量：給定時間段內(nèi)法向直接輻照度的積分總量。(11)水平面直接輻照度：水平面上單位時間、單位面積上接收到的直接輻射能。(12)水平面直接輻照量:在給定時間段內(nèi)水平面直接輻照度的積分總量。(13)水平面散射輻照度:水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)單位時間、單位面積上接收到的散射輻射能。(14)水平面散射輻照量:在給定時間段內(nèi)水平面散射輻照度的積分總量。太陽輻射太陽輻射基本知識011.太陽輻射能的相關概念(15)水平面總輻照度:水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)單位時間、單位面積上接收到的總輻射能。(16)水平面總輻照量:在給定時間段內(nèi)水平面總輻照度的積分總量。(17)地外法向太陽輻照度：地球大氣層外與太陽光線垂直的平面上單位時間、單位面積上接收到的太陽輻射能。(18)地外法向太陽輻照量：在給定時間段內(nèi)地外法向太陽輻照度的積分總量。(19)地外水平面太陽輻照度：地球大氣層外水平面從上方2π立體角(半球)范圍內(nèi)單位時間、單位面積上接收到的太陽輻射能。(20)地外水平面太陽輻照量：在給定時間段內(nèi)地外水平面太陽輻照度的積分總量。太陽輻射太陽輻射基本知識011.太陽輻射能的相關概念(21)日照時數(shù)H：在一給定時間,太陽直接輻照度達到或超過120W/m2各段時間總和。(22)可照時數(shù)H0：在無任何遮蔽條件下,太陽中心從某地東方地平線到進入西方地平線,其光線照射到地面所經(jīng)歷的時間。H0取決于當?shù)氐牡乩砭暥群腿掌?H0的基本計量時間段為日、月和年的可照時數(shù)以日值進行累計,單位為小時(h)。(23)日照百分率：日照時數(shù)占可照時數(shù)的百分比,以百分號(%)表示。(24)太陽能資源穩(wěn)定度：太陽能資源年內(nèi)變化的狀態(tài)和幅度。用全年中各月平均日輻照量的最小值與最大值的比表示,在實際大氣中,其數(shù)值在(0,1)區(qū)間變化,越接近1越穩(wěn)定。(25)直射比：水平面直接輻照量在水平面總輻照量中所占的比例，用百分比或小數(shù)表示。在實際大氣中,其數(shù)值在[0,1)區(qū)間變化,越接近1,水平面直接輻射占比越高。太陽輻射太陽輻射基本知識011.太陽輻射能的相關概念(26)太陽常數(shù)E0：太陽和地球距離變化,在地球大氣層上垂直于太陽輻射方向單位面積接收到的功率在1328~1418W/m2之間。定義在平均日地距離處,地球大氣層外垂直于太陽輻射方向單位面積上接收到的太陽總輻照度為太陽常數(shù),其數(shù)值為(1367±7)W/m2。非垂直照射情況下，太陽總輻照度為E0·sinh(h為太陽高度角)。(27)大氣質(zhì)量AM(airmass)：太陽光通過大氣實際距離與大氣垂直厚度之比。在一個標準大氣壓和溫度0℃時,海平面上太陽光垂直入射時，AM=1,記為AM1.0。在地球大氣層外接收到的太陽輻射，稱為大氣質(zhì)量為零（AM0）。大氣質(zhì)量越大，說明光線經(jīng)過大氣層路程越長，受到衰減越多，達到地面能量越少。太陽輻射式中：θz為太陽天頂角

h為太陽高度角太陽輻射基本知識012.太陽輻射的計算方法(26)太陽常數(shù)E0：太陽和地球距離變化,在地球大氣層上垂直于太陽輻射方向單位面積接收到的功率在1328~1418W/m2之間。定義在平均日地距離處,地球大氣層外垂直于太陽輻射方向單位面積上接收到的太陽總輻照度為太陽常數(shù),其數(shù)值為(1367±7)W/m2。非垂直照射情況下，太陽總輻照度為E0·sinh(h為太陽高度角)。(27)大氣質(zhì)量AM(airmass)：太陽光通過大氣實際距離與大氣垂直厚度之比。在一個標準大氣壓和溫度0℃時,海平面上太陽光垂直入射時，AM=1,記為AM1.0。在地球大氣層外接收到的太陽輻射，稱為大氣質(zhì)量為零（AM0）。大氣質(zhì)量越大，說明光線經(jīng)過大氣層路程越長，受到衰減越多，達到地面能量越少。太陽輻射式中：θz為太陽天頂角

h為太陽高度角太陽輻射基本知識011.輻射量單位及換算太陽能輻射量單位有卡(cal)、焦耳(J)、瓦(W)等

1cal=4.1868J=1.16278mW·h

1kW·h=3.6MJ

1kW·h/m2=3.6MJ/m2=0.36kJ/cm2

100mW·h/cm2=85.98cal/cm2

1MJ/m2=23.889cal/cm2=27.8mW·h/cm2全國光資源分布太陽輻射基本知識012.中國太陽能資源分布中國氣象局風能太陽能中心發(fā)布《2022年中國風能太陽能資源年景公報》顯示如下。2022年，全國太陽能資源為偏大年景，全國平均年總輻照量較常年偏高。全國平均年水平面總輻照量為1563.4kW·h/m2，為近30年最高，較近30年平均值偏大45.3kW·h/m2，較近10年平均值偏大54.0kW·h/m2，較2021年偏大70.0kW·h/m2。全國光資源分布太陽輻射基本知識012.中國太陽能資源分布我國太陽能資源地區(qū)性差異較大呈現(xiàn)西部地區(qū)大于中東部地區(qū)，高原、少雨干燥地區(qū)大，平原、多雨高濕地區(qū)小的特點，全國2022年水平面總輻照量情況表。全國光資源分布太陽輻射基本知識012.中國太陽能資源分布全國光資源分布全國部分?。▍^(qū)、市）2022年水平面及最佳傾斜面總輻照量（單位kW·h/m2）序號省份水平面總輻照量最佳傾斜面總輻照量序號省份水平面總輻照量最佳傾斜面總輻照量1北京1527.61866.417湖北1416.51507.12天津1561.71883.018湖南1388.61461.83河北1537.51857.119廣東1460.61520.24山西1536.01815.520廣西1391.81437.45內(nèi)蒙古1571.62030.321海南1519.51534.26遼寧1422.81757.722重慶1311.01354.87吉林1392.81777.623四川1499.91628.98黑龍江1337.41777.724貴州1289.91333.49上海1448.51561.125云南1515.71643.810江蘇1458.51609.726西藏1819.81930.311浙江1476.51562.527陜西1459.71633.312安徽1502.81636.028甘肅1627.71937.513福建1544.51614.229青海1747.22033.114江西1480.41568.330寧夏1611.01862.815山東1461.41657.231新疆1588.361904.816河南1470.11602.1

固定式光伏發(fā)電可利用的太陽能資源是光伏組件按照最佳傾角放置時能夠接收的太陽總輻照量（簡稱“最佳斜面總輻照量”）。根據(jù)設計經(jīng)驗，按80%的總體系統(tǒng)效率計算固定式光伏電站的首年利用小時數(shù)。

太陽輻射基本知識012.中國太陽能資源分布全國光資源分布2022年我國部分?。▍^(qū)、市）年水平面總輻照量距平（單位：kW·h/m2）太陽輻射基本知識013.2022年固定式光伏發(fā)電太陽能資源全國平均年最佳斜面總輻照量為1815.8kW·h/m2，較近30年平均值偏大40.8kW·h/m2，較近10年平均值偏大50.8kW·h/m2，較2021年偏大67.1kW·h/m2。全國固定式光伏電站平均首年利用小時數(shù)為1453.7h，較近30年平均值偏多32.7h，較近10年平均值偏多40.7h，較2021年偏多53.7h。2022年：最佳斜面總輻照量和光伏發(fā)電首年利用小時數(shù)西部地區(qū)大于中東部地區(qū)，最佳斜面總輻照量西部較常年偏小、東部偏大。全國光資源分布太陽輻射基本知識011.地外法向太陽輻射（1）地外法向太陽輻照度：當?shù)厍蚺c太陽的距離為日地平均距離時,地外法向太陽輻照度即太陽常數(shù);其他時間地外法向太陽輻照度需將太陽常數(shù)經(jīng)日地距離訂正后得出。EDNI:地外法向太陽輻照度（單位W/m2)n積日：日期在一年的序號E0太陽常數(shù)(取1366.1W/m2）指大氣層外日地平均距離處單位時間內(nèi)通過與太陽輻射束垂直的單位平面上的太陽輻射通量。（2）地外法向太陽輻照量：一段時間的地外法向太陽輻照量(EDNR)是將地外法向太陽輻照度(EDNI)乘以時間,單位為W·h/m2或J/m2。太陽輻射計算方法太陽輻射基本知識012.地外水平面太陽輻射（1）瞬時地外水平面太陽輻照度EHI(單位為MJ/m2)（2）小時地外水平面太陽輻照量EHRh(單位為MJ/m2)式中ω1、ω2為所計算時間段的起、止時角，ω1<ω2，單位為°(3)日地外水平面太陽輻照量EHRd(單位為MJ/m2)（月地外水平面太陽輻照量可將當月逐日輻照量累計求和得到,亦可以近似采用當月代表日的日輻照量乘以當月日數(shù)）式中ωs為日落時刻的時角,單位為°太陽輻射計算方法太陽輻射基本知識01對大氣上界,太陽輻射計算式如右：式中T為一天的周期,等于86400s太陽輻射計算方法3.太陽直接輻射日總量(1)從日面及其周圍一小立體角內(nèi)發(fā)出的太陽輻射（ω1、ω2，日出、日落的時角;a大氣透明系數(shù),a等于透過一個大氣質(zhì)量數(shù)(AM=1)后的太陽輻射強度(E1)與透過前的太陽輻射強度(E0)之比,a=E1/E0。(2)日天文總輻射量計算式如右：Qn日天文總輻射量,MJ/m2·d；T時間周期,24×60min/d；I0太陽常數(shù),數(shù)值為0.082MJ/m2·min；ρ日地距離系數(shù)；?地理緯度，rad；δ太陽赤緯角，rad；ω0日出、日落時角，rad。太陽輻射基本知識01太陽輻射計算方法4.光伏組件上的太陽總輻射HtHt直接輻射、散射輻射、地面反射輻射三者之和。Hbt傾斜面上的太陽直接輻射量

Hdt傾斜面上的太陽散射輻射量

Hrt傾斜面上的地面反射輻射量Rb傾斜面與水平面上直接輻射量比值

hs水平面上的日落時角

h′s傾斜面上的日落時角Hb氣象站數(shù)據(jù),水平面上直接輻射量

Hd氣象站數(shù)據(jù),水平面上散射輻射量

H0大氣層外水平面上太陽輻射量R地面反射率

?地理緯度

s光伏組件安裝傾角

δ太陽赤緯角地面反射率R光伏發(fā)電原理Part.02光伏發(fā)電原理02PNIph上電極下電極光生電動勢U以硅基電池為例：當光照射在PN結(jié)上，光子能量大于半導體禁帶寬度Eg時，價帶頂?shù)碾娮榆S遷到導帶底，在PN結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子向N型區(qū)域遷移，空穴向P型區(qū)域遷移，實現(xiàn)電子空穴的分離，產(chǎn)生電動勢。條件一：光的照射,可以是單色光、太陽光或模擬太陽光。條件二：激發(fā)電子空穴對,電子空穴有足夠長的壽命,分離前不會復合。條件三：有一個靜電場,電子空穴在靜電場的作用下分離。條件四：被分離的電子空穴由電極收集,輸出到電池外部形成電流。光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的形成PN結(jié)：是指在P型半導體和N型半導體的交界處形成的空間電荷區(qū)。PN結(jié)是構(gòu)成多種半導體器件的基礎。硅基光伏電池的的核心是一個PN結(jié)。光伏發(fā)電原理02多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體

內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)PN結(jié)的形成光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的形成因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于P型半導體和N型半導體結(jié)合面，形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱阻擋層或耗盡層。多子的擴散運動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)（a）獨立的p型和n型半導體材料（b）熱平衡的p-n結(jié)電子從勢能低的n區(qū)向勢能高的p區(qū)運動時，必須克服這一勢能“高坡”，才能到達p區(qū)；同理，空穴也必須克服這一勢能“高坡”，才能從p區(qū)到達n區(qū)，這一勢能“高坡”通常稱為p-n結(jié)的勢壘，故空間電荷區(qū)也稱勢壘區(qū)。光伏發(fā)電原理02PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)平衡p-n結(jié)的空間電荷區(qū)兩端的電勢差稱為p-n結(jié)的接觸電勢差或內(nèi)建電勢差VD，VD與p-n結(jié)兩邊的摻雜濃度、溫度、材料的禁帶寬度有關（在一定溫度下，PN結(jié)兩邊的摻雜濃度越高、VD越大，禁帶寬度越大、VD越大）相應的電子電勢能之差即能帶的彎曲量qVD稱為p-n結(jié)的勢壘高度。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－光伏發(fā)電原理02光生伏特效應太陽光的照射會打破PN結(jié)的熱平衡狀態(tài),能量大于半導體Eg的光子發(fā)生本征吸收,在PN結(jié)的兩邊產(chǎn)生電子-空穴對。在光激發(fā)下多數(shù)載流子濃度一般變化很小,而少數(shù)載流子濃度卻變化很大，因此主要分析光生少數(shù)載流子的運動。1—低于禁帶寬度的光子沒有被吸收2—晶格熱化損失3—結(jié)損失4—接觸損失5—復合損失光伏發(fā)電原理02光生伏特效應光生電子空穴在內(nèi)建電場作用下分離，p區(qū)電子穿過p-n結(jié)進入n區(qū)，n區(qū)空穴進入p區(qū)；使p端電勢升高，n端電勢降低，在p-n結(jié)兩端形成了光生電動勢，即光生伏特效應。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電原理02光生伏特效應光生載流子各自向相反方向運動，在p-n結(jié)內(nèi)部形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流。光生電動勢的電場方向從p型指向n型，與內(nèi)建電場方向相反，如同在p-n結(jié)上加正向偏壓，使內(nèi)建電場強度減小，勢壘高度降低，引起n區(qū)電子和p區(qū)空穴向?qū)Ψ阶⑷?，形成從p型到n型的正向電流。正向電流與光生電流方向相反，會抵消p-n結(jié)產(chǎn)生的光生電流，使提供給外電路的電流減?。ㄊ枪夥姵夭焕蛩?，又把正向電流稱為暗電流）。p-n結(jié)開路時，光生電流和正向電流相等，p-n結(jié)兩端建立穩(wěn)定的電勢差Uoc。p-n與外電路接通，在光照作用下，源源不斷的電流通過電路，即光生伏特效應。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成Part.03光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

根據(jù)是否與國家電網(wǎng)相連，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)并網(wǎng)點位置，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為用戶側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。按裝機容量劃分，光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為小、中、大三種系統(tǒng):

小型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量小于或等于1MWp;

中型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量大于1MWp和小于或等于30MWp;

大型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量大于30MWp。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指沒有與國家電網(wǎng)相連的系統(tǒng),可分為直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和交流光伏發(fā)電系統(tǒng)以及交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可分為無蓄電池和有蓄電池的光伏發(fā)電系統(tǒng)。，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)

有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。上圖顯示的為交流與直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)，若圖中無直流負載則為交流光伏發(fā)電系統(tǒng)。交流與直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)、交流光伏發(fā)電系統(tǒng)較之直流光伏發(fā)電系統(tǒng)多了離網(wǎng)逆變器,逆變器是把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能，這就是光伏電池的開路電壓。如將p-n結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結(jié)起了電源的作用。這就是光伏電池的基本原理。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03光伏組件：將光能直接轉(zhuǎn)換成電能蓄電池：存儲光伏組件產(chǎn)生的電能，供負載使用充放電控制器：控制蓄電池充放電離網(wǎng)逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成為交流電,供交流負載使用01030402離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能光伏組件(光伏陣列)：是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分。其作用是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能,并送往蓄電池中存儲起來,也可以直接用于推動負載工作。當發(fā)電容量較大時,就需要用多塊光伏組件串、并聯(lián)后構(gòu)成光伏方陣或光伏陣列。目前應用的光伏組件主要是晶硅組件,晶硅組件分為單晶、多晶、非晶硅光伏組件等幾種。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能蓄電池：存儲光伏組件發(fā)出的電能,并隨時向負載供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池的基本要求是:自放電率低、使用壽命長、充電效率高、深放電能力強、工作溫度范圍寬、少維護或免維護以及價格低廉。當需要大容量電能存儲時,就需要將多節(jié)蓄電池串、并聯(lián)起來構(gòu)成蓄電池組。鉛酸蓄電池光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能充放電控制器：控制整個系統(tǒng)工作狀態(tài)。其功能主要有:防止蓄電池過充電與過放電、系統(tǒng)短路保護、系統(tǒng)極性反接保護、夜間防反充保護、溫度補償?shù)墓δ?。控制器具有光控、時控等工作模式,以及充電狀態(tài)、蓄電池電量等各種工作狀態(tài)的顯示功能。光伏控制器一般分為小功率、中功率、大功率和風光互補控制器等。光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部件功能逆變器：逆變器是把光伏組件或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應給電網(wǎng)或者交流負載。逆變器按運行方式可分為離網(wǎng)和并網(wǎng)逆變器。

離網(wǎng)逆變器用于離網(wǎng)運行的光伏發(fā)電系統(tǒng),為獨立負載供電；對離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可配置控制-逆變一體機;并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)?？刂颇孀円惑w機離網(wǎng)逆變器光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及組成03并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：將光伏組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式（＞6MW）、分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。集中式并網(wǎng)光伏電站主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng),由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電