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1、光伏發(fā)電技術(shù)１.１光伏發(fā)電基本原理太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成電能,能將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器之一，就是光伏電池。光伏電池的物理基礎(chǔ)是由兩種不同半導(dǎo)體材料構(gòu)成的大面積PN結(jié)，以及非平衡少數(shù)載流子在PN結(jié)內(nèi)電場作用下形成的漂移電流。１.光伏電池的基本原理和等效電路１.１光伏發(fā)電基本原理太陽光照射到由P、N型兩種不同半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽能電池上時，一部分光線被反射，一部分光線被吸收，還有一部分光線透過電池片。被吸收的光能激發(fā)被束縛的電子，產(chǎn)生“電子-空穴”對，在PN結(jié)內(nèi)電場作用下，電子、空穴相互運動，若在
2、電池兩端接上負(fù)載，負(fù)載上就有電流流過。當(dāng)光線一直照射時，負(fù)載上源源不斷地有電流流過。單片太陽能電池就是一個薄片狀的半導(dǎo)體PN結(jié)。標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，額定輸出電壓為0.5V左右。１.光伏電池的基本原理和等效電路１.１光伏發(fā)電基本原理１.光伏電池的基本原理和等效電路１.2光伏電池陣列由一片單晶硅片構(gòu)成的太陽能電池稱為單體（Cell)。單體電池的電壓電流很?。?.45~0.50V、20~25mA/cm2)，一般不能單獨作電源使用，需將它們串、并聯(lián)封裝后，構(gòu)成光伏電池組件(模塊Module)使用，一個組件上光伏電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36~40個(
3、10cmX10cm)。當(dāng)應(yīng)用場合需要較高的電壓和電流，可把多個組件再經(jīng)過串并聯(lián)安裝在支架上，構(gòu)成了光伏電池陣列（Array)，滿足負(fù)載所需的功率要求．１.光伏電池的基本原理和等效電路１.2光伏電池陣列１.光伏電池的基本原理和等效電路2.1單體光伏電池的等效電路等效電路如圖所示Iph為光生電流，其值正比于光伏電池的面積和入射光的輻照度。ID為暗電流，是指在無光照時，由外電壓作用下PN結(jié)內(nèi)流過的單向電流。RS、RSH均為光伏電池本身固有電阻。因RS很小、RSH很大，所以進(jìn)行理想計算時，它們都可以忽略不計。2.光伏電池數(shù)學(xué)模型2.1單
4、體光伏電池的等效電路描述光伏電池特性的兩個重要參數(shù)分別是1.短路電流ISC與光伏電池的面積有關(guān)，1cm2光伏電池的短路電流約為16~30mA，且與入射光譜輻射照度成正比。2.空載電壓UOC與入射光譜輻射照度的對數(shù)成正比，與光伏電池的面積無關(guān)。在每平方厘米100MW太陽光譜輻照度，空載電壓約為450~600mV,最大可達(dá)690mV。2.光伏電池數(shù)學(xué)模型２.2單體光伏電池的電量方程等效電路中各變量的方程式如下：（２－1）（２－２）（２－3）式中I０為光伏電池內(nèi)部等效二極管ＰＮ結(jié)反向飽和電流；UＤ為等效二極管端電壓；Ｔ為熱力學(xué)溫度；Ａ
5、為ＰＮ結(jié)曲線常數(shù)。2.光伏電池數(shù)學(xué)模型２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.3實用方程忽略RS、RSH,則Iph≈ISCUD≈U,式(2-2)可化簡為:（２－4）式中,;。２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.3實用方程在最大功率點處，有IL=Im,U=Um，可解出C1（２－5）開路時，有IL=0,U=UOC，可解出C2（２－6）由式(2-5)、(2-6)計算出C1、C2即可由(2-4)確定光伏電池的伏安特性曲線。2.光伏電池數(shù)學(xué)模型２.4伏安特性曲線２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.5填充系數(shù)２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.6光伏電池的轉(zhuǎn)換效率及其影響
6、因素S為光照強(qiáng)度Aall為電池總的光照總面積影響效率最為重要的三個因素為:光譜響應(yīng)、光照特性和溫度特性。２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.6光伏電池的轉(zhuǎn)換效率及其影響因素光譜響應(yīng)太陽光譜中，不同波長的光不同的能量，所含的光子數(shù)目也不相同。因此，光伏電池接受光照射所產(chǎn)生的光子的數(shù)目也就不相同。光伏電池在入射光中每一種波長的光能作用下所收集到的光電流，與相對于入射到電池表面的該波長的光子數(shù)之比，叫做光伏電池的光譜響應(yīng)。能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的太陽能輻射波長范圍一般在0.4~1.2，最大靈敏度在0.8~0.95之間。２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.6光伏
7、電池的轉(zhuǎn)換效率及其影響因素光照特性由伏安特性曲線可知，短路電流受光照強(qiáng)度的影響較大，而開路電壓受光照強(qiáng)度的影響較小。如果進(jìn)行較粗略的簡化，可以設(shè)Im∝ISC∝S。則有Um∝UOC∝lnS２光伏電池的數(shù)學(xué)模型２.6光伏電池的轉(zhuǎn)換效率及其影響因素溫度特性空載電壓線性地隨電池溫度變化,且呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)；而短路電流則呈現(xiàn)正溫度系數(shù),但隨溫度變化很小。光伏電池溫度越高，其所輸出的最大功率越小，效率越低。3光伏發(fā)電運行失配現(xiàn)象及機(jī)理3.1失配現(xiàn)象由于局部光照強(qiáng)度的減弱（樹、云層、建筑物的阻礙造成的陰影等）或生產(chǎn)工藝的問題，造成模塊中某個單體
8、光伏電池的電流小于其他單體光伏電池的電流，該電池可能在某一情況下帶上負(fù)電壓，變成負(fù)載消耗其他正常電池產(chǎn)生的功率，模塊性能驟降，這就是失配現(xiàn)3.2失配的原因（1）產(chǎn)品問題（2）環(huán)境問題（3）陰影問題（4）模塊老化問題3光伏發(fā)電運行失配現(xiàn)象及機(jī)理3.3減輕功率失配損
