光伏发电基础

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1、光伏发电技术１.１光伏发电基本原理太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成电能,能将光能转换成电能的能量转换器之一，就是光伏电池。光伏电池的物理基础是由两种不同半导体材料构成的大面积PN结，以及非平衡少数载流子在PN结内电场作用下形成的漂移电流。１.光伏电池的基本原理和等效电路１.１光伏发电基本原理太阳光照射到由P、N型两种不同半导体材料构成的太阳能电池上时，一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的电子，产生“电子-空穴”对，在PN结内电场作用下，电子、空穴相互运动，若在

2、电池两端接上负载，负载上就有电流流过。当光线一直照射时，负载上源源不断地有电流流过。单片太阳能电池就是一个薄片状的半导体PN结。标准光照条件下，额定输出电压为0.5V左右。１.光伏电池的基本原理和等效电路１.１光伏发电基本原理１.光伏电池的基本原理和等效电路１.2光伏电池阵列由一片单晶硅片构成的太阳能电池称为单体（Cell)。单体电池的电压电流很小（0.45~0.50V、20~25mA/cm2)，一般不能单独作电源使用，需将它们串、并联封装后，构成光伏电池组件(模块Module)使用，一个组件上光伏电池的标准数量是36~40个(

3、10cmX10cm)。当应用场合需要较高的电压和电流，可把多个组件再经过串并联安装在支架上，构成了光伏电池阵列（Array)，满足负载所需的功率要求．１.光伏电池的基本原理和等效电路１.2光伏电池阵列１.光伏电池的基本原理和等效电路2.1单体光伏电池的等效电路等效电路如图所示Iph为光生电流，其值正比于光伏电池的面积和入射光的辐照度。ID为暗电流，是指在无光照时，由外电压作用下PN结内流过的单向电流。RS、RSH均为光伏电池本身固有电阻。因RS很小、RSH很大，所以进行理想计算时，它们都可以忽略不计。2.光伏电池数学模型2.1单

4、体光伏电池的等效电路描述光伏电池特性的两个重要参数分别是1.短路电流ISC与光伏电池的面积有关，1cm2光伏电池的短路电流约为16~30mA，且与入射光谱辐射照度成正比。2.空载电压UOC与入射光谱辐射照度的对数成正比，与光伏电池的面积无关。在每平方厘米100MW太阳光谱辐照度，空载电压约为450~600mV,最大可达690mV。2.光伏电池数学模型２.2单体光伏电池的电量方程等效电路中各变量的方程式如下：（２－1）（２－２）（２－3）式中I０为光伏电池内部等效二极管ＰＮ结反向饱和电流；UＤ为等效二极管端电压；Ｔ为热力学温度；Ａ

5、为ＰＮ结曲线常数。2.光伏电池数学模型２光伏电池的数学模型２.3实用方程忽略RS、RSH,则Iph≈ISCUD≈U,式(2-2)可化简为:（２－4）式中,;。２光伏电池的数学模型２.3实用方程在最大功率点处，有IL=Im,U=Um，可解出C1（２－5）开路时，有IL=0,U=UOC，可解出C2（２－6）由式(2-5)、(2-6)计算出C1、C2即可由(2-4)确定光伏电池的伏安特性曲线。2.光伏电池数学模型２.4伏安特性曲线２光伏电池的数学模型２.5填充系数２光伏电池的数学模型２光伏电池的数学模型２.6光伏电池的转换效率及其影响

6、因素S为光照强度Aall为电池总的光照总面积影响效率最为重要的三个因素为:光谱响应、光照特性和温度特性。２光伏电池的数学模型２.6光伏电池的转换效率及其影响因素光谱响应太阳光谱中，不同波长的光不同的能量，所含的光子数目也不相同。因此，光伏电池接受光照射所产生的光子的数目也就不相同。光伏电池在入射光中每一种波长的光能作用下所收集到的光电流，与相对于入射到电池表面的该波长的光子数之比，叫做光伏电池的光谱响应。能够产生光生伏特效应的太阳能辐射波长范围一般在0.4~1.2，最大灵敏度在0.8~0.95之间。２光伏电池的数学模型２.6光伏

7、电池的转换效率及其影响因素光照特性由伏安特性曲线可知，短路电流受光照强度的影响较大，而开路电压受光照强度的影响较小。如果进行较粗略的简化，可以设Im∝ISC∝S。则有Um∝UOC∝lnS２光伏电池的数学模型２.6光伏电池的转换效率及其影响因素温度特性空载电压线性地随电池温度变化,且呈现负温度系数；而短路电流则呈现正温度系数,但随温度变化很小。光伏电池温度越高，其所输出的最大功率越小，效率越低。3光伏发电运行失配现象及机理3.1失配现象由于局部光照强度的减弱（树、云层、建筑物的阻碍造成的阴影等）或生产工艺的问题，造成模块中某个单体

8、光伏电池的电流小于其他单体光伏电池的电流，该电池可能在某一情况下带上负电压，变成负载消耗其他正常电池产生的功率，模块性能骤降，这就是失配现3.2失配的原因（1）产品问题（2）环境问题（3）阴影问题（4）模块老化问题3光伏发电运行失配现象及机理3.3减轻功率失配损