硅型光伏电池的电特性及太阳能发电.docx

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硅型光伏电池的电特性及太阳能发电

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硅型光伏电池的电特性及太阳能发电　

隆志军　，王　秋　，谢观健。

，陈　海　，郭金基。

，杨欢军　。

王文欢－　

（．１中山盛兴股份有限公司，广东中山　　５８１；２中山大学应用力学和工程系．广东广州２４２．　　５０７）１２５　

电池的电特性，讨论等效电路图、伏安特性曲线和硅电池的光照特性，介绍阳光跟踪器　

。

池；等效电路图；伏安特性曲线；光照特性曲线；阳光跟踪器　

中国分类号：

Ｔ１　Ｍ６５文献标识码：

Ａ　文章编号：

１０—４２（００８０８－３０９９９２１）０—０２０　

太阳能电池是直接把光能转换为电能的半导体器件．　其工作原理是：

太阳光照在半导体ＰＮ结上，形成新的空　—

穴一电子对，在ＰＮ结电场的作用下，空穴由ｎ区流向Ｐ—　

效应而产生的电流（称光生电流），看作是一个恒流源　简Ｄｈ

和一只正向二极管并联，，为流过二极管的正向电流．又　ｄ

称为暗电流。

尺　为旁路电阻，是由光电池表面污浊和半导　

体晶体缺陷引起的漏电流所对应ＰＮ结漏泄电阻和电阻　＿边缘的漏泄电阻等组成，约几千欧姆；　称为漏泄电流。

区，接通电路后就形成电流。

由单品或多晶硅片半导体器　

件组成的太阳能电池，简称为硅型光伏电池。

　太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方　式，另一种是光一电直接转换方式，目前主要采用光一电　直接转换方式。

光一电直接转换方式是利用光电效应，将　

尺为和外电路负载电阻尺串联的电阻，。

由电池的体　　　　是

电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极和硅表面间接触电　

阻和金属导体电阻等组成，约为ｌ，Ｒｎ　。

为硅光电　均

太阳辐射能直接转换成电能，光～电转换的基本装置就是　太阳能电池。

晶体硅太阳能电池是一种由于光生伏特效应　而将太阳光能直接转化为电能的器件．是一个半导体光电　二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会　

把太阳的光能变成电能，产生电流。

池本身固有电阻，相当于光伏电池的内阻。

暗电流　可用　

下式表示…：

厶（?

＝　］Ｌｐ　　一

式中：

，为光伏电流内部等效二极管的ＰＮ结反向饱　ｎ—和电流；ｑ为基本电荷常数；ｎ为ＰＮ结二极管曲线因子，　为玻尔兹曼常数；Ｔ为硅光电池工作温度。

光生电流　是光强和温度的函数，表示为：

以下讨论硅型光伏电池的电路特性。

１硅型光伏电池的电路特性　

硅型光伏电池的等效电路图如图１示，由光生伏特　所

、ｌ一［　Ｉ　，ｄ　　ｌｌ　　１　

ｌ，　

Ｒｌ　

。

，　　］（ｐ（＋／ｈ＝ｓｏ＂　

式（）中：

Ｓ太阳辐射照度（ｍ）ｏ标准测试　２Ｗ／　；Ｔ为

下硅光电池温度；　为标准测试下硅光电池短路电流；Ｓ　ｏ

为温度影响系数。

从图１可看出，接入负载电阻Ｒ．电流，为：

．后Ｌ　

１Ｌ＝Ｉｈ一』　ｈ。

ｄ—　Ｕｄ＝，Ｒｓ＋，ＲＬＬ‘Ｌ?

　（）３　（　４）

（）５　

图ｌ硅型光伏电池等效电路图　　

收稿日期：

２１—５２　０００—４

Ｕｄ＝　

ｈＲｓ　

研究和　

将（）（）式代人（）式得：

１、５３　

Ｔ　１＝

（　７）

（）填充因子　：

受光照硅光电池的最大输出功率　６

ＩＩ，ｐ　　ｖ＃０　一　曲＝－ｅ）［ｘ＿

（６）　

Ｐ和该电池的开路电压　和短路电流，乘积之比，即：

ｍ耻　

Ｆ＝Ｆ　?

　（　８）

以上（）　（）及（）式可以得到受太阳辐射照度　１、２６．ｓ，硅光电池工作温度　和外负载电阻　影响的硅光电池　

的电压一电流关系曲线，简称为伏安（一，　）特性曲线，　若选取输出电压　为横坐标　轴，输出电池，竖坐标Ｙ为　轴．可以得到电压一电流特性曲线，如图２所示。

描述硅　光伏电池特性的参数主要包括以下部分［。

３　１（）开路电压　１：

硅光电池处于开路状态，尺ｔ＋『　＿

硅光伏电池的特性参数通常都是在Ａ．Ｍ１５太阳光谱，　

温度为２ｑ５Ｃ．光源辐射照度为１０Ｗ／　标准测试条件　００ｍ的

下得到的．其特性曲线受温度和入射光谱、辐射照度影响　很大，例如（）式中硅光电池内部等效二极管反向饱和　１

电池．可用下式计算：

时电池两极之间的电位差。

（）短路电流ｋ：

硅光电池处于短路状态，Ｒ＿　时　２ｔ测量的电流。

　（）最大输出功率　：

硅光电池卜Ｕ特性曲线上，３　电流和电压乘积的最大值。

ＩＴｐＥ　ｏ３　＝ｅ　１Ａｘ／

度。

（９）　

（Ｏ）１　

式（）中：

Ａ为常数；Ｅ９　为绝对零度下外插禁带宽　

硅光伏电池的工作温度。

可由下式计算：

Ｔ＝＋?

　　　｜Ｓ

（）最佳工作电流，和最佳工作电压　：

硅光电池　４ｍ

，’　特性曲线上最大功率所对应的电流和电压，如图２中　Ｍ点（、，　ｍ

１／ｍＡ　

式（０中：

１）　

为环境温度；　

为硅光电池的温度系　

数：

Ｓ为太阳辐射照度。

）。

硅光伏电池的温度特性，可参看文献［］的讨论，２　

开路电压　随温度升高而下降，短路电流　随温度升高　

而上升，但电池的转换效率　随温度升高而下降，温度每　

，ｃｓ　

升高ｌ。

硅光电池电池转换效率下降０３％一．％，由℃－５０４５　此推算．在２ｑ工作的硅型光伏电池的转换效率比７℃工　５ＣＯ作时高出２％以上。

Ｏ　

，　ｍ

２硅型光伏电池的光照特性和阳光跟踪器　

硅光伏电池的光照特性受太阳光的入射光谱，辐射照　度影响很大，图３列出硅光电池短路电流　、开路电压　

和输出功率Ｐ和入射光照度（射照度）之间的变化曲ｍ辐　线，其中短路电流　随光强而线性增加；开路电压　

Ｕｍ　Ｕ０　ｃ￡／ｍＶ，　

在　

弱之时随光强增加很快，但在强光时趋于饱和，最佳输出　

图２硅光电池的，　特性曲线　　＿

功率尸随光强而直线上升。

ｍ　

文献［］讨论阳光跟踪器工作原理及设计要点，为　３

（）转换效率　：

受光照硅光电池的最大输出功率尸　５ｍ和入射到该硅光电池上的全部辐射功率　的比，即：

了提高硅型光伏电池板的转换效率　］，拟采用一种带阳光　跟踪器的可跟踪太阳方向转动的硅型光伏电池板　。

该系　

统由操作平台、硅太阳能电池　

开路电压‰／　Ｖ

短鼯电流　／　ｍＡ

开路电压　／　Ｖ

板、电动推杆、转动合页以及阳　光跟踪器等组成。

如图４所示。

太阳能电池板和操作平台采　

用两个特制的不锈钢合页连接，　

电池板背面为铝衬板．在铝衬板　

用铝合金拉钉固定一个铝制连接　

０．　２

耳板．此耳板通过一个不锈钢销　

轴和操作平台上的支座耳板连接　

Ｏ　

并可转动。

太阳能电池板上端可　

入射光强　／ｍＷ．ｒ２ｃＥ　入射光强ｓｍｃ２／ｗ．　　

设置两个阳光跟踪器．控制两个　

方向的转动．但通常只使用一　

图３硅光电池短路电流　、开路电压　　和最佳输出功率　和入射光强的关系曲线　

个，另一方向微动部分用手控系　

图４由阳光跟踪器控制的硅光电池板　　

统设定即可，阳光跟踪器通过信号控制系统控制电动推杆　

来实现太阳能电池板随太阳的方向而上下转动．左右转动　

停止运行状态，蓄电池及光伏电池容量足够支持系统运行。

４实例　

本项目研制的硅型光伏太阳能发电系统，已应用于节　能型热通道光伏幕墙的通风装置和遮阳百叶的传动装置。

　前者在热通道光伏幕墙的进风口，安装一台２Ｗ风机，由０　太阳能发电蓄电池提供电功率，驱动风机运转，向热通道　送风，降低热通道温度，由于热通道内安装有硅型光伏电　

池，因而降低了其工作环境温度，同时降低了室内温度，　改善人居环境。

后者提供遮阳百叶传动电机功率约１Ｗ。

２　

采用手控系统控制。

从而得到最佳的输出功率。

３应用及举例　

实际光伏太阳能发电系统可根据实际需要，将若干硅　型光伏电池组件经串、并联，排列组成光伏阵列，满足光　

伏系统实际电压和电流的需要。

硅型光伏电池组件串联，　

要求所串联组件有相同的电流容量，串联后的阵列输出电　

压为硅型光伏电池输出电压之和．相同电流容量硅型光伏　

电池串联后其阵列输出电流不变；硅型光伏电池组件并　联．要求所并联的所有光伏电池输出电流之和，而电压保　

通过智能控制系统在强太阳光时遮阳百叶闭合，降低室内　温度，收到良好的效果。

参考文献：

　［］陈维，沈辉，褚玉芳，等．太阳能光伏建筑一体化的现状和　１

展望［］．新材料产业，２０（）６３．Ｊ０７７：

３—９　

持不变。

一般说来，常用的晶体硅型光伏电池组件或模块　

内部标准串联数量是３６个或４０个，１硅型光伏电池额　个

定输出电压大约０５．Ｖ，组件额定电压大约是１—８４６１Ｖ，正　

好可以为额定１Ｖ的蓄电池进行有效的充电【。

２６　】

光伏太阳能发电系统容量计算如下。

　（）光伏电池容量计算：

进风Ｅ面积为１０ｍｍ×１ｌ１０　

６０ｍ，根据不同厂家的不同性能，选用多晶硅，对应功　６ｍ率在５～０Ｗ之间。

考虑到蓄电池的额定电压一般为　０１０１Ｖ，所以可请厂家设计ｌＯｍ６０ｍ，１Ｖ，８Ｗ左　２ｌＯｍｘ６ｍ７０右的多晶硅电池板。

［］ＳＨ．ｏ．２．Ｙｏ，ＪＫ．Ｌｅｆｃｅｃ　ｈｒｃｅｓｃｏ　ｕｌｉｇｉｔ—ｅ．Ｅｉｉｙｃａａｔｒｔ　ｆｂｉｎ　ｎｅｎｉｉｄ　ｇａｅ　ｈｔｖｌｉ　ｓ　ｈｄｎ　ｅｉｅ［］．Ｂｉｉｇｎ　ｒｔｐｏｏｏｔｅａ　ａｓａｉｇｄｖｄａｃＪｕｌｎ　ａｄｄ

Ｅｖｒｎｅｔ０２（７：

６５６８ｎｉｍｎ，２０３）１—２．ｏ　

［］汤建皮，黄刚．光伏系统配套蓄电池的选择［］．蓄电池，３Ｊ　

２０，４（）１７１９０２９：

８—８．　

［］赵争鸣，刘建政．太阳能光伏发电及其应用［４Ｍ］．北京：

科　

学出版社。

２０．０８　

［］杨欢军，姜清海。

陈海，等．基于阳光自动跟踪控制为光伏　５

（）蓄电池容量计算：

一般选用固定型密封式铅酸蓄　２电池。

通常最大放电深度可达０８为了延长蓄电池使用　．，

阵列及应用［］．机电工程技术，２１（）１４．Ｊ００４：

４－３　［］黄汉云．太阳能光伏发电应用原理［６Ｍ］．北京：

化学工业出　

版社．２０９　０．

寿命，设计最大放电深度为０７８Ｗ光伏电池，一般选　．。

０

择２０ｈ的蓄电池足够了。

０Ａ　

（）负载容量：

选择１Ｖ带齿轮组的减速电机，额定　３２功率ｌＷ．最大扭矩３ｋ?

６７ｇｏ单片机控制板功率不超过　ｍ。

第一作者简介：

隆志军，男，１７９８年生，广东中山人，大学本　

科，工程师。

研究领域：

幕墙建筑机械。

已发表论文２篇。

９。

考虑到电机在１Ｗ２小时工作时间内，大部分时间处于　

（辑：

　飞）编向　

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硅型光伏电池的电特性及太阳能发电　

隆志军　，王　秋　，谢观健。

，陈　海　，郭金基。

，杨欢军　。

王文欢－　

（．１中山盛兴股份有限公司，广东中山　　５８１；２中山大学应用力学和工程系．广东广州２４２．　　５０７）１２５　

电池的电特性，讨论等效电路图、伏安特性曲线和硅电池的光照特性，介绍阳光跟踪器　

。

池；等效电路图；伏安特性曲线；光照特性曲线；阳光跟踪器　

中国分类号：

Ｔ１　Ｍ６５文献标识码：

Ａ　文章编号：

１０—４２（００８０８－３０９９９２１）０—０２０　

太阳能电池是直接把光能转换为电能的半导体器件．　其工作原理是：

太阳光照在半导体ＰＮ结上，形成新的空　—

穴一电子对，在ＰＮ结电场的作用下，空穴由ｎ区流向Ｐ—　

效应而产生的电流（称光生电流），看作是一个恒流源　简Ｄｈ

和一只正向二极管并联，，为流过二极管的正向电流．又　ｄ

称为暗电流。

尺　为旁路电阻，是由光电池表面污浊和半导　

体晶体缺陷引起的漏电流所对应ＰＮ结漏泄电阻和电阻　＿边缘的漏泄电阻等组成，约几千欧姆；　称为漏泄电流。

区，接通电路后就形成电流。

由单品或多晶硅片半导体器　

件组成的太阳能电池，简称为硅型光伏电池。

　太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方　式，另一种是光一电直接转换方式，目前主要采用光一电　直接转换方式。

光一电直接转换方式是利用光电效应，将　

尺为和外电路负载电阻尺串联的电阻，。

由电池的体　　　　是

电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极和硅表面间接触电　

阻和金属导体电阻等组成，约为ｌ，Ｒｎ　。

为硅光电　均

太阳辐射能直接转换成电能，光～电转换的基本装置就是　太阳能电池。

晶体硅太阳能电池是一种由于光生伏特效应　而将太阳光能直接转化为电能的器件．是一个半导体光电　二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会　

把太阳的光能变成电能，产生电流。

池本身固有电阻，相当于光伏电池的内阻。

暗电流　可用　

下式表示…：

厶（?

＝　］Ｌｐ　　一

式中：

，为光伏电流内部等效二极管的ＰＮ结反向饱　ｎ—和电流；ｑ为基本电荷常数；ｎ为ＰＮ结二极管曲线因子，　为玻尔兹曼常数；Ｔ为硅光电池工作温度。

光生电流　是光强和温度的函数，表示为：

以下讨论硅型光伏电池的电路特性。

１硅型光伏电池的电路特性　

硅型光伏电池的等效电路图如图１示，由光生伏特　所

、ｌ一［　Ｉ　，ｄ　　ｌｌ　　１　

ｌ，　

Ｒｌ　

。

，　　］（ｐ（＋／ｈ＝ｓｏ＂　

式（）中：

Ｓ太阳辐射照度（ｍ）ｏ标准测试　２Ｗ／　；Ｔ为

下硅光电池温度；　为标准测试下硅光电池短路电流；Ｓ　ｏ

为温度影响系数。

从图１可看出，接入负载电阻Ｒ．电流，为：

．后Ｌ　

１Ｌ＝Ｉｈ一』　ｈ。

ｄ—　Ｕｄ＝，Ｒｓ＋，ＲＬＬ‘Ｌ?

　（）３　（　４）

（）５　

图ｌ硅型光伏电池等效电路图　　

收稿日期：

２１—５２　０００—４

Ｕｄ＝　

ｈＲｓ　

研究和　

将（）（）式代人（）式得：

１、５３　

Ｔ　１＝

（　７）

（）填充因子　：

受光照硅光电池的最大输出功率　６

ＩＩ，ｐ　　ｖ＃０　一　曲＝－ｅ）［ｘ＿

（６）　

Ｐ和该电池的开路电压　和短路电流，乘积之比，即：

ｍ耻　

Ｆ＝Ｆ　?

　（　８）