太阳能系统基础.ppt

光电效应的应用——光伏电池 当光线照射太阳电池表面，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子，在PN结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。 光伏电池的种类 能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。 光伏电池又称为太阳能电池。 “硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个世纪科学家们发 现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。 21世纪，生活中处处可见“硅”的身影和作用。 晶体硅太阳电池的制作过程 生产过程大致可分为五个步骤: 1、提纯 2、拉棒 3、切片 4、制电池 5、封装 太阳电池基本性质 转换效率 光电转换效率η是评估太阳电池好坏的重要因素。 目前：实验室η≈24％，产业化：η≈15％。 单体电池电压V 一般在0.4V至0.6V 由材料物理特性决定。 太阳能电池的几个主要参数 开路电压Voc 标准条件下，太阳能电池开路情况下的输出电压 短路电流Isc 标准条件下，太阳能电池短路时的电流 最大功率Pmax 标准条件下，太阳能电池能够输出的最大功率 最佳工作电压Vmp 太阳能电池输出最大功率时的工作电压 最佳工作电流Imp 太阳能电池输出最大功率时的工作电流 太阳电池的I-V-P曲线 太阳电池的特点 在不同的光强下，太阳能电池可工作的电压范围几乎不变，发电功率P、电流I都和日照光强成正比。 当太阳能电池的工作电压在0到最佳工作电压Vo间变化时，工作电流I变化很小， 当工作电压超过Vo时，工作电流、发电功率快速下降。 在不同光强下，太阳能电池的特性曲线类似，最佳工作电压Vo几乎不变。 太阳电池的温度特性 温度提高，太阳能电池的最大输出功率Pmax减小，开路电压Voc降低。 温度提高，太阳能电池的短路电流Isc略有上升。 温度提高，最佳工作点电压Vo降低，Io略有上升。 太阳电池的温度特性 太阳能系统工作原理 投入/切除式控制方式 PWM控制方式 太阳能方阵的俯仰角 太阳能方阵有特定俯仰角度 角度大小、朝向取决于负载类型，纬度，季节因素 通讯离网太阳能系统方阵的俯仰角选择原则 当地日照最差月份正对太阳光 通讯离网太阳能系统方阵的俯仰角计算 当地日照最差月份太阳光直射点与本地的纬度差 即Ф=Ф1-Ф2 其中Ф1为本地纬度，Ф2为当地日照最差月份太阳光直射点纬度，当不在同一半球时，Ф2 为负。 太阳的视在运行 太阳的视在运行 一年中太阳光直射点位置 深圳地区1961-1990年气候数据 太阳能方阵的俯仰角 根据深圳地区的日平均日照数据得出，深圳日照最差月份是3月上旬。 3月上旬太阳光的直射点为南纬5度左右 深圳地区最佳俯仰角Ф=Ф1-Ф2=23-（-5）=28度 太阳能离网供电系统的组成 太阳能电池方阵 安装支架（可能还包括跟踪系统） 蓄电池 控制器 后备电源（油机等） 逆变器（负载需要交流电时） DC/DC变换器（负载需要直流电且电压与方阵电压不同） 蓄电池 对于离网系统，蓄电池在阳光强烈时将多余电能存储起来，阳光不足时可用来维持负载工作。并网系统可不设蓄电池。 蓄电池的种类：铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池、锂离子电池。 太阳能供电系统中的蓄电池必须适合高频率充放电、不稳定电流充电、工作环境温度范围宽，并不是所有蓄电池都适合用于太阳能供电系统，我公司多配备胶体铅酸蓄电池。 太阳能离网供电系统的计算 计算数据准备 太阳能方阵的估算 蓄电池的估算 安装方式与支架设计 控制器的选择 太阳能离网供电系统设计原则 在安装地的气象数据条件下，计算全年每月日照情况，选择一种方阵容量，使其满足在全年日照量最低的月份的日平均发电量，大于负载的日平均用电量（有油机等后备电源系统可根据实际情况另选标准计算月份）。 计算出来的结果扣除系统中各个环节的损耗，给出一个合适的安全系数。 太阳能方阵容量=k x 负载平均功耗 x 24 /最小日平均峰值日照时数(PSH) 其中：k=损耗系数 x 安全系数 系统设计的关键参数 负载类型－电压，功率，电流，工作时间 太阳能电池模块类型，输出电流 标准计算月份的光辐射强度－兰利(单位面积上太阳辐射的能量单位)，MJ/m2，日照峰值小时数， kWh/m2 电池自主持续的天数 系统电压－12V，24V，36V，48V 日照点气象数据－纬度，幅射，温度数据库 太阳电池模块方阵的冗余－%（安全系数） 系统设计的关键参数-标准情况下的测试数据 系统设计-太阳能电池计算 计算出负载每天消耗的安时数Ah 计算最合适的倾斜角度φ 选择一种型号的太阳能电池