光伏发电基础VIP免费

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(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为ＰＮ结曲线常数。)1(0AkTqUDDeIIshDAkTqUphLRUeIIID)1(0)1ln(0IIqAkTUSCOC2.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,;。)]1(1[21OCUCUSCLeCIISCIIC01)11ln(112CC２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。OCmUCUSCmeIIC2.1)1()1ln()1(2scmOCmIIUUC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..SCOCmFIUIUFm２光伏电池的数学模型２光伏电池的数学模型%100allmminmmSAIUPIU２.6光伏电池的转换效率及其影响因素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。mm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∝lnSSl...