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光伏发电的基本原理 太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器件才能变换为电能?这种把辐 射能变换成电能的能量转换器件，就是太阳能电池?太阳能电池是利用光电转换 原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的器件 ，这种光电转换过程通常 叫做光生伏打效应”太阳能电池又称为 光伏电池”当太阳光照射到由P、N 型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的 P-N结上时，在一定条件下，太 阳能辐射被半导体材料吸收?形成内建静电场?如果从内建静电场的两侧引出电 极并接上适当负载，就会形成电流，这就是太阳能电池的基本原理?单片太阳能电 池就是一薄片半导体P-N结.标准光照条件下,额定输出电压为0.48V.为了获 得较高的输出电压和较大容量，往往把多片太阳能电池连接在一起，目前,太阳能 电池的光电转换率一般在15% 左右，个别发达国家的实验室太阳能电池光电转 换率已经可以达到30% 左右. 太阳能设计问答 问：根据输出功率，如何设计一套太阳能发电系统？ 答：太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同 组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载 提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以 100W 输 出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法： 首先应计算出每天消耗的瓦时数（包括逆变器的损耗）： 若逆变器的转换效率为90 %，则当输出功率为100W 时，则实际需要输出功 率应为100W/90 % =111W ;若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5 小时=555Wh 。 计算太阳能电池板： 按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗， 太阳能电池板的输出功率应为 555Wh/6h/70%=130W 。其中70 %是充 电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。 充电控制器的选择： 130W 的太阳能电池板它的最大输出电流是 7.7A。因此应该选取充电电流至 少为8A的充电控制器。 蓄电池的选择： 若采用12V的蓄电池，其放电深度为50%，则应使用 555Wh/12V/50%=90Ah 的蓄电池；若选择24V 的蓄电池，则蓄电池的 容量应为 555Wh/24V/50%=45Ah 。 以上只是一个简单的计算方法，若需要较准确的配置，请垂询本公司的销售人 员，我们会根据客户的需要，给出详细配置。 光伏发电原理 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种 技术的关键元件是太阳能电池。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电 池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 中文名 光伏发电原理 类型 原理 光 用途 发电 目录 1光伏效应 2原理 3系统组成 ?电池方阵 ?蓄电池组 ?控制器 ?逆变器 4系统分类 5优缺点 6应用领域 光伏效应 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在 P 型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子一空穴对。界面层附近的电子和空 穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的 N区和空穴向带 负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在 P区和N区之间产生一个向外的可测试的 电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。 对晶体硅太阳能电池来说， 开路电压的 典型数值为0.5?0.6V。通过光照在界面层产生的电子—空穴对越多，电流越大。界面层吸 收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。 原理 太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空 穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳 能电池的工作原理。 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。 （1） 光一热一电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由 太阳能集热 器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光 一热转换过程； 后一个过程是热一电转换过程，与普通的火力发电一样 ?太阳能热发电的缺点是效率很低而 成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵 5?10倍。 （2） 光一电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将 太阳辐射 能直接转换成电能， 光一电转换的基本装置就是太阳能电池。 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。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比 较大的输出功率的太阳能电池方阵了。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源， 具有永久性、 清洁性和灵活性三大优点?太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资 而长期使用；与火力发电、 核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 系统组成 光伏发电系统 是由太阳能电池方阵， 蓄电池组，充放电控制器， 逆变器，交流配电柜, 太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分设备的作用是： 电池方阵 在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收 光能，电池 两端出现异号电荷的积累，即产生 光生电压”，这就是光生伏特效应”。在光生伏特效应的 作用下，太阳能电池的两端产生电动势， 将光能转换成 电能，是能量转换的器件。 太阳能电 池一般为硅电池，分为 单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池和 非晶硅太阳能电池 三种。 蓄电池组 其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。 太阳能电池发 电对所用蓄电池组的基本要求是： a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电 效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。 控制器 是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。 由于畜电池的循环充放电次数及放电深度 是决定蓄电池使用寿命的重要因素， 因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是 必不可少的设备。 逆变器 是将直流电转换成 交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源， 而负载是交流负载时， 逆变器是必不可少的。 逆变器按运行方式， 可分为独立运行逆变 器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的 太阳能电池发电系统，为独立负载供电。 并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。 逆变器按输出波型可分为方波逆变器和 正 弦波逆变器。方波逆变器电路简单， 造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波 要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。 系统分类 光伏发电系统分为独立 光伏发电系统、并网光伏发电系统 及分布式光伏发电 系统。 1、 独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成， 若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄 供电系统， 太阳能户用 电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有 蓄电池的可以独立 运行的光伏发电系统。 2、 并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要 求的交流电之后直接接入公共电网。 可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。 带有蓄电池的并网发电系统具有可 调度性，可以根据需要并入或退出电网， 还具有备用电源的功能， 当电网因故停电时可紧急 供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑； 不带蓄电池的并网发电系统不 具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。 并网光伏发电有集中式大 型并网光伏电站一般都是国家级电站， 主要特点是将所发电能直接输送到电网， 由电网统一 调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，还没有太大发展。而分散 式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政 策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。 3、分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电 现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行， 或者同时满足这两个方面的要求。 分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、 光伏方阵支架、直流汇流箱、直流 配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其 运行模式是在有太阳辐射的条件下， 光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出 的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜， 由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负 载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。 优缺点 与常用的发电系统相比，太阳能光伏发电的优点主要体现在： 太阳能发电被称为最理想的新能源。 ①无枯竭危险；②安全可靠，无噪声，无污染排放 外，绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势； ④无需消 耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电； ⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦ 建设周期短，获取能源花费的时间短。 缺点： ①照射的能量分布密度小， 即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、 昼夜及阴晴等气 象条件有关。禾U用太阳能来发电，设备成本高，却太阳能利用率较低，不能广泛应用，主要 用在一些特殊环境下，如卫星等。 应用领域 一、 用户太阳能电源：（1 ）小型电源10-100W 不等，用于边远无电地区如高原、海 岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；（ 2）3-5KW家庭屋顶并 网发电系统；（3）光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。 二、 交通领域如航标灯、交通 /铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高 速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。 三、 通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播 /通讯/寻呼电源系 统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵 GPS供电等。 四、 石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井 平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象 /水文观测设备等。 五、 家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割 胶灯、节能灯等。 六、 光伏电站：10KW-50MW 独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂 充电站等。 七、 太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给， 是未来一大发展方向。 八、 其他领域包括：（1）与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、 汽车空调、 换气扇、冷饮箱等；（2）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；（ 3 ）海水淡化设备供 电；（4）卫星、航天器、空间太阳能电站等。
