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太阳能发电道理及使用讲座道理

文章来源:太阳城真人,太阳城真人app    时间:2020-03-09
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  太阳能发电原理及应用讲座原理 _物理_自然科学_专业资料。第二章 太阳电池工作原理 一. 太阳电池分类 ? 1. 按照基体材料分类: ? 晶硅太阳电池,包括:单晶硅和多晶硅太阳电池 ? 非晶硅太阳电池 ? 薄膜太阳电池 ? 化合物太阳电池,包括:砷化镓电池;

  第二章 太阳电池工作原理 一. 太阳电池分类 ? 1. 按照基体材料分类: ? 晶硅太阳电池,包括:单晶硅和多晶硅太阳电池 ? 非晶硅太阳电池 ? 薄膜太阳电池 ? 化合物太阳电池,包括:砷化镓电池;硫化镉电 池;碲化镉电池;硒铟铜电池等 ? 有机半导体太阳电池 太阳电池种类 硅太阳电池 ? 2. 按照结构分类: ? 同质结太阳电池 ? 异质结太阳电池 ? 肖特基结太阳电池 ? 复合结太阳电池 ? 液结太阳电池等 ? 3. 按照用途分类: ? 空间太阳电池 ? 地面太阳电池 ? 光敏传感器 ?航 天 器 上 的 光 伏 ?系 统 火星车 ? 4. 按照工作方式分类: ? 平板太阳电池 ? 聚光太阳电池 聚光太阳电池 二. 硅太阳电池的工作原理 ? 硅原子的外层 电子壳层中有4个电 子。在太阳辐照时,会摆脱原子核的 束缚而成为自由电子,并同时在原来 位置留出一个空穴。电子带负电;空 穴带正电。 ? 在纯净的硅晶体中,自由电子和空穴 的数目是相等的。 硅原子示意图 ? 如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的 3价杂质,如:硼,鋁,镓或铟等,就 成了空穴型半导体,简称p型半导体。 ? 如果在硅晶体中搀入能够释放电子的 磷,砷,或锑等5价杂质,就成了电子 型半导体,简称n型半导体。 ? 若将这两种半导体结合在一起,由 于电子和空穴的扩散,在交界面处 便会形成p-n结,并在结的两边产 生内建电场,又称势垒电场。 p-n结内建电场 ? 当太阳光(或其他光)照射到太阳电 池上时,电池吸收光能,能量大于禁带 宽度的光子,穿过减反射膜进入硅中, 激发出光生电子–孔穴对,并立即被内 建电场分离,光生电子被送进n区,光 生孔穴则被推进p区,这样在内建电场 的作用下,光生电子-孔穴对被分离, 在光电池两端出现异号电荷的积累,即 产生了“光生电压”,这就是“光生伏 打效应”(简称光伏)。在内建电场的 两侧引出电极并接上负载,在负载中就 有“光生电流”流过,从而获得功率输 出。 太阳电池的极性 ? 太阳电池一般制成p+/n型结构或 n+/p型结构,其中第一个符号,即p+ 和n+表示太阳电池正面光照半导体材 料的导电类型;第二个符号,即n和 p表示太阳电池背面衬底半导体材料 的导电类型。 ? 下图为在p型半导体材料上扩散磷 元素,形成n+/p型结构的太阳电池。 上表面为负极;下表面为正极。 三. 太阳电池的结构 四. 太阳电池基本参数 ? 1.标准测试条件 ? 光源辐照度:1000W/m2 ; ? 测试温度: 25±20C ; ? AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。 AM1.5太阳光谱分布 ? 2. 伏安(I-V)特性曲线 ? 受光照的太阳电池,在一定的温度 和辐照度以及不同的外电路负载下, 流入负载的电流I和电池端电压V的关 系曲线。 ? 下图为某个太阳电池组件的(I-V)特 性曲线示意图。 不同辐照度下电池的I-V特性曲线. 开路电压 在一定的温度和辐照度条件下,光 伏发电器在空载(开路)情况下的端电 压,通常用Voc来表示。 ? 太阳电池的开路电压与电池面积大小 无关,通常单晶硅太阳电池的开路电 压约为450-600mV,最高可达690mV 。 ? 太阳电池的开路电压与入射光谱辐照 度的对数成正比。 ? 4. 短路电流 ? 在一定的温度和辐照条件下,光伏发电 器在端电压为零时的输出电流,通常用 Isc来表示。 ? Isc与太阳电池的面积大小有关,面积越 大, Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc 值约为16~30mA。 ? Isc与入射光的辐照度成正比。 ? Isc随温度上升略有增加。 ? 5. 最大功率点 在太阳电池的伏安特性曲线上对应 最大功率的点,又称最佳工作点。 ? 6. 最佳工作电压 太阳电池伏安特性曲线上最大功率 点所对应的电压。通常用Vm表示 ? 7. 最佳工作电流 太阳电池伏安特性曲线上最大功率 点所对应的电流。通常用Im表示 ? 8. 转换效率 受光照太阳电池的最大功率与入 射到该太阳电池上的全部辐射功率的 百分比。 η = Vm Im / Pin ? 其中Vm和Im分别为最大输出功率点的电 压和电流, Pin为太阳光输入功率。 世界主要太阳电池新记录 电池种类 单晶硅电池 转换效率 (%) 研制单位 24.7±0.5 澳大利亚新南威尔士大学 备注 4 cm2面积 GaAs多结电池 多晶硅电池 InGaP/GaAs 非晶硅电池 CIGS电池 CdTe电池 多晶硅薄膜电池 34.7±1.7 20.3±0.5 30.8±1.0 12.8±0.7 19.5±0.6 16.5±0.5 16.6±0.4 Spectro lab 德国弗朗霍夫研究所 日本能源公司 美国USSC公司 美国可再生能源实验室 美国可再生能源实验室 德国斯图加特大学 333倍聚光 1.002 cm2面积 4 cm2面积 0.27 cm2面积 0.41 cm2面积 1.032 cm2面积 4.017 cm2面积 纳米硅电池 氧化钛有机纳米电 池 GaInP/GaAs/Ge 背接触聚光硅电池 10.1±0.2 11.0±0.5 37.3±1.9 26.8±0.8 日本钟渊公司 EPFL Spectro lab 美国SunPower公司 2微米膜(玻璃衬底) 0.25 cm2面积 175 倍聚光 96倍聚光 中国太阳电池实验室最高效率 单晶硅电池 多晶硅电池 GaAs电池 聚光硅电池 CdS/CuxS电池 CuInSe2电池 CdTe电池 多晶硅薄膜电池 非晶硅电池 二氧化钛纳米有机电池 最高效率 20.4 14.53 20.1 17 12 8.57 7 13.6 11.2(单结) 8.6 6.2 10 面积(cm2) 2×2 2×2 1×1 2×2 几个mm2 1×1 3mm2 1×1 几个mm2 10×10 30×30 1×1 ? 9. 填充因子(曲线因子) 太阳电池的最大功率与开路电压 和短路电流乘积之比,通常用FF(或 CF)表示: FF = ImVm/ IscVoc ? IscVoc是太阳电池的极限输出功率 ? ImVm是太阳电池的最大输出功率 ? 填充因子是表征太阳电池性能优劣 的一个重要参数。 ? 10. 电流温度系数 在规定的试验条件下,被测太阳电 池温度每变化10C ,太阳电池短路电 流的变化值,通常用α 表示。 ? 对于一般晶体硅电池 α =+0.1%/0C ? 11. 电压温度系数 在规定的试验条件下,被测太阳电 池温度每变化10C ,太阳电池开路电 压的变化。

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