一个太阳能电池只 能产生^约O.4s V的电压.远低于实际应用所需要的数值。为了满足实际应用的需要,须把太阳能电池连接成元件,太阳能电池元件包含定数量的太刚能电池,这甚太阳能电池通过 导线连接。 一个元件上太阳能电池的标准数量居36个或40个(10 cm×10 cm),这意味着一十太阳能电池元件大约能产牛16v的电压,它正好能为一个额定电雎为12v的蓄电池进行有效的充电。
通过导线往接的太阳能电池被密封成的物理单兀靛称为太阳能电池组件。它具有一定的防腐、防风、防雀、防雨等能力,广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个太阳能电池元件不能满足要求时,町把多个元件组成太阳能电池方阵,以获得所需要的电压和电流。
单晶硅和多晶硅的区别是,当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的芯片,则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的芯片,则形成多晶硅。多晶矽与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面,多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了,一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大型积体电路的要求更高,硅的纯度必须达到九个9。目前,人们已经能制造出纯度为十二个9 的单晶硅。单晶硅是电子电脑、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。
高纯度硅在石英中提取,以单晶硅为例,提炼要经过以下过程:石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。
逆变是针对顺变而言的,整流器把交流电能变换成直流电能的过程称为顺变。那么把直流电能变换成交流电能的过程就称为逆变了,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实现逆变过程的装置称为逆变器。
随着科技日新月异的发展,光伏发电技术在国内外均得到了广泛的应用,其应用形式多种多样,应用场所分布广泛,主要用于大型地面光伏电站、住宅和商用建筑物的屋顶、建筑光伏建筑一体化、光伏路灯等。在这些场所,不可避免的会出现建筑物、树荫、烟囱、灰尘、云朵等对太阳能电池元件造成遮挡。因此,人们关心的是此类情况对太阳能电池的发电效率影响有多大,又该如何解决呢?
在实际应用中,太阳能电池一般是由多块电池组件串联或并联起来,以获得所期望的电压或电流的。为了达到较高的光电转换效率,电池组件中的每一块电池片都须具有相似的特性。在使用过程中,可能出现一个或一组电池不匹配,如:出现裂纹、内部连接失效或遮光等情况,导致其特性与整体不谐调。在合理的光照条件下,一串联支路中被遮蔽的光伏电池,会由发电单元变为耗电单元,被遮蔽的 光伏电池不但对元件输出没有贡献,而且会消耗其它电池产生的电力,此时会发热,这就是热斑效应。
作为一个独立的光伏系统,其直流发电电压比较低,因此功率调节装置,也就是逆变器,是绝对不可或缺的。
在并网系统中主要使用两种类型的逆变器来实现交流发电。
①线路整流 可以用电网中的信号作为同步的基准。
②自整流 通过逆变器内部电路结构确定信号波形,然后输入电网。
也可以根据产品的应用对其分类。
①中央逆变器 用来对额定功率在20~400kWp范围内的大型光伏系统的输出进行整流。现阶段的主流产品具有自整流设计,通过双极性电晶体和场效应电晶体来实现。
②串联逆变器 只允许接收通过独立串行输送的信号,所以额定功率在1~3kWp。
③复式串联逆变器 配备各种独立的直流-直流逆变器,这些逆变器把信号回馈给一个中央逆变装置。这样的设计可以适用于各种不同的元件连接结构,从而可以使每条串联线路上的太阳能电池都输出最大功率。
④交流元件逆变器 配套安装于每个光伏元件上,进而将所有元件的输出转化成交流。
太阳能电池的转换效率也会因为电子-空穴对在被有效利用之前复合而降低。适当波长的光照射在半导体上会产生电子-空穴对,因此,光照射时材料的载流子浓度将超过无光照时的值。如果切断光源,则载流子浓度就衰减到它们平衡时的值。这个衰减过程通称为复合过程。下面介绍几种不同的复合机理。
(1)辐射复合
辐射复合就是光吸收过程的逆过程,电子从高能态返回到较低能态,同时释放光能。这种复合方式在半导体雷射器和发光二极管中适用,但是对矽太阳能电池来说并不显著。
(2)俄歇复合
俄歇复合就是碰撞电离效应的逆过程。电子和空穴复合释放出多余的能量,这些多余的能量被另一个电子吸收,随后,这个吸收了多余能量的电子弛豫返回原先的能态并释放出声子。俄歇复合在掺杂较重的材料中尤其显著。当杂质浓度超过1017cm-3时,俄歇复合成为最主要的复合过程。
(3)通过陷阱的复合
半导体中的杂质和缺陷会在禁带中产生允许能级。这些缺陷能级引起一种很有效的两级复合过程。在此过程中,电子从导带能级弛豫到缺陷能级,然后再弛豫到价带,结果与一个空穴复合。(4)表面复合
光伏充电控制器基本上可分为五种类型:并联型光伏控制器、串联型光伏控制器、脉宽调制型光伏控制器、智慧型光伏控制器和最大功率跟踪型光伏控制器。
1、并联型光伏控制器。当蓄电池充满时,利用电子部件把光伏阵列的输出分流到内部并联电阻器或功率模组上去,然后以热的形式消耗掉。并联型光伏控制器一般用于小型、低功率系统,例如电压在12V、20A以内和系统。这类控制器很可靠,没有继电器之类的机械部件。
2、串联型光伏控制器。利用机械继电器控制充电过程,并在夜间切断光伏阵列。它一般用于较高功率系统,继电器的容量决定充电控制器的功率等级。比较容易制造连续通电电流在45A以上的串联型光伏控制器。
3、脉宽调制型光伏控制器。它以PWM脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时,脉冲的频率和时间缩短。按照美国桑地亚国家实验室的研究,这种充电过程形成较完整的充电状态,它能增加光伏系统中蓄电池的总循环寿命。
太阳能电池组件(光伏组件)是由一定数量的太阳能电池片通过导线串、并联连接并加以封装而成。一个组件中,太阳电池的标准数量是36片(10cm x 10cm),这意味着一个太阳电池组件大约能产生17V的电压,正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。目前的光伏元件输出功率大到数百瓦不等。
太阳能电池片封装成组件后能够提供足够的机械强度、抗振和抗冲击能力;具有良好的密封性,能够防腐、防风、防雹、防潮;具有良好的电绝缘性;能够抗紫外线辐射等。其潜在的品质问题可能发生在边沿的密封以及组件背面的接线盒。
根据光伏工程安装的需要,当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时,可把多个组件通过串联、并联组装成“太阳电池方阵”也叫“光伏阵列”,以获得所需要的电压和电流,其功率可以根据实际需求组合确定。
太阳能电池是一对光有回应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶矽,多晶矽,非晶矽,砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相同,现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体矽经过掺杂磷可得N型矽,形成P-N结。
当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被矽材料吸收;光子的能量传递给了矽原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在P-N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。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程。
晶体矽太阳能电池的制作过程
“矽”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体矽的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思维。20世纪末,我们的生活中处处可见“矽”的身影和作用,晶体矽太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
太阳能电池的应用
光伏充电控制器基本上可分为五种类型:并联型光伏控制器、串联型光伏控制器、脉宽调制型光伏控制器、智慧型光伏控制器和最大功率跟踪型光伏控制器。
1、并联型光伏控制器。当蓄电池充满时,利用电子部件把光伏阵列的输出分流到内部并联电阻器或功率模组上去,然后以热的形式消耗掉。并联型光伏控制器一般用于小型、低功率系统,例如电压在12V、20A以内和系统。这类控制器很可靠,没有继电器之类的机械部件。
2、串联型光伏控制器。利用机械继电器控制充电过程,并在夜间切断光伏阵列。它一般用于较高功率系统,继电器的容量决定充电控制器的功率等级。比较容易制造连续通电电流在45A以上的串联型光伏控制器。
3、脉宽调制型光伏控制器。它以PWM脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时,脉冲的频率和时间缩短。按照美国桑地亚国家实验室的研究,这种充电过程形成较完整的充电状态,它能增加光伏系统中蓄电池的总循环寿命。
4、智慧型光伏控制器。基于MCU(如intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列)对光伏电源系统的运行参数进行高速即时采集,并按照一定的控制规律由软件程式对单路或多路光伏阵列进行切离和接通控制。对中、大型光伏电源系统,还可通过MCU的RS232接口配合MODEM调制解调器进行距离控制。