太阳能光伏电源系统应用技术 培训教材(9)

目 录一.绪 论31.我国的太阳能资源概况42.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式03.太阳能光伏技术的发展及前景0二.太阳能光伏电源系统的原理及组成11.太阳能电池方阵22.充放电控制器53.直流/交流逆变器54.蓄电池组5.测量设备6.太阳能光伏电源系统的设计6三.光伏电源充放电控制器111.控制器的功能：112.控制器的基本技术参数113.控制器的分类：114.控制器的

下降已呈必然趋势。澳大利亚新南威尔士大学已研制出

η= 24%的单体（4³

4cm）高效硅太阳能电池。80年代以来，即使世界经济总体情况处于衰退和低

谷时期，光伏技术一直保持以10%-15%的递增速度发展。90年代后期，世界市场

出现了供不应求的局面，发展更加迅速。1997年世界太阳电池光伏组件生产

122MW，比1996年增长了38%（1996年88.5MW），超出光伏界专家最乐观的估计。

二．太阳能光伏电源系统的原理及组成

太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳

辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、

直流/交流逆变器等部分组成，其系统组成如图1－1所示。

图1－1 太阳能电池发电系统示意图

1．太阳能电池方阵：

太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。

太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能

单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组

件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能

电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足

负载所要求的输出功率 (见图1－2)。

（1）硅太阳能电池单体

常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片

组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是

P型硅，表面扩散层是N区，在这两个区的连接处就是所谓的PN结。PN结形

成一个电场。太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射

损失。

太阳能电池的工作原理如下：

光是由光子组成，

决定，光被晶体硅吸收后，在PNPN结

目 录一.绪 论31.我国的太阳能资源概况42.太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式03.太阳能光伏技术的发展及前景0二.太阳能光伏电源系统的原理及组成11.太阳能电池方阵22.充放电控制器53.直流/交流逆变器54.蓄电池组5.测量设备6.太阳能光伏电源系统的设计6三.光伏电源充放电控制器111.控制器的功能：112.控制器的基本技术参数113.控制器的分类：114.控制器的

图1－2 太阳能电池单体、组件和方阵

将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，

于是太阳能电池就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越

大。光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于

基能能量的光子将仅产生一个自由电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损

失的影响将使太阳能电池的效率下降。

（2）硅太阳能电池种类

目前世界上有3种已经商品化的硅太阳能电池：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。对于单晶硅太阳能电池，由于所使用的单晶硅

材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂

贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性，意味着正负电荷对并不能全部被

PN结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规

则而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅

太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅太

阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体

硅太阳能电池，目前多数用于弱光性电源，如手表、计算器等。

一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为 13――15 %

产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为 11――13 %

产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为 5――8 %

（3）太阳能电池组件

一个太阳能电池只能产生大约0.5V电压，远低于实际应用所需要的电压。

为了满足实际应用的需要，需把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一

定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池

的标准数量是36片（10cm³10cm），这意味着一个太阳能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。

通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，

具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力，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组件不能满足要求时，可把多个组件组成

太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。

太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于其防腐、防风、防雹、防雨等的能力。

其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。

这种组件的前面是玻璃板，背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防

潮、防污。太阳能电池也是被镶嵌在一层聚合物中。在这种太阳能电池组件中，

电池与接线盒之间可直接用导线连接。

组件的电气特性主要是指电流－电压输出特性，也称为Ⅴ－Ⅰ特性曲线，如

图1－3所示。Ⅴ－Ⅰ特性曲线可根据图1－3所示的电路装置进行测量。Ⅴ－

Ⅰ特性曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流Im与电压Vm在特定的太阳

辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路即V＝0，此时的电流称为短路

电流Isc；如果电路开路即I＝0，此时的电压称为开路电压Voc。太阳能电池组

件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即P＝V I 。