太阳能光伏发电工作原理.ppt

太阳能光伏发电工作原理太阳能光伏发电工作原理 太阳能光伏发电工作原理、运行方式太阳能光伏发电工作原理、运行方式及系统组成及系统组成1.1.太阳能光伏发电的运行方式太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式1 1）按供电类型分：）按供电类型分：n直流供电系统直流供电系统n交直流供电系统交直流供电系统2 2）按供电特点分：）按供电特点分：n独立光伏发电系统独立光伏发电系统n并网光伏发电系统并网光伏发电系统葡萄牙南部阿马雷莱雅拍摄的莫拉太阳能发电厂安装的太阳能电池板。葡萄牙南部阿马雷莱雅拍摄的莫拉太阳能发电厂安装的太阳能电池板。直流供电系统直流供电系统交直流供电系统交直流供电系统独立光伏发电系统独立光伏发电系统n独立光伏发电系统：独立光伏发电系统：是未与公共网相联接的太阳能光伏发是未与公共网相联接的太阳能光伏发电系统，仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要电系统，仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。n从电力系统来说，从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发电系统也称为级以上的独立光伏发电系统也称为离离网型光伏发电系统网型光伏发电系统。一、太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式并网光伏发电系统并网光伏发电系统n并网光伏发电系统：并网光伏发电系统：与公共电网相联接的太阳能光伏发电与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统。系统。n它是太阳能光伏发电进入大规模商业发电阶段，成为电力它是太阳能光伏发电进入大规模商业发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发工业组成部分之一的重要方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。电技术发展的主流趋势。一、太阳能光伏发电的运行方式一、太阳能光伏发电的运行方式2.2.太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统根据用电负载的特点根据用电负载的特点直流系统直流系统交流系统交流系统交直流系统交直流系统最大区别是系统中是否带有逆变器最大区别是系统中是否带有逆变器(a)(a)直流光伏系统直流光伏系统控制器控制器太阳能太阳能电池电池方阵方阵蓄电池蓄电池组组直流直流负载负载防反充二极管防反充二极管二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成(b)(b)交流光伏系统交流光伏系统控制器控制器太阳能太阳能电池电池方阵方阵蓄电池蓄电池组组交流交流负载负载防反充二极管防反充二极管DC-AC逆变器逆变器二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成(c)(c)交直流光伏系统交直流光伏系统太阳能太阳能电池电池方阵方阵蓄电池蓄电池组组交流交流负载负载防反充二极管防反充二极管DC-AC逆变器逆变器直流直流负载负载k1k2控制器控制器二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成控制器控制器太阳能太阳能电池方阵电池方阵蓄电池组蓄电池组交流负载交流负载逆变器逆变器气象条件气象条件过充电过充电放电器放电器后备能源后备能源(d)(d)有后备能源和放电器的光伏系统有后备能源和放电器的光伏系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.1 1.1 太阳能电池方阵太阳能电池方阵太太阳阳能能电电池池单单体体是是光光电电转转换换的的最最小小单单元元，尺尺寸寸一一般般为为2cm2cm到到15cm15cm不等。不等。太阳能电池单体的工作电压约为太阳能电池单体的工作电压约为0.450.5V,工作电流约为工作电流约为2025mA/cm2,一般不能单独作为电源使用。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并封装后，就成为太阳能电池组件，其功将太阳能电池单体进行串并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.1 1.1 太阳能电池方阵太阳能电池方阵太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，太阳能电池组件再经过串并联并装在支架上，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。可以满足负载所要求的输出功率。单体单体组件组件方阵方阵1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.1 1.1 太阳能电池方阵太阳能电池方阵一一个个太太阳阳能能电电池池只只能能产产生生大大约约0.45V电电压压，远远低低于于实实际际应应用用所所需需要要的的电电压压将将太太阳阳能能电电池池通通过过导导线线连连接接成成组组件件，一一个个组组件件上上，太太阳阳能能电电池池的的标标准准数数量量是是36个个或或40个个（10cm10cm），这这意意味味着着一一个个太太阳阳能能电电池池能能产产生生16V的电压，正好能为一个额定电压为的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效地充电。的蓄电池进行有效地充电。当需要更高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可以把多个组件组当需要更高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可以把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需的电压和电流。成太阳能电池方阵，以获得所需的电压和电流。1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.2 1.2 防反充二极管防反充二极管又又称称阻阻塞塞二二极极管管。其其作作用用是是避避免免由由于于太太阳阳能能电电池池方方阵阵在在阴阴雨雨天天和和夜夜晚晚不不发发电电时时或或出出现现短短路路故故障障时时，蓄蓄电电池池组组通通过过太太阳阳能能电电池池方方阵阵放放电电。它它串串联联在在太太阳阳能能电电池池方方阵阵电电路路中中，起起单单向向导导通通的的作作用用。要要求求其其能能承承受受足足够够大大的的电电流流，而而且且正正向向电电压压降降要要小小，反反向向饱饱和和电电流流要要小小。一一般般可选用合适的整流二极管。可选用合适的整流二极管。1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.3 1.3 蓄电池组蓄电池组其其作作用用是是贮贮存存太太阳阳能能电电池池方方阵阵受受光光照照时时所所发发出出的的电电能能并并可可随随时时向向负负载供电。载供电。基本要求：基本要求：自放电率低自放电率低 使用寿命长使用寿命长深放电能力强深放电能力强 充电效率高充电效率高少维护或免维护少维护或免维护 工作温度范围宽工作温度范围宽价格低廉价格低廉1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.4 1.4 控制器控制器蓄蓄电电池池，尤尤其其是是铅铅酸酸蓄蓄电电池池，需需要要在在充充电电和和放放电电过过程程中中加加以以控控制制，频频繁繁地地过过充充电电和和过过放放电电都都会会影影响响蓄蓄电电池池的的使使用用寿寿命命。过过充充电电会会使使蓄蓄电电池池大大量量出出气气（电电解解水水），造造成成水水分分散散失失和和活活性性物物质质脱脱落落；过过放放电电则则容容易易加加速速栅栅板板的的腐腐蚀蚀和和不不可可逆逆硫硫酸酸化化。为为了了保保护护蓄蓄电电池池不不受受过过充充电电和和过过放放电电的的损损害害，则则必必须须要要有有一一套套控控制制系系统统来来防防止止蓄蓄电电池池的的过过充充电电和和过过放放电电，这这套套系系统统称称为为充充放放电电控控制制器器。其其通通过过检检测测蓄蓄电电池池的的电电压压和和荷荷电电状状态态，判判断断蓄蓄电电池池是是否否已已经经达达到到过过充充点点或或过过放放点点。并并根根据据检检测测结结果果发发出出继继续续充、放电的指令。充、放电的指令。1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.5 1.5 逆变器逆变器逆逆变变器器是是将将直直流流电电变变换换为为交交流流电电的的设设备备，逆逆变变器器是是通通过过半半导导体体功功率率开开关关的的开开通通和和关关断断作作用用，把把直直流流电电能能转转变变为为交交流流电电能能的的一一种种变变换换装装置置，是整流变换的逆过程。是整流变换的逆过程。逆变器及逆变技术可按输出波形、输出频率、输出相数等来分类。逆变器及逆变技术可按输出波形、输出频率、输出相数等来分类。1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成1.6 1.6 测量设备测量设备 对对于于小小型型太太阳阳能能电电池池发发电电系系统统，只只要要求求进进行行简简单单的的测测量量，如如蓄蓄电电池池电电压压和和充充放放电电电电流流，测测量量所所用用的的电电压压表表和和电电流流表表一一般般就就装装在在控控制制器器上上。对对于于太太阳阳能能通通信信电电源源系系统统、管管道道阴阴极极保保护护系系统统等等工工业业电电源源系系统统和和中中大大型型太太阳阳能能光光伏伏电电站站，往往往往要要求求对对更更多多的的参参数数进进行行测测量量，如如太太阳阳辐辐射射、环环境境温温度度、充充放放电电电电量量等等。有有时时甚甚至至要要求求具具有有远远程程数数据据传传输输、数数据据打打印印和和遥遥控控功功能能，这这就就要要求求为为太太阳阳能能电电池池发发电电系系统统配配备备数数据据采采集集系系统统和和微机监控系统。微机监控系统。1 1、独立太阳能光伏发电系统、独立太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统 光光伏伏发发电电系系统统(以以下下简简称称光光伏伏系系统统)的的主主流流发发展展趋趋势势是是并并网网光光伏伏发发电电系统：系统：n太太阳阳能能电电池池所所发发的的电电是是直直流流，必必须须通通过过逆逆变变装装置置变变换换成成交交流流，再再同同电电网网的的交交流流电电合合起起来来使使用用，这这种种形形态态的的光光伏伏系系统统就就是是并并网网光光伏伏系统。系统。n并并网网光光伏伏系系统统可可分分为为：住住宅宅用用并并网网光光伏伏系系统统和和集集中中式式并并网网光光伏伏系系统统(电站电站)两大类。两大类。n前前者者的的特特点点：是是光光伏伏系系统统发发的的电电直直接接被被分分配配到到住住宅宅内内的的用用电电负负载载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：n后后者者的的特特点点：是是光光伏伏系系统统发发的的电电直直接接被被输输送送到到电电网网上上，由由电电网网把把电力统一分配到各个用电单位。电力统一分配到各个用电单位。二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统根根据据联联网网光光伏伏系系统统是是否否允允许许通通过过供供电电区区变变压压器器向向主主电电网网馈馈电电，分分为为可可逆流逆流与与不可逆流不可逆流并网光伏发电系统。并网光伏发电系统。可可逆逆流流系系统统：是是在在光光伏伏系系统统产产生生剩剩余余电电力力时时将将该该电电能能送送入入电电网网，由由于于是是同同电电网网的的供供电电方方向向相相反反，所所以以成成为为逆逆流流；当当光光伏伏系系统统电电力力不不够够时时，则则由由电电网网供供电电。这这种种系系统统，一一般般是是为为光光伏伏系系统统的的发发电电能能力力大大于于负负载载或或发电时间同负载用电时间不相匹配而设计的。发电时间同负载用电时间不相匹配而设计的。二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成太阳能电池方阵太阳能电池方阵并网逆变器并网逆变器负载负载电网电网可逆流系统可逆流系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成不不可可逆逆流流系系统统：是是指指光光伏伏系系统统的的发发电电量量始始终终小小于于或或等等于于负负荷荷的的用用电电量量，电电量量不不够够时时由由电电网网提提供供，即即光光伏伏系系统统与与电电网网形形成成并并联联向向负负载载供供电电。这这种种系系统统，即即使使当当光光伏伏系系统统由由于于某某种种特特殊殊原原因因产产生生剩剩余余电电能能时时，也也只只能能通通过过某某种种手手段段加加以以处处理理或或放放弃弃，由由于于不不会会出出现现光光伏伏系系统统向向电电网网输输电电的的情况，所以称为不可逆流系统。情况，所以称为不可逆流系统。住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成太阳能电池方阵太阳能电池方阵并网逆变器并网逆变器负载负载电网电网不可逆流系统不可逆流系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成住宅系统又有家庭系统和小区系统之分。住宅系统又有家庭系统和小区系统之分。家家庭庭系系统统：装装机机容容量量小小，一一般般为为15kWp，为为自自家家供供电电，独独立立计计量量电电量。量。小小区区系系统统：装装机机容容量量较较大大些些，一一般般为为50300kWp，为为一一个个小小区区或或一一栋栋建筑物供电，统一管理，集中分表计量电量。建筑物供电，统一管理，集中分表计量电量。住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统根根据据联联网网光光伏伏系系统统是是否否配配置置储储能能装装置置，分分为为有有储储能能装置装置和和无储能装置无储能装置联网光伏发电系统。联网光伏发电系统。二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成太阳能电池方阵太阳能电池方阵防雷系统防雷系统控制器控制器联网逆变器联网逆变器联网控制器联网控制器交流负载交流负载输出电度输出电度表表(kWh)输入电度输入电度表表(kWh)交流电网交流电网蓄电池蓄电池有储能（带蓄电池）系统有储能（带蓄电池）系统住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统太阳能电池方阵太阳能电池方阵防雷系统防雷系统控制器控制器联网逆变器联网逆变器联网控制器联网控制器交流负载交流负载交流电网交流电网无储能（不带蓄电池）系统无储能（不带蓄电池）系统输出电度输出电度表表(kWh)输入电度输入电度表表(kWh)二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成无储能（不带蓄电池）系统无储能（不带蓄电池）系统2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统其其工工作作原原理理是是：太太阳阳能能电电池池方方阵阵在在太太阳阳光光辐辐射射下下发发出出直直流流电电，经经逆逆变变器器转转换换为为交交流流电电，供供用用电电器器使使用用；系系统统同同时时又又与与电电网网相相联联，白白天天将将太太阳阳能能电电池池方方阵阵发发出出的的多多余余电电能能经经联联网网逆逆变变器器逆逆变变为为符符合合所所接接电电网网电电能能质质量量要要求求的的交交流流电电馈馈入入电电网网，在在晚晚上上或或阴阴雨雨天天发发电电量量不不足足时时，由由电电网网向向住住宅宅（用用户户）供供电电。住住宅宅联联网网系系统统所所在在负负载载的的电电压压，在在我我国国一一般般是是单相单相220V和三相和三相380V，所接入的电网为低压商用电网。，所接入的电网为低压商用电网。二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成住宅用并网光伏系统图住宅用并网光伏系统图2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统太阳能电池方阵太阳能电池方阵 目目前前工工程程上上应应用用的的太太阳阳能能电电池池方方阵阵多多为为由由一一定定数数量量的的晶晶体体硅硅太太阳阳能能电电池池组组件件按按照照联联网网逆逆变变器器输输入入电电压压的的要要求求串串、并并联联后后固固定定在在支支架架上上组组成。成。(1)(1)建筑与光伏系统相结合建筑与光伏系统相结合 是是将将现现成成的的平平板板式式光光伏伏组组件件安安装装在在建建筑筑物物的的屋屋顶顶等等处处，引引出出端端经经过过逆逆变变和和控控制制装装置置与与电电网网联联结结，由由光光伏伏系系统统和和电电网网并并联联向向住住宅宅（用用户户）供电，多余电力向电网反馈，不足电力向电网取用。供电，多余电力向电网反馈，不足电力向电网取用。二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成(2)(2)建筑与光伏组件相结合建筑与光伏组件相结合 光伏建筑一体化系统的关键技术问题之一，是设计良好的冷却通风，这是光伏建筑一体化系统的关键技术问题之一，是设计良好的冷却通风，这是因为光伏组件的发电效率随其表面的工作温度上升而下降。理论和实验证明，因为光伏组件的发电效率随其表面的工作温度上升而下降。理论和实验证明，在光伏组件屋面设计空气通风通道，可使组件的电力输出提高在光伏组件屋面设计空气通风通道，可使组件的电力输出提高8.3%左右，组左右，组件的表面温度降低件的表面温度降低15C。2 2、并网太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统太阳能电池方阵太阳能电池方阵 将光伏组件与建筑材料集成化。建筑物的外墙一般都采用涂料、马赛克等将光伏组件与建筑材料集成化。建筑物的外墙一般都采用涂料、马赛克等材料，为了美观，有的甚至采用价格昂贵的玻璃幕墙等。如果把屋顶、向阳材料，为了美观，有的甚至采用价格昂贵的玻璃幕墙等。如果把屋顶、向阳外墙、遮阳板甚至窗户等的材料用光伏器件来代替。则能作为建筑材料和装外墙、遮阳板甚至窗户等的材料用光伏器件来代替。则能作为建筑材料和装饰材料，一举两得。饰材料，一举两得。二、太阳能光伏发电系统的组成二、太阳能光伏发电系统的组成3.3.太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理1、半导体物理知识、半导体物理知识固固体体材材料料按按照照它它们们导导电电能能力力的的强强弱弱，可可分分为为超超导导材材料料、导导体体材料、绝缘体材料和半导体材料材料、绝缘体材料和半导体材料导体：导电能力强的物体，电阻率在导体：导电能力强的物体，电阻率在10-810-6m的范围的范围内（金、银、铜、铁、铝等）内（金、银、铜、铁、铝等）绝缘体：导电能力弱或基本上不导电的物体，电阻率在绝缘体：导电能力弱或基本上不导电的物体，电阻率在1081020m的范围内（橡胶、塑料、木材、玻璃等）的范围内（橡胶、塑料、木材、玻璃等）半半导导体体：导导电电能能力力介介于于导导体体和和绝绝缘缘体体之之间间的的物物体体，电电阻阻率率在在10-5107m的范围内（锗、硅、砷化稼、硫化镉等）的范围内（锗、硅、砷化稼、硫化镉等）禁带、价带和导带禁带、价带和导带导带导带价带价带金属金属导带导带价带价带禁带禁带EgEg导带导带价带价带禁带禁带EgEg半导体半导体绝缘体绝缘体十分之几十分之几eVeV4eV4eV5eV5eV10eV10eV三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理+4+4+4+4+5+4+4+4+4+4N N型掺杂型掺杂原子原子自由电子自由电子N N型半导体型半导体三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理N N型半导体型半导体在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入五五价价杂杂质质元元素素，例例如如磷磷，可可形形成成N N型型半半导导体体,也也称称电电子子型型半半导导体体。因因五五价价杂杂质质原原子子中中只只有有四四个个价价电电子子能能与与周周围围四四个个半半导导体体原原子子中中的的价价电电子子形形成成共共价价键键，而而多多余余的的一一个个价价电电子子因因无无共共价价键键束束缚缚而而很很容容易易形形成成自自由由电电子子。在在N N型型半半导导体体中中自自由由电电子子是是多多数数载载流流子子,它它主主要要由由杂杂质质原子提供；空穴是少数载流子原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。由由于于磷磷原原子子在在晶晶体体中中起起释释放放电电子子的的作作用用，所所以以称称之之为为施施主主杂质，也叫杂质，也叫n n型杂质型杂质三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4P P型掺杂型掺杂原子原子空穴空穴P P型半导体型半导体三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理P P型半导体型半导体在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入三三价价杂杂质质元元素素，在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入三三价价杂杂质质元元素素，如如硼硼、镓镓、铟铟等等形形成成了了P P型型半半导导体体，也也称称为为空空穴穴型型半半导导体体。因因三三价价杂杂质质原原子子在在与与硅硅原原子子形形成成共共价价键键时时，缺缺少少一一个个价价电电子子而而在在共共价价键键中中留留下下一一空空穴穴。P P型型半半导导体体中中空空穴穴是是多多数数载载流流子子，主主要要由由掺掺杂杂形形成成；电电子子是是少少数数载载流子，由热激发形成。流子，由热激发形成。由由于于硼硼原原子子在在晶晶体体中中起起接接受受电电子子而而产产生生空空穴穴的的作作用用，所所以以称之为称之为受主杂质，也叫受主杂质，也叫P P型杂质型杂质三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理p-n结结在在一一块块半半导导体体晶晶体体上上，通通过过某某些些工工艺艺过过程程，使使一一部部分分呈呈p型型（空空穴穴导导电电），一一部部分分呈呈n型型（电电子子导导电电），则则该该p型型和和n型型半半导体界面附近的区域，就叫做导体界面附近的区域，就叫做p-n结结空穴扩散方向空穴扩散方向电子扩散方向电子扩散方向n区区p区区形成形成p-n结前载流子的扩散方向结前载流子的扩散方向内建电场方向内建电场方向n区区p区区空间电荷区空间电荷区空间电荷区和内建电场空间电荷区和内建电场三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理 当当有有适适当当波波长长的的光光照照射射到到这这个个pnpn结结太太阳阳能能电电池池上上后后，由由于于光光伏伏效效应应而而在在势势垒垒区区两两边边产产生生了了电电动动势势。因因而而光光伏伏效效应应是是半半导导体体电电池池实实现现光光电电转转换换的的理理论论基基础础，也也是是某某些些光光电电器器件件赖赖以以工工作作的的最最重重要要的的物物理理效效应应。因因此，我们将来仔细分析一下此，我们将来仔细分析一下pnpn结的光伏效应结的光伏效应.三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池的基本工作原理太阳能电池的基本工作原理内建电场方向内建电场方向np光子入射光子入射（能量（能量h h）光子入射光子入射（能量（能量h h）三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理在在pn结结开开路路的的情情况况下下，pn结结两两端端建建立立起起稳稳定定的的电电势势差差Voc，（p区区相相对对于于n区区是是正正的的），这这就就是是光光电电池池的的开开路路电电压压。如如将将pn结结与与外外电电路路接接通通，只只要要光光照照不不停停止止，就就会会有有源源源源不不断断的的电电流流通通过过电电路路，p-n结结起起了了电电源源的的作用。这就是光电池的基本原理作用。这就是光电池的基本原理三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理由由上上面面分分析析可可以以看看出出，为为使使半半导导体体光光电电器器件件能能产产生生光光生生电电动动势势（或或光光生生积积累累电电荷荷），它它们们应应该该满满足以下两个条件：足以下两个条件：1 1、半半导导体体材材料料对对一一定定波波长长的的入入射射光光有有足足够够大大的的光光吸吸收收系系数数，即即要要求求入入射射光光子子的的能能量量h h大大于于或或等等于于半半导导体体材材料料的的带带隙隙EgEg，使使该该入入射射光光子子能能被被半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理2 2、具具有有光光伏伏结结构构，即即有有一一个个内内建建电电场场所所对对应应的的势势垒垒区区。势势垒垒区区的的重重要要作作用用是是分分离离了了两两种种不不同同电电荷荷的的光光生生非非平平衡衡载载流流子子，在在p p区区内内积积累累了了非非平平衡衡空空穴穴，而而在在n n区区内内积积累累起起非非平平衡衡电电子子。产产生生了了一一个个与与平平衡衡pnpn结结内内建建电电场场相相反反的的光光生生电电场场，于于是是在在p p区区和和n n区区间间建建立立了了光光生生电电动动势势（或或称称光光生电压）。生电压）。三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池的结构太阳能电池的结构（以（以n n+/p/p型太阳能电池为例）型太阳能电池为例）p层为基体层为基体基区层基区层厚度厚度0.20.5mmp-n结结上电极上电极母线母线栅线栅线下电极下电极减反射膜减反射膜空间电荷区空间电荷区n层顶区层层顶区层（光照面）（光照面）厚度厚度0.20.5 m三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理 通常的发电系统如火力发电，就是燃烧石油或通常的发电系统如火力发电，就是燃烧石油或煤以其燃烧能来加热水，使之变成蒸汽，推动发煤以其燃烧能来加热水，使之变成蒸汽，推动发电机发电；原子能发电则是以核裂变放出的能量电机发电；原子能发电则是以核裂变放出的能量代替燃烧石油或煤，而水力发电则是利用水的落代替燃烧石油或煤，而水力发电则是利用水的落差能使发电机旋转而发电。差能使发电机旋转而发电。太阳能电池发电的原理是全新的，与传统方太阳能电池发电的原理是全新的，与传统方法是完全不同，既没有马达旋转部分，也不会排法是完全不同，既没有马达旋转部分，也不会排出气体，是清洁无污染的发电方式。出气体，是清洁无污染的发电方式。3 3、太阳能电池工作原理与特性、太阳能电池工作原理与特性太阳能电池的分类太阳能电池的分类按照结构分类按照结构分类 同质结太阳能电池：由同种材料所形成同质结太阳能电池：由同种材料所形成p-np-n结结（SISI、GaASGaAS）异质结太阳能电池：由两种禁带宽度不种材料所形成异质结太阳能电池：由两种禁带宽度不种材料所形成p-np-n结结(氧化锡氧化锡/硅、硫化亚铜硅、硫化亚铜/硫化镉、砷化稼硫化镉、砷化稼/硅硅)肖特基太阳能电池：利用金属半导体界面的肖特基势垒而肖特基太阳能电池：利用金属半导体界面的肖特基势垒而构成的太阳能电池构成的太阳能电池(铂铂/硅、铝硅、铝/硅硅)多结太阳能电池：由多个多结太阳能电池：由多个p-np-n结形成的太阳能电池结形成的太阳能电池 液结太阳能电池：浸入电解质中的半导体构成的太阳能电池液结太阳能电池：浸入电解质中的半导体构成的太阳能电池三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理3 3、太阳能电池工作原理与特性、太阳能电池工作原理与特性太阳能电池的分类太阳能电池的分类按照材料分类按照材料分类 硅太阳能电池：以硅为基体材料硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅）（单晶硅、多晶硅）化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、硫化镉、砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟)有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳碳键且导电有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子分子晶体、电荷转移络合物、高聚物晶体、电荷转移络合物、高聚物)薄膜太阳能电池：用单质元素、无机化合物或有机材料制作薄膜太阳能电池：用单质元素、无机化合物或有机材料制作的薄膜为基体材料的太阳能电池的薄膜为基体材料的太阳能电池（非晶硅、多晶硅、纳米晶）（非晶硅、多晶硅、纳米晶）三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池的电流电压特性太阳能电池的电流电压特性短路电流短路电流Isc如如将将p-n结结短短路路（V=0），这这时时所所得得的的电电流流为为短短路路电电流流Isc，短短路路电电流流等等于于光光生生电电流流（与与太太阳阳能能电电池池的的面面积积大大小小有有关关，面面积积越越大大，Isc 越大）三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池的电流电压特性太阳能电池的电流电压特性开路电压开路电压Voc在在p-n结结开开路路情情况况下下（RL=），此此时时pn结结两两端端的的电电压压即即为为开开路路电电压压Voc（与与光光谱谱辐辐照照强强度度有有关关，与与电电池池的的面面积积大大小小无无关关，随随温温度度升升高，开路电压下降）高，开路电压下降）三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池的伏安特性曲线太阳能电池的伏安特性曲线 当太阳电池接上负载当太阳电池接上负载R R 时，所得的负载伏时，所得的负载伏安特性安特性曲线如图所示。曲线如图所示。太阳电池的伏太阳电池的伏安特性曲线安特性曲线三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理太阳能电池的伏安特性曲线太阳能电池的伏安特性曲线 负载负载R R可以从零到无穷大。当负载可以从零到无穷大。当负载RmRm使太阳电池的功使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率率输出为最大时，它对应的最大功率PmPm为为 式中式中 Im 和和 Vm 分别为最佳工作电流和最佳工作电压。分别为最佳工作电流和最佳工作电压。三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理填充因子填充因子FF在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所对应的矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工对应的矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vm和最佳工作和最佳工作电流电流Im。它表示了最大输出功率点所对它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在应的矩形面积在Voc和和Isc所组所组成的矩形面积中所占的百分比。成的矩形面积中所占的百分比。特性好的太阳能电池就是能获特性好的太阳能电池就是能获得较大功率输出的太阳能电池，得较大功率输出的太阳能电池，也就是也就是Voc，Isc和和FF乘积较大乘积较大的电池。对于有合适效率的电的电池。对于有合适效率的电池，该值应在池，该值应在0.70-0.85范围之范围之内内。太阳能电池的光电转换效率太阳能电池的光电转换效率 表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即：即：其中其中Pin是入射光的能量密度是入射光的能量密度Vm最佳工作电压最佳工作电压Im最佳工作电流最佳工作电流Voc开路电压开路电压ISC短路电流短路电流三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理影响太阳能电池转换效率的一些因素影响太阳能电池转换效率的一些因素影响太阳能电池转换效率的一些因素影响太阳能电池转换效率的一些因素我我们们前前面面介介绍绍了了太太阳阳能能电电池池转转换换效效率率的的理理论论值值，这这些些理理论论值值都都是是在在理理想想情情况况下下得得到到的的。而而太太阳阳能能电电池池在在光光电电能能量量转转换换过过程程中中，由由于于存存在在各各种种附附加加的的能能量量损损失失，实实际际效效率率比比上上述述的的理理论论极极限限效效率率低低。下下面面以以pnpn结结硅硅电电池池为为例例，介介绍绍一一些些影影响响太太阳阳能能电电池转换效率的因素。池转换效率的因素。三、太阳能光伏发电的工作原理三、太阳能光伏发电的工作原理目前太阳能板基本上是平铺接受太阳光，由于北方的多数时间光照量不足，导致不能完全发挥太阳能板的发电能力，造成单位发电量成本太高，影响了太阳能事业的发展。就是现有的可以转向的太阳能发电设备，也只是接受实际有的单位面积的太阳能辐射，实际上，每一天的早上和下午的多数时间，特别是在冬季，太阳辐射远远达不到太阳能发电电池板的额定功率，只有在夏季的中午才可以接近太阳能发电电池板的发电能力。为解决上述技术问题，为解决上述技术问题，急需一款急需一款新型的新型的带反光板的太阳能发电装带反光板的太阳能发电装置，大幅提高太阳能发电板的单置，大幅提高太阳能发电板的单位面积发电量，降低发电成本。位面积发电量，降低发电成本。太阳能发电装置，包括至少一组子单元，所述子单元包括太阳能电池板、反光板和太阳能跟随机构，太阳能电池板的一侧设置反光板，反光板反光面与太阳能电池板受光面之间的夹角不小于100度，太阳能电池板通过倒置的三脚架连接至经度跟随组件和纬度跟随组件。此装置带来的效益此装置带来的效益 此装置大幅提高太阳能发电板的单位面积发电量，降低发电成本。设备安装时，各单元呈M行N列排列，M和N均为大于等于1的整数，使用时，太阳能电池板接收太阳能，同时，反光板反射部分周围光线给太阳能电池板，提高太阳能电池板的受光量，提高其发电能力，发光板可以设置在太阳能电池板一侧，也可设置在多侧，经纬度跟随组件可根据设备当前安装位置，自动调节太阳能电池板的方向，以获得当前最佳的光照。谢谢！谢谢！