光伏发电技术系列讲座_1_光伏发电原理及发展现状uxa.docx

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1、 本文由lmj2003126贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 技术讲座 王王宏华光伏发发电原理理及发展展现状 光光伏发电电技术系系列讲座座 （ 1） 光光伏发电电原理及及发展现现状 王王宏华 （ 河海大大学 自自动化工工程系， 江苏 南京 21000988） 摘摘 要： 阐述述了太阳阳能光伏伏发电系系统的基基本结构构和工作作原理， 综述了了国内外外光伏发发电技术术的发 展展现状及及发展趋趋势。 关键词词： 太太阳能； 光伏伏电池； 光伏伏阵列； 光伏伏发电系系统 552766（ 220100） 00401186004 中中图分类类号：

2、TK551 文文献标志志码： A 文文章编号号： 116711Thee Seeriees oof LLectturees oon PPhottovooltaaic Powwer Tecchnoologgy（ Parrt 11） PPrinncipple andd Deevellopmmentt off Phhotoovolltaiic PPoweer WWANGG Hoonghhua （ DDepaartmmentt off Auutommatiion Enggineeeriing，HHohaai UUnivverssityy，Naanjiing 21000988，Chhinaa） AAbst

3、tracct： Thiis ppapeer ddesccribbes thee prrincciplle aand strructturee off phhotoovolltaiic ppoweer ssysttem，aand preesennts thee laatesst ddeveeloppmennt ttrennd aand ressearrch proogreess of phootovvolttaicc poowerr teechnnoloogiees KKey worrds： soolarr ennerggy； sollar celll； phootovvolttaicc arr

4、rayy； pphottovooltaaic powwer sysstemm 00 引引言 众众所周知知， 太太阳能是是一种用用之不竭竭、 储储量巨大大的清洁洁 可可再生能能源， 每天到到达地球球表面的的辐射能能量相当当于数亿亿万 1 桶石石油燃烧烧的能量量 ， 太阳能能开发与与利用正正逐步成成为各 国政府府重点发发展的战战略。热热能和光光能利用用是太阳阳能应用用 。“光伏发发电” 的两两种重要要形式 是利用用光伏电电池的光光伏效 应将太太阳光的的光能直直接转换换为电能能的一种种可再生生、 无无污染 正在全全球范围围内迅猛猛发展， 其不仅仅要替代代部 的的发电方方式， 分化石石能源， 而且未来

5、将成为世界能源供应的主体， 是世 界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏 发电系统的基本结构和工作原理， 综述了国内外光伏发电 技术的发展现状及发展趋势。 图1 单晶硅光伏电池发电原理 11 光光伏电池池的原理理及发展展现状 PP， 区区分别带带正、 N 负负电， 于是产产生由 N 区区指向 P 区区的光生生 则有有电流从从 P 区流出出， 经经负载从从 电动动势； 当外接接负载后后， NN 区流流入光伏伏电池。 I 图图 2 为光伏伏电池等等效电路路， 其其中，pph 为为与光伏伏电池面面 22 积、 入射光光辐照度度成正比比的光生生电流 （ 11 cmm 硅光光伏电池池 1 I

6、NN 的 I pph 值值为 116 300 mAA ） ； II D ，shh 分别别为 PP- 结结的正向向电 118399 年， 国 的的 Eddmonnd BBecqquerrel 发 现现 了“光 伏伏 效 法 ， 应” 即光光照能使使半导体体材料内内部的电电荷分布布状态发发生变 N 化化而产生生电动势势和电流流。光伏伏电池是是基于半半导体 P- 结 接接受太阳阳光照产产生光伏伏效应， 直接将将光能转转换成电电能的能能 量转转换器。119544 年， 美国 Belll 实实验室的的 G Peearsson 等发 其原理理如图 1 所所示。 明了单单晶硅光光伏电池池， 图图 1 中，

7、太阳光光照射到到光伏电电池表面面， 其其吸收具具有一 在内部部产生处处于非平平衡状态态的电子子 空穴 定能量量的光子子， NN 对； 在 P- 结内建建电场的的作用下下， 电电子、 空穴分分别被驱驱向 NN， 区区， PP N 从而在在 P- 结附附近形成成与内建建电场方方向相反反的光 N 生生电场； 光生生电场抵抵消 PP- 结结内建电电场后的的多余部部分使 作作者简介介： 王王宏华（ 19663 流流、 漏漏电流； 串联联电阻 R SS 主要要由电池池体电阻阻、 电电极导体体电 阻阻等组成成（ RR S 一般 11 ） ； 旁漏漏电阻 R ssh 由由硅片边边缘不清清 洁或或体内缺缺陷所致

8、致（ RR shh 一般般为几 k） ； RLL 为外外接负载载电 II U 电流； 当负负载开路路 阻，LL ， O 分分别为光光伏电池池输出电电压、 （ RR L = ） 时，UU O 即为开开路电压压 U oc ， 其其与环境境温度成成反 22 比、 与电池池面积无无关（ 在 1100 mW / ccm 的的光谱辐辐照度下下， 硅硅 2 光伏电电池的 U ooc 一一般为 4500 6000 mVV ） 。 与与图 22 对应应的光伏伏电池解解析模型型为 1 ： ） ， 江江苏泰州州人， 男， 博士， 现为河河海大学学教授、 博士生生导师。研研究方向向为新型型交直流流电力传传动等。 ht

9、ttp： ZZHHD chiinajjourrnall nnet cnn Emmaill： ZZZHDD cchaiinajjourrnall nnet cnn机械械制造与与自动化化 1886 技术讲讲座 王王宏华光伏发发电原理理及发展展现状 图 33 表明明， 一一定的温温度、 照度下下， 光光伏电池池对应存存在一 P mmax = UU pmmax I ppmaxx ） ， 个个可能的的最大功功率输出出运行点点（ 但但实际 工作点点则是光光伏电池池伏安特特性与负负载伏安安特性的的交点。 R* R 图图 3（ a） 中， 给出了了 3 条不同同阻值 R LL1 ， L ， L2 的电阻阻负载

10、 其与光光伏电池池伏安特特性的 3 伏伏安特性性（ RR L11 R LL R LL2 ） ， MM， 个个交点 A， B 则则为对应应的 33 个实实际工作作点， 只有当当负载 * 电电阻 RR L = RR L 时光伏伏电池才才运行在在最大功功率点 M， 输出最最 图22 光伏伏电池等等效电路路 I L = I ph II D II shh I ph = II scc S + CC T （ TT T rref ） 11 0000 大大功率 P mmax （ UU pmmax I ppmaxx ） 。事实实上，光光伏电池池的短路路电流与与 辐照照度成正正比， 开路电电压与温温度成反反比，辐辐

11、照度增增加、 温 3， 1- 12 ， 度降低低将使其其最大功功率增加加 故随随着天气气（ 辐辐照度、 温度） 变化， 应实时时调整负负载的伏伏安特性性使其相相交于光光伏 “最大功功率点 电池伏伏安特性性的最大大功率输输出点处处， 以以实现 。 跟跟踪（ MPPPT） ” 自 19554 年年实用光光伏电池池问世至至今， 晶体硅硅光伏电电池 占占了光伏伏电池总总产量的的 800% 以以上， 广泛应应用的单单晶硅光光 伏电电池光电电转换效效率已接接近 225% ； 多多晶硅光光伏电池池的光 电转换换效率虽虽较低， 但其材材料成本本较低， 可望成成为主导导产 2， 1- 5 。随着着光伏产产业的迅

12、迅猛发展展， 具具有半导导体材 品之一一 料消消耗少、 易批量量生产、 低成本本、 对对弱光转转化率高高、 易易实现 光伏建建筑一体体化等优优势的薄薄膜光伏伏电池成成为第二二代光伏伏 19976 年问世世的非晶晶硅薄膜膜光伏电电 电池池研发的的重点， 其中， 池实验验室效率率已达 12 8% ； 20 世纪 80 年代兴兴起的铜铜铟 5 。 硒（ CISS） 多多晶薄膜膜光伏电电池实验验室效率率已接近近 200% 进进入 221 世世纪， 以提高高光电转转换效率率、 降降低成本本为目标标的第 如叠层层、 玻玻璃窗式式、 纳纳米光伏伏电池等等研究方方 三代代光伏电电池， 55 11， 。 兴未艾

13、艾 2 * II D = II D00 （ qqE TT 3 nkkg（ T1 11 ） qq（ UU o + II L R SS ） ） ee e 1 reef TT T reff nkkT II shh = UUo + III Rss R sh II 上式式中，ssc 为为 R L = 0 时 的的 短 路 电电 流 （ AA） ； T 为 环环 境 温 度度 （ K） ； TT reef 为为参考温温度（ 一般取取 2998 KK） ； S 为实际际太阳光光辐 22 29 照度（ W / m ） ； C T 为为温度系系数（ A / K） ； qq = 1 6 100 C； k = 1

14、388 100 23 J / K； n，DD0 分分别为二二极管排排放系数数、 II 反向向电 流流； EE g 为表征征半导体体禁带宽宽度的常常量（ V） 。 实实用中， 为了满满足负载载需要的的电压、 电流， 需将多多个容 并联成成数瓦到到数百瓦瓦的光伏伏模 量量较小的的单体光光伏电池池串、 块（ 其输出出电压一一般在十十几 几十十 V） ， 进进一步可可将多个个 并联联成光伏伏阵列。图图 3 为在环环境温度度 255 光伏伏模块串串、 22 （ T = 2998 KK） ， 太阳光光辐照度度 S = 11 0000 WW / m 条条件下某某光 11 伏伏模块（ 其解析析模型参参数参见见

15、文献 ） 的仿真真输出特特性。 22 22 11 光光伏发电电系统的的结构和和工作原原理 离离网型光光伏发电电系统 离离网型光光伏发电电系统亦亦称为独独立光伏伏发电系系统， 4 图图 为为其典型型结构示示意图。 图图4 离离网型光光伏发电电系统 图图 4 中的蓄蓄电池是是离网型型光伏发发电系统统中必不不可少 图3 光伏电电池输出出特性 的储能能器件， 光伏阵阵列受太太阳光照照发出的的电能通通过控制制 DCC 器、 / DDC 变变换器对对蓄电池池进行高高效、 快速充充电； 而蓄电电 池储储存的电电能可通通过放电电器向直直流负载载馈电或或经 DDC / ACC 1887 MMachhinee B

16、uuilddingg AA uttomaatioon，AA prr 20010， 4） ： 1186 1189 39（ 技术讲讲座 王王宏华光伏发发电原理理及发展展现状 11 20007 年则增增至 33 7333 MMW 22。近近年 年年产量为为 1663 3 MMW， 来， 世界光光伏产业业以每年年超过 30% 的速速度递增增， 成成为发展展 变变换向交交流负载载供电。控控制器根根据当前前工况通通过对 DC / DDC 变变换 器器 控 制 调调 整 光 伏伏 阵 列 等等 效 负 载载 的 大 小小， 现现 实 MPPPT； 另一方方面， 控制器器采用正正弦波调调制 （ SPWWM）

17、或空 间矢量量脉宽调调制（ SVPPWM） 技术对对电压源源型 DDC / ACC 逆变变 器进进行控制制以输出出总谐波波畸变率率低、 稳定可可靠的交交流电。 防反充充二极管管可防止止蓄电池池对光伏伏阵列放放电， 以避免免反向 电流损损坏光伏伏阵列。 电地区区 系统统 离网网型光伏伏发电系系统主要要应用于于远离公公共电网网的无 22 或或容量较较小 （ 一般不不超过几几百瓦） 的户用用光伏 1 速速度最快快的行业业之一。到到 20009 年底， 全球光光伏发电电装机容容 6 当年新新增装机机约为 7000 万千千瓦 。 量累计计达 22 3000 万万千瓦， 近年来来， 并并网光伏伏发电的的应

18、用比比例快速速增长， 已成为为 并网网光伏系系统比例例仅为 光伏发发电的主主导市场场。19996 年， 7 9% ， 220077 年则则增加至至 800% 左左右。目目前， 而 光光伏与建建筑 相相结合的的分布式式并网系系统市场场份额远远大于大大型联网网光伏 电站； 而大大型联网网光伏电电站是可可再生能能源发电电的重要要发展 方向， 其容量量可达 MW 或 GGW 级级， 所所发电能能可直接接并入高高 113 。据国国际能源源组织（ IEAA） 预预测 ： 20220 年年世 220400 年则则占总发发 界光光伏发电电的发电电量占总总发电量量的 11% ， 。 22 22 并并网型光光伏发

19、电电系统 并并网型光光伏发电电系统与与公共电电网相联联接， 其典型型结构 压压电网 111 77， 电电量的 20% 。 我国对对光伏电电池的研研究始于于 19958 年。220 世世纪 880 年年 代以以前， 光伏电电池年产产量一直直低于 10 kW。进进入 221 世世纪 220000 年光光伏电 以来， 我国光光伏产业业的生产产能力快快速扩大大， 33 MWW； 220077 年， 成为世世界最大大的光伏伏电 池池年产量量猛增至至 池生生产国， 占世界界总产量量的 227 2% ； 220088 年产产量达 2 0000 115 MWPP， 仍仍居世界界第一 。20007 年， 无锡尚

20、尚德位居居世界光光 伏电电池生产产厂产量量第 33。20007 年， 我国光光伏发电电装机容容量 累累计达 10 万千瓦瓦； 220088 年约约为 115 万万千瓦； 20009 年则增增为 331 万万千瓦。目目前， 我国光光伏发电电系统主主要为离离网型， 今后 将逐步步向并网网型光伏伏发电系系统方向向发展。据据可再再生能 ， 源源中长期期规划 到 220200 年全全国建成成 2 万个屋屋顶光伏伏发电 项目， 总容量量 1000 万万千瓦 2 示示意图如如图 55 所示示。 图图5 并并网型光光伏发电电系统（ 两级式式） 图图 5 中， 实现 MPPPT 的的前级 DC / DDC 变变

21、换控制制与实现现 并网网控制的的后级 DC / AAC PPWM 控制独独立， 降低了了后 逆逆变、 在提 级逆变变器并网网工作与与光伏阵阵列输出出功率的的相互影影响， 高太阳阳能利用用率的同同时， 提高并并网电流流品质 122 。 。 综综观世界界光伏发发电技术术几十年年来的发发展历程程， 呈呈现出 22， 117 1- 13： 晶体体硅光伏伏电池光光电转换换效率和和生 如如下发展展趋势 产技术术水平持持续提高高； 随随着晶体体硅光伏伏电池的的硅片厚厚度不 硅材料料消耗不不断减小小， 光光伏电池池生产成成本大幅幅降 断断降低， CISS 非晶晶硅、 等薄膜膜光伏电电池已逐逐步进入入市场， 随

22、 低低； CCdTee、 着着薄膜光光伏电池池技术不不断进步步， 薄薄膜光伏伏电池的的市场份份额 将将快速增增长； 多晶硅硅薄膜光光伏电池池的光电电转换效效率不断断接 成成本远低低于晶体体硅光伏伏电池， 发展前前景 近近晶体硅硅光伏电电池， 广阔； 叠层层、 量量子点、 多能带带、 热热光伏、 多载流流子光伏伏电池等等 方兴兴未艾的的新一代代光伏电电池将克克服第一一代硅光光伏电池池成本 第二代代非晶硅硅等薄膜膜光伏电电池光电电转换效效率低的的局限， 高、 且有原原材料丰丰富、 无毒等等优点； 光伏伏发电产产业专用用设备和和仪 光光伏电池池生产规规模及生生产能力力快速 器制造造技术不不断进步步，

23、 增增长， 光伏模模块价格格大幅降降低； 并网型型光伏发发电的应应用比例例 不断断增加， 逐步成成为光伏伏发电的的主流，光光伏系统统与建筑筑相 结结合的太太阳能建建筑逐步步进入商商品化生生产时期期。 尽尽管与传传统发电电方式相相比， 目前光光伏发电电的成本本仍偏 高， 尚不具具备大规规模商业业开发的的条件， 但以太太阳能为为主体 可以预预测 的的新能源源将成为为 211 世纪纪世界能能源供应应的主体体， 随随着光伏伏产业的的快速发发展， 光伏发发电的成成本将不不断下降降并 逐逐步逼近近传统发发电成本本的水平平， 从从而成为为具备竞竞争能力力的 133 可可再生能能源 。 参考文文献： 1赵争鸣

24、鸣， MM 刘刘建政， 孙晓瑛瑛， 太太阳能光光伏发电电及其应应用 等等 11 版 北京京： 科科学出版版社， 20005 Emaail： ZZZHD chhainnajoournnal neet cn机机械制造造与自动动化 并并网型光光伏发电电系统具具有太阳阳能利用用率高、 可省略略蓄 电电池储能能环节、 发电成成本较独独立型光光伏发电电显著降降低等优优 点 100 ， 其是光光伏发电电技术发发展的趋趋势， 主要有有大型联联网光 伏伏电站和和住宅联联网型光光伏系统统两大类类， 其其中， 光伏系系统与 建筑相相结合（ BAPPV） 的住宅宅屋顶联联网型光光伏系统统已成为为 光伏伏产业的的一个热

25、热点 4 2， 。 并并网型 光 伏伏 发 电 系系 统 的 关关 键 技 术术 包 括 光光 伏 阵 列列 MPPPT、 变、并并 网 控 制制、并 网 保保 护 及 孤孤 岛 效 应应 检 逆 测测等 1111， 12 。 33 光光伏发电电技术的的发展趋趋势 “光伏效效应” 光伏伏发电技技术研究究始于 18339 年年 的发发现。 119544 年，GG PPearrsonn 等开开发出光光电转换换效率为为 6% 的单单晶 硅硅光伏电电池， 其为现现代晶体体硅光伏伏电池的的雏形。目目前， 高 效效晶体硅硅光伏电电池和各各类薄膜膜光伏电电池是世世界光伏伏产业 的热点点之一 3 1- 。 在

26、在光伏发发电技术术开发之之初的 20 世纪 70 年代， 由于制制 光伏伏发电仅仅用于人人造卫星星、 海海岛灯塔塔等场所所， 造造成本高高， 22 119766 年全全球光伏伏电池 年产量量仅几百百千瓦 。220 世世纪 880 年年代以来来， 随随着光伏伏电池技技术的不不断进步步、 成成本不断断降低 （ 220033 年， 国际市市场光伏伏模块的的售价已已降至 2 5 3 美元 / 瓦瓦； 220088 年， 美国 Firrst Sollar 公司 CdTTe 薄薄膜光伏伏电池成成本 为为 1 美元 / 瓦瓦） ， 光伏产产业迅猛猛发展，119977 年全全球光伏伏电池 1888 hhttp

27、p： ZZHHD chiinajjourrnall nnet cnn 技术讲讲座 王王宏华光伏发发电原理理及发展展现状 220099（ 33） ： 188 技技术， 111尹尹淞 太 阳阳能 光光 伏 发电主主 要 技 术术与进展展 电电 力技技 术， J 20009（ 10） 122李畸畸勇 基于模模糊控制制的最大大功率点点跟踪三三相光伏伏发电系系 D 20010 统研研究 南南京： 河海大大学博士士学位论论文， 113赵赵玉文， 吴达成成，王斯斯成， 中国光光伏产业业发展研研究报告告 等 （ 2000620007） （ 上上） 太阳能能， JJ 220088（ 66） ： 11118 14

28、马胜红红， 李李斌， 陈东兵兵， 加加速开拓拓国内光光伏市场场的可行行性 等等 JJ 220099（ 112） 分分析 太太阳能， 115马马胜红， 李斌， 陈东兵兵， 加加速开拓拓中国国国内光伏伏市场的的必 等等 JJ 220099（ 110） 要要性和紧紧迫性 太阳能能， 166杨萍萍 薄薄膜太阳阳电池市市场发展展评析 太阳能能， JJ 220099（ 111） 177邓菊菊莲， J 崔海昱昱， 王王志刚， 第三代代太阳电电池技术术 太阳阳 等 20008（ 3） 能能， 2王长贵贵， MM 王王斯成 太阳阳能光伏伏发电实实用技术术 2 版 北京： 20009 化学学工业出出版社， 33冯

29、垛垛生， 主编， 宋金莲莲， 赵赵慧， 林珊， 等编著著 太太阳能发发电原理理 M 20007 与应应用 11 版 北京京： 人人民邮电电出版社社， 4蔡宣三三 太太阳能光光伏发电电发展现现状与趋趋势 电力电电子， J 20007（ 2） ： 336 55殷志志刚 太阳能能光伏发发电材料料的发展展现状 可再生生能源， J 20008（ 5） ： 117200 6王乾坤坤， NN 方方彤 世界太太阳能光光伏发电电发展剖剖析 国国家电网网 20010- 277 005报， 77尹璐璐， J 赵争争鸣 光伏并并网技术术与市场场现状状与发展展 变 20008（ 10） ： 334399 频频器世界界，

30、 8刘道春春 太太阳能光光伏发电电技术及及其发展展前景 大众用用电， J 20009（ 3） ： 119200 9庾晋 太阳阳能光伏伏发电存存在的问问题及促促进措施施 光源源与 JJ 220100（ 11） ： 42244 照明明， 100尹淞淞， JJ 郝郝继红 我国国太阳能能光伏发发电技术术应用综综述 电电力 收收稿日期期： 220100 07 119 權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權 更更 正正 刊刊登在本本刊 220100 年第第 3 期第 61 页上的的图 44 应为为： 图图4 三三针法测测量同一

31、一种螺纹纹单一中中径三种种情况的的单针局局部图 公公式 dd0最佳佳 = pp 2ccos /22 应应为： d0最最佳 = pp 2ccos /22 （ 3） 特特此更正正， 并并向作者者表示歉歉意。 机械制制造与自自动化 编辑部部 MMachhinee Buuilddingg A utoomattionn，A pr 20110， 4） ： 1186 1189 39（ 1889 11本文由由lmjj200031226贡献献 ppdf文文档可能能在WAAP端浏浏览体验验不佳。建建议您优优先选择择TXTT，或下下载源文文件到本本机查看看。 技术讲讲座 王王宏华光伏发发电原理理及发展展现状 光光伏

32、发电电技术系系列讲座座 （ 1） 光光伏发电电原理及及发展现现状 王王宏华 （ 河海大大学 自自动化工工程系， 江苏 南京 21000988） 摘摘 要： 阐述述了太阳阳能光伏伏发电系系统的基基本结构构和工作作原理， 综述了了国内外外光伏发发电技术术的发 展展现状及及发展趋趋势。 关键词词： 太太阳能； 光伏伏电池； 光伏伏阵列； 光伏伏发电系系统 552766（ 220100） 00401186004 中中图分类类号： TK551 文文献标志志码： A 文文章编号号： 116711Thee Seeriees oof LLectturees oon PPhottovooltaaic Powwe

33、r Tecchnoologgy（ Parrt 11） PPrinncipple andd Deevellopmmentt off Phhotoovolltaiic PPoweer WWANGG Hoonghhua （ DDepaartmmentt off Auutommatiion Enggineeeriing，HHohaai UUnivverssityy，Naanjiing 21000988，Chhinaa） AAbsttracct： Thiis ppapeer ddesccribbes thee prrincciplle aand strructturee off phhotoovollt

34、aiic ppoweer ssysttem，aand preesennts thee laatesst ddeveeloppmennt ttrennd aand ressearrch proogreess of phootovvolttaicc poowerr teechnnoloogiees KKey worrds： soolarr ennerggy； sollar celll； phootovvolttaicc arrrayy； pphottovooltaaic powwer sysstemm 00 引引言 众众所周知知， 太太阳能是是一种用用之不竭竭、 储储量巨大大的清洁洁 可可再生能能

35、源， 每天到到达地球球表面的的辐射能能量相当当于数亿亿万 1 桶石石油燃烧烧的能量量 ， 太阳能能开发与与利用正正逐步成成为各 国政府府重点发发展的战战略。热热能和光光能利用用是太阳阳能应用用 。“光伏发发电” 的两两种重要要形式 是利用用光伏电电池的光光伏效 应将太太阳光的的光能直直接转换换为电能能的一种种可再生生、 无无污染 正在全全球范围围内迅猛猛发展， 其不仅仅要替代代部 的的发电方方式， 分化石石能源， 而且未未来将成成为世界界能源供供应的主主体， 是世 界各国国可再生生能源发发展的重重点。本本文阐述述了太阳阳能光伏伏 发电电系统的的基本结结构和工工作原理理， 综综述了国国内外光光伏

36、发电电 技术术的发展展现状及及发展趋趋势。 图1 单晶硅硅光伏电电池发电电原理 11 光光伏电池池的原理理及发展展现状 PP， 区区分别带带正、 N 负负电， 于是产产生由 N 区区指向 P 区区的光生生 则有有电流从从 P 区流出出， 经经负载从从 电动动势； 当外接接负载后后， NN 区流流入光伏伏电池。 I 图图 2 为光伏伏电池等等效电路路， 其其中，pph 为为与光伏伏电池面面 22 积、 入射光光辐照度度成正比比的光生生电流 （ 11 cmm 硅光光伏电池池 1 I NN 的 I pph 值值为 116 300 mAA ） ； II D ，shh 分别别为 PP- 结结的正向向电

37、118399 年， 国 的的 Eddmonnd BBecqquerrel 发 现现 了“光 伏伏 效 法 ， 应” 即光光照能使使半导体体材料内内部的电电荷分布布状态发发生变 N 化化而产生生电动势势和电流流。光伏伏电池是是基于半半导体 P- 结 接接受太阳阳光照产产生光伏伏效应， 直接将将光能转转换成电电能的能能 量转转换器。119544 年， 美国 Belll 实实验室的的 G Peearsson 等发 其原理理如图 1 所所示。 明了单单晶硅光光伏电池池， 图图 1 中， 太阳光光照射到到光伏电电池表面面， 其其吸收具具有一 在内部部产生处处于非平平衡状态态的电子子 空穴 定能量量的光子

38、子， NN 对； 在 P- 结内建建电场的的作用下下， 电电子、 空穴分分别被驱驱向 NN， 区区， PP N 从而在在 P- 结附附近形成成与内建建电场方方向相反反的光 N 生生电场； 光生生电场抵抵消 PP- 结结内建电电场后的的多余部部分使 作作者简介介： 王王宏华（ 19663 流流、 漏漏电流； 串联联电阻 R SS 主要要由电池池体电阻阻、 电电极导体体电 阻阻等组成成（ RR S 一般 11 ） ； 旁漏漏电阻 R ssh 由由硅片边边缘不清清 洁或或体内缺缺陷所致致（ RR shh 一般般为几 k） ； RLL 为外外接负载载电 II U 电流； 当负负载开路路 阻，LL ，

39、O 分分别为光光伏电池池输出电电压、 （ RR L = ） 时，UU O 即为开开路电压压 U oc ， 其其与环境境温度成成反 22 比、 与电池池面积无无关（ 在 1100 mW / ccm 的的光谱辐辐照度下下， 硅硅 2 光伏电电池的 U ooc 一一般为 4500 6000 mVV ） 。 与与图 22 对应应的光伏伏电池解解析模型型为 1 ： ） ， 江江苏泰州州人， 男， 博士， 现为河河海大学学教授、 博士生生导师。研研究方向向为新型型交直流流电力传传动等。 htttp： ZZHHD chiinajjourrnall nnet cnn Emmaill： ZZZHDD cchai

40、inajjourrnall nnet cnn机械械制造与与自动化化 1886 技术讲讲座 王王宏华光伏发发电原理理及发展展现状 图 33 表明明， 一一定的温温度、 照度下下， 光光伏电池池对应存存在一 P mmax = UU pmmax I ppmaxx ） ， 个个可能的的最大功功率输出出运行点点（ 但但实际 工作点点则是光光伏电池池伏安特特性与负负载伏安安特性的的交点。 R* R 图图 3（ a） 中， 给出了了 3 条不同同阻值 R LL1 ， L ， L2 的电阻阻负载 其与光光伏电池池伏安特特性的 3 伏伏安特性性（ RR L11 R LL R LL2 ） ， MM， 个个交点 A

41、， B 则则为对应应的 33 个实实际工作作点， 只有当当负载 * 电电阻 RR L = RR L 时光伏伏电池才才运行在在最大功功率点 M， 输出最最 图22 光伏伏电池等等效电路路 I L = I ph II D II shh I ph = II scc S + CC T （ TT T rref ） 11 0000 大大功率 P mmax （ UU pmmax I ppmaxx ） 。事实实上，光光伏电池池的短路路电流与与 辐照照度成正正比， 开路电电压与温温度成反反比，辐辐照度增增加、 温 3， 1- 12 ， 度降低低将使其其最大功功率增加加 故随随着天气气（ 辐辐照度、 温度） 变化

42、， 应实时时调整负负载的伏伏安特性性使其相相交于光光伏 “最大功功率点 电池伏伏安特性性的最大大功率输输出点处处， 以以实现 。 跟跟踪（ MPPPT） ” 自 19554 年年实用光光伏电池池问世至至今， 晶体硅硅光伏电电池 占占了光伏伏电池总总产量的的 800% 以以上， 广泛应应用的单单晶硅光光 伏电电池光电电转换效效率已接接近 225% ； 多多晶硅光光伏电池池的光 电转换换效率虽虽较低， 但其材材料成本本较低， 可望成成为主导导产 2， 1- 5 。随着着光伏产产业的迅迅猛发展展， 具具有半导导体材 品之一一 料消消耗少、 易批量量生产、 低成本本、 对对弱光转转化率高高、 易易实现

43、 光伏建建筑一体体化等优优势的薄薄膜光伏伏电池成成为第二二代光伏伏 19976 年问世世的非晶晶硅薄膜膜光伏电电 电池池研发的的重点， 其中， 池实验验室效率率已达 12 8% ； 20 世纪 80 年代兴兴起的铜铜铟 5 。 硒（ CISS） 多多晶薄膜膜光伏电电池实验验室效率率已接近近 200% 进进入 221 世世纪， 以提高高光电转转换效率率、 降降低成本本为目标标的第 如叠层层、 玻玻璃窗式式、 纳纳米光伏伏电池等等研究方方 三代代光伏电电池， 55 11， 。 兴未艾艾 2 * II D = II D00 （ qqE TT 3 nkkg（ T1 11 ） qq（ UU o + II L R SS ）