太阳能光伏发电工作原理.pdf

太阳能光伏发电技术及其应用太阳能光伏发电工作原理、运行方式 及系统组成O华先电力士号North China Electric Power Univgy21.太阳能光伏发电的运行方式3一、太阳犍光饮发电的运行方式1）按供电类型分：直流供电系统 交直流供电系统2）按供电特点分：独立光伏发电系统 并网光伏发电系统华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy45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。华先电力大号North Ctiina Electric Power Unwersiy直流供电系统十十控制器直流 负载太阳能电池蓄电池O华先电力士号North Chna Electric Power Unwersty6交直流供电系统交流 负载nr./Aiz.逆变 电源直流 负载控制器Ncrth Ctiina Eledric Power Unwersiy7一、太阳犍光饮发电的运行方式独立光伏发电系统 独立光伏发电系统:是未与公共网相联接的太阳能光伏发 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 机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。从电力系统来说，kw级以上的独立光伏发电系统也称为离 网型光伏发电系统。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy8一、太阳犍光饮发电的运行方式并网光伏发电系统 并网光伏发电系统:与公共电网相联接的太阳能光伏发电 系统。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 电技术发展的主流趋势。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy92.太阳能光伏发电系统的组成10二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统，直流系统A根据用电负载的特点 交流系统、交直流系统最大区别是系统中是否带有逆变器华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy11二、太阳健光饮发电余髭的俶戚(a)直流光伏系统华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy12二、太阳健光饮发电余髭的俶戚(b)交流光伏系统华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy13二、太阳健光饮发电余髭的俶戚（C）交直流光伏系统华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy14二、太阳健光饮发电余髭的俶戚有后备能源和放电器的光伏系统(d)华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy15二、太阳犍光伏发电系统的做我1、独立太阳能光伏发电系统1.1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2cmX2cm到 15cm X 15cm 不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.4545Y工作电流约为2025mA/ci*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 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。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy16二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.1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。二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.1 太阳能电池方阵一个太阳能电池只能产生大约0.45V电压，远低于实际应用所需要的电压 将太阳能电池通过导线连接成组件，一个组件上，太阳能电池的标准数 量是36个或40个(10cmX 10cm),这意味着一个太阳能电池能产生16V 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。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。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy18二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.2 防反充二极管又称阻塞二极管。其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和 夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵 放电。它串联在太阳能电池方阵电路中，起单向导通的作用。要 求其能承受足够大的电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流 要小。一般可选用合适的整流二极管。19North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.3 蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向 负载供电。基本要求：自放电率低深放电能力强少维护或免维护价格低廉使用寿命长充电效率高 工作温度范围宽华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy20二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.4 控制器蓄电池，尤其是铅酸蓄电池，需要在充电和放电过程中加以控制，频 繁地过充电和过放电都会影响蓄电池的使用寿命。过充电会使蓄电池 大量出气（电解水），造成水分散失和活性物质脱落；过放电则容易 加速栅板的腐蚀和不可逆硫酸化。为了保护蓄电池不受过充电和过放 电的损害，则必须要有一套控制系统来防止蓄电池的过充电和过放电,这套系统称为充放电控制器。其通过检测蓄电池的电压和荷电状态,判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点。并根据检测结果发出继 续充、放电的指令。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光伏家电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.5 逆变器逆变器是将直流电变换为交流电的设备，逆变器是通过半导体功率开 关的开通和关断作用，把直流电能转变为交流电能的一种变换装置，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。22North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚1、独立太阳能光伏发电系统1.6 测量设备对于小型太阳能电池发电系统，只要求进行简单的测量，如蓄电池 电压和充放电电流，测量所用的电压表和电流表一般就装在控制器上 o对于太阳能通信电源系统、管道阴极保护系统等工业电源系统和中 大型太阳能光伏电站，往往要求对更多的参数进行测量，如太阳辐射、环境温度、充放电电量等。有时甚至要求具有远程数据传输、数据 打印和遥控功能，这就要求为太阳能电池发电系统配备数据采集系统 和微机监控系统。23North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统光伏发电系统（以下简称光伏系统）的主流发展趋势是并网光伏发电 系统：太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再 同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏 系统。并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统和集中式并网光伏系 统（电站）两大类。前者的特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载 上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：后者的特点：是光伏系统发的电直接被输送到电网上，由电网把 电力统一分配到各个用电单位。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy24二、太阳犍光伏发电系统的姐戚2、并网太阳能光伏发电系统住宅用并网光伏系统根据联网光伏系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电，分为可 逆流与不可逆流并网光伏发电系统。可逆流系统：是在光伏系统产生剩余电力时将该电能送入电网，由于 是同电网的供电方向相反，所以成为逆流；当光伏系统电力不够时，则由电网供电。这种系统，一般是为光伏系统的发电能力大于负载或 发电时间同负载用电时间不相匹配而设计的。25North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚可逆流系统太阳能电池方阵m-26电网。并网逆变器-11负载华先业）士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统住宅用并网光伏系统不可逆流系统：是指光伏系统的发电量始终小于或等于负荷的用电量,电量不够时由电网提供，即光伏系统与电网形成并联向负载供电。这种系统，即使当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能时，也只 能通过某种手段加以处理或放弃，由于不会出现光伏系统向电网输电 的情况，所以称为不可逆流系统。27North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚不可逆流系统电网二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统住宅用并网光伏系统住宅系统又有家庭系统和小区系统之分。家庭系统：装机容量小，一般为15kWp,为自家供电，独立计量电 量。小区系统：装机容量较大些，一般为50300kWp,为一个小区或一 栋建筑物供电，统一管理，集中分表计量电量。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy29二、太阳犍光伏发电系统的姐戚2、并网太阳能光伏发电系统住宅用并网光伏系统根据联网光伏系统是否配置储能装置，分为有储能 装置和无储能装置联网光伏发电系统。30North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统住宅用并网光伏系统31二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统住宅用并网光伏系统华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy32二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统无储能（不带蓄电池）系统其工作原理是：太阳能电池方阵在太阳光辐射下发出直流电，经逆变 器转换为交流电，供用电器使用；系统同时又与电网相联，白天将太 阳能电池方阵发出的多余电能经联网逆变器逆变为符合所接电网电能 质量要求的交流电馈入电网，在晚上或阴雨天发电量不足时，由电网 向住宅（用户）供电。住宅联网系统所在负载的电压，在我国一般是 单相220V和三相38 0V,所接入的电网为低压商用电网。33North Ctiina Eledric Power Unwersiy住宅用并网光伏系统图住宅前相魁鼬敏逆史Uh 3-Kj-电*信if 曲”一电表挑也同马认）“34 口工次之二:点二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统太阳能电池方阵目前工程上应用的太阳能电池方阵多为由一定数量的晶体硅太阳能 电池组件按照联网逆变器输入电压的要求串、并联后固定在支架上组 成。(1)建筑与光伏系统相结合是将现成的平板式光伏组件安装在建筑物的屋顶等处，引出端经过 逆变和控制装置与电网联结，由光伏系统和电网并联向住宅(用户)供电，多余电力向电网反馈，不足电力向电网取用。35North Ctiina Eledric Power Unwersiy二、太阳健光饮发电余髭的俶戚2、并网太阳能光伏发电系统太阳能电池方阵(2)建筑与光伏组件相结合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 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。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,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，组件的表面温度降低15。(2。ea _J u North Ctiina Eledric Power Universty二、太阳健光饮发电余髭的俶戚空间电站未来能源基地O华先电力士号North China Eledric Power Univgy37空间太阳能电站太阳能的散射面很宽，特别是经过地球大气层时，大部分能量被大气 层反射、散射或吸收掉了。在宇宙空间，由于太阳光线不会被大气减弱，也不会被大气阻拦，可以直接受到太阳光的照射，因此建造太阳能电站是 一个非常理想的方法。和地面相比，用同样面积的太阳能电池帆板，在同步轨道可多获6到11 倍的太阳能。如果把空间太阳能电站建设在圆形日心轨道上，那就不再 怕地球挡住阳光，并可获更多的太阳能在宇宙空间的太阳能电站，聚集大量阳光，利用光电转换产生直流电，并 通过相应的装置将直流电变换成微波，以微波波束的形式传输到太空用户或 者传输到地球上.O华先电力士号North China Eledric Power Univgy38太阳空间电站传输它是由永远朝向太阳的太阳电池列阵,能把直流电转换成微波能的微波转换站,发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系 统。太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座8 X1010W的太空太阳电站其太阳电池的列阵面积即达64km2,要装 配几百亿个电池片,把微波发往地球的天线列阵面积需2.6 km2o39华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy太阳空间电站的优点空间发电有两大优点：一是可以充分利用太阳能，同时又 不会污染环境，二是不用架设输电线路，可直接向空中 的飞船和飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠和孤岛 送电。科学家预测，一旦建成空间电站，人类可以不断获得能源,地球能源利用将产生革命性变化。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy40空间太阳能电站据分析，空间太阳能电站的最佳容量是5到10兆瓦,悬挂于地球赤道 上空36000公里高度的对地静止电站的质量为5万吨至10万吨。最初步的估算表明，空间太阳能电站每产生1干瓦电量的造价会比核 电站同样功率的造价高出50%至100%。比水电站高出100%至150%,比 热电站高300%至500%。但是，由于使用甚高频微波辐射传输到地球，微波能量实际上不会被大气所吸收，地面接收站接收到的微波能量转变 为电能供给用户，其转换效率可高达90%；更由于空间太阳能电站不消 耗地球资源，因此工作约5至7年后，其利润将比热电站和核电站高。建造空间太阳能电站的另一个关键问题是运输。计算表明，在5年内回收这 样一个电站的费用，它每千克重量的成本不应超过150至200美元。此外，运载 火箭应有非常大的推力，一次能将500吨的有效载荷送入轨道。在这样的情况下，总计只需100至200次的发射就可以了，所有货物在3至5年内运输到位。好华社电力大号North Ctiina Eledric Power Unwersiy空间电站碰到的问题(1)空间运输成本问题。法国电力公司课题研 究部顾问吕西安德尚说，要使太阳能卫星变得 可行，空间运输成本最少也得降低99%。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy43碰到的问题(2)能量转换的效率问题。美国慕尼黑理工大 学空间技术研究所名誉所长哈里鲁普认为，在 把太阳能输送到地球的过程中存在的能量转换的 效率问题。他还担心微波束可能会把经过其传输 路径的鸟或人烤熟并可能引起电磁干扰，扰乱 飞机的雷达系统。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy443.太阳能电池的工作原理O华先电力士号North China Eledric Power Univgy45三、太阳犍光伏安它的工作原理1、半导体物理知识固体材料按照它们导电能力的强弱，可分为超导材料、导体 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10-810-6Qm的范 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108 i020Q.m 的范内（橡胶、塑料、木材、玻璃等）国半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，电阻率 在10-5107 Qm的范围内（错、硅、神化稼、硫化镉等）华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy46三、太阳犍光伏安它的工作原理禁带、价带和导带导带 三I 价带”导带y 禁带;Eg 价带”导带 三r禁带，Eg V价带”金属半导体十分之几eV4eV绝缘体5eV-10eV华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy47三、太阳犍光伏安它的工作原理N型半导体N型掺杂原子自由电子+5华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy48三、太阳犍光伏安它的工作原理N型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体，也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有U!个价电子能与周围UA个半导体原子中的价电子形成共价键,而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由 电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由 杂质原子提供；空穴是少数截流子，由热激发形成。由于磷原子在晶体中起释放电子的作用，所以称之为施 主杂质，也叫n型杂质49North Ctiina Eledric Power Unwersiy三、太阳饿光伏或电的工作原理华先电力士号Norlti China Eledric Power Unwersiy三、太阳犍光伏安它的工作原理P型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素，在本征半导体中掺 入三价杂质元素，如硼、像、锢等形成了P型半导体，也 称为空穴型半导体。因三价杂质原子在与硅原子形成共 价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一空穴。P型 半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是 少数载流子，由热激发形成。由于硼原子在晶体中起接受电子而产生空穴的作用，所 以称之为受主杂质，也叫P型杂质51North Ctiina Eledric Power Unwersiy三、太阳犍光伏或电的工作原理p-n结在一块半导体晶体上，通过某些工艺过程，使一部分呈p型（空穴导电），一部分呈n型（电子导电），则该p型和n型半导 体界面附近的区域，就叫做pn结_空穴扩散方向电子扩散方向-A内建电场方向000 0 0000；0000白白；白白白白0白白9 白白白白n区p区n区匿间电荷区p区形成p-n结前载流子的扩散方向52空间电荷区和内建电场华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy三、太阳犍光伏安它的工作原理当有适当波长的光照射到这个pn结太阳能电池上 后，由于光伏效应而在势垒区两边产生了电动势。因 而光伏效应是半导体电池实现光电转换的理论基础，也是某些光电器件赖以工作的最重要的物理效应。因 此，我们将来仔细分析一下pn结的光伏效应.华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy53三、太阳犍光伏安它的工作原理太阳能电池的基本工作原理内建电场方向华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy54三、太阳犍光伏安它的工作原理在pn结开路的情况下，pn结两端建立起稳定的电势差Voc,（p区相对 于n区是正的），这就是光电池的开路电压。如将pn结与外电路接通，只要光照不停止，就会有源源不断的电流通过电路，pn结起了电源的5作用。这就是光电池的基本原理三、太阳犍光伏安它的工作原理由上面分析可以看出，为使半导体光电器件能产 生光生电动势（或光生积累电荷），它们应该满 足以下两个条件：1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大的 光吸收系数a,即要求入射光子的能量力。大于 或等于半导体材料的带隙Eg,使该入射光子能被 半导体吸收而激发出光生非平衡的电子空穴对。56North Ctiina Eledric Power Unwersiy三、太阳犍光伏安它的工作原理2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区 o势垒区的重要作用是分离了两种不同电荷的光生非平 衡载流子，在P区内积累了非平衡空穴，而在n区内积累 起非平衡电子。产生了一个与平衡pn结内建电场相反的 光生电场，于是在p区和n区间建立了光生电动势（或称 光生电压）。57North Ctiina Eledric Power Unwersiy三、太阳犍光伏安它的工作原理太阳能电池的结构（以n+/p型太阳能电池为例）减反射膜上电极母线栅线空间电荷区Me*dl bact eiertratien层顶区层（光照面）厚度0205p层为基体.鬻层zS 厚度0.20 Wmnr下电极华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy58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 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 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 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。三、太阳犍光伏安它的工作原理3、太阳能电池工作原理与特性 太阳能电池的分类（同质结太阳能电池：由同种材料所形成P-n结（SI、Ga AS）异质结太阳能电池：由两种禁带宽度不种材料所形成PF结（氧化锡/硅、硫化亚铜/硫化镉、神化稼/硅）按照结构分类 肖特基太阳能电池：利用金属一半导体界面的肖特基势垒而 构成的太阳能电池（粕/硅、铝/硅）多结太阳能电池：由多个p-n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华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy60三、太阳犍光伏安它的工作原理3、太阳能电池工作原理与特性太阳能电池的分类硅太阳能电池：以硅为基体材料（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 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、I神化稼、础化镉、硒锢铜、磷化锢）按照材料分类 有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳一碳键且导电 能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池（分子 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 的薄膜为基体材料的太阳能电池（非晶硅、多晶硅、纳米晶）华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy61三、太阳犍光伏安它的工作原理太阳能电池的电流一电压特性短路电流Isc如将pn结短路（V=0）,这时所得的电流为短路电流Isc,短 路电流等于光生电流（与太阳能电池的面积大小有关，面积越大，Ise越大）华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy62三、太阳犍光伏安它的工作原理太阳能电池的电流一电压特性开路电压Voc在p-n结开路情况下（&=00）,此时pn结两端的电压即为开 路电压Voc（与光谱辐照强度有关，与电池的面积大小无关，随温度升 高，开路电压下降）North China Eledric Power UnhEt三、太阳犍光伏安它的工作原理太阳能电池的伏一安特性曲线当太阳电池接上负载用时，所得的负载伏-安特性曲线如图所示。太阳电池的伏-安特性曲线华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy64三、太阳犍光伏或它的工作原理太阳函电池的伏一安特性曲线负载R可以从零到无穷大。当负载Rm使太阳电池的功 率输出为最大时，它对应的最大功率Pm为pm=imym式中4和ym分别为最佳工作电流和最佳工作电压。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy65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 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Vm和最佳工 作电流Im。P V Im FF m m mV I V Ioc sc oc sc它表示了最大输出功率点所对 应的矩形面积在Voc和ISC所组 成的矩形面积中所占的百分比 o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，也就是Voc,Isc和FF乘积 较大的电池。对于有合适效率 的电池，该值应在0.70-0.85范 围之内。太阳电池的i-v特性和工作点图中（）表示最佳工作点，（。）表示实际工作点三、太阳犍光伏安它的工作原理太阳能电池的光电转换效率T|表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即：=（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光）x100%V X；=%xlOO%Pin二 vm 儿 其中Pin是入射光的能量密度Vm最佳工作电压 V开路电压Im最佳工作电流【SC短路电流华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy对于单晶硅太阳能电池，理论上限是 27%,目前研究得到的最大值为24%左右。GaAs太阳能电池的转换效率的理论上限为 28.5%,现在获得的最大值是24.7%。如何进一 步提高太阳能电池的转换效率是当前的研究课 题，这也就是所谓的高效率化技术的开发。影响太阳能电池转换效率的一些因素69Norih China Eledric Fewer Unwersiy三、太阳犍光伏安它的工作原理影响太阳能电池转换效率的一些因素我们前面介绍了太阳能电池转换效率的理论值，这些理论值都是在理想情况下得到的。而太阳能 电池在光电能量转换过程中，由于存在各种附加 的能量损失，实际效率比上述的理论极限效率低 o下面以pn结硅电池为例，介绍一些影响太阳能 电池转换效率的因素。华先业力士号North Ctiina Eledric Power Unwersiy70光生电流的光学损失：太阳能电池的效率损失中，有三种是属于光学损 失，其主要影响是降低了光生电流值正面栅指电极.反射损失：从空气（或真 空）垂直入射到半导体材料 的光的反射。以硅为例，在 感兴趣的太阳光谱中，超过 30%的光能被裸露的硅表面 发射掉了。栅指电极遮光损失c：定义 为栅指电极遮光面积在太 阳能总面积中所占的百分 比（见下图）。对一般电 池来说，c约为4%15%。透射损失：如果电池厚.度不足够大，某些能量 合适能被吸收的光子可 能从电池背面穿出。这 决定了半导体材料之最 小厚度。间接带隙半导 体要求材料的厚度比直 接带隙的厚。如图为对 硅和碑化线的计算结果。，0.1 1 2 5 10 100 1000电池厚度（即）辐照效应：应用在卫星上的太阳能电池受到太空中高能离子 辐射，体内产生缺陷，使电池输出功率逐渐下降，可能 影响其使用寿命。辐照产生的缺陷，相当于复合中心。辐照后增大 了电池内部的少子复合率，1,即有：v1=qi+K(pL-2=L0-2+K(p式中q是辐照前的寿命，K7是常数，是辐照通量。因为扩散长度等于(Dt)i/2,故上式可写成：、提高太阳电池效率的考虑O华先电力士号North China Eledric Power Univgy74提高太阳电池效率的考虑只有大于Eg的那部分能量可以被吸收。越小/越大8 sc最大功率考虑太阳电池的最大输出功率由开路电压和短路电流所决定。由光谱考虑,发现几随着的4增加而减小。开路电压Voc oc EgVOCIL乘积会出现一极大值。North China Eledric Power Unwersiy75提高太阳电池效率的考虑表面反射采用抗反射层聚光聚光是用聚光器面积代替许多太阳能电池的面积，从而降低太阳能 电池造价。它的另一个优点是增加效率。因此一个电池在1000个太阳强度的聚光度下工作产生的输出功率相当 于1300个电池在一个太阳强度下工作的输出功率。华社电力#管Nodti Ctiina Bedric Power Univerety76太阳能电池的结构（以n+/p型太阳能电池为例）减反射膜p层为基体 基区层上电极母线栅线n-9mlenducc空间电荷区Me:al bat I:electroden层顶区层一二（光照面），llrh-lypc scmkonductcr:下电极厚度020.5pim厚度0.20North China Sedric Rower Univereiy北京市大兴区50千瓦大型屋顶光伏并网示范电站谢谢!O华先电力士号North China Eledric Power Univgy80