太阳能光伏发电原理与应用-复习完整版

《太阳能光伏发电原理与应用》知识点

第2章

（1）光子能量：一般用波长或相对应的能量来描述一个光子的特性。光子能量与波长之间存在反比例关系,方程为E=hc/λ。电子伏特与焦耳的转换为E（J）=q x E（eV）。能量与波长关系为E（eV）=1.24/λ。（2）光子通量：光子通量被定义为单位时间内通过单位面积的光子数量：ɸ=#（光子数量）/(sm*2)。

光子通量是决定太阳能电池产生的电子数量和电流大小的重要因素。光子通量并不足以确定太阳能电池产生的电流大小或说明光源的特性。光子通量没有包含关于入射光子的能量或波长的信息。

（3）辐射功率：发射自光源的总的功率强度可以通过所有波长或其对应的能量的光照度的叠加计算获得。H=ʃ F(λ)dλ=Σ F(λ)Δλ可以用来计算光源发出的总的功率强度。

（4）光照度：单位面积上所受的光通量。作为光子波长（或能量）的对应量，光照度（记作F）是描述光源性质最常用的方式。

（5）黑体：在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而无任何反射的物体；吸收比为1的物体；在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸收的物体。黑体辐射出的总功率强度可由所有波长的光照度的积分得到：H=σT^4 ，σ为斯特番—玻尔兹曼常量，T黑体温度。光照度最高处的波长λ为λ（u,m）=2900/T 。（6）地理坐标：以地心为原点，以地球为基本圆，以地球自转轴为中心轴，用纬度、经度来表示地球表面上点的位置。

天球坐标：天球：以观察者为球心，以任意长度（无限长）为半径，其上分布着所有天体的球面。地平面：球心与铅直线相垂直的平面。地平圈：地平面与天体的交线所成大圆。天顶、天底：通过球心的铅直线与天球的交点。

地平坐标：以地平圈为基本圆，天顶为基本点，南点为原点的坐标系。地平经圈：通过天顶Z和太阳（或任一天体）X作一大圆。

时角坐标：以天极为基本点，天赤道（地球赤道平面延伸后与天球相交的大圆）和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标。

（7）太阳常数：地球除自转外并以椭圆形轨道绕太阳运行，地球与太阳之间的距离不是一个常数，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地间距离的不同而不同，由于日地间的距离很大，其相对变化量是很小的，由此引起的太阳辐射强度的相对变化不超过3.4%,z这就意味着地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。

（8）太阳光谱：太阳发射的电磁波在大气顶上随波长的分布叫做太阳光谱。到达地面的太阳辐射光谱是地外太阳光谱和大气成分的函数，它对于地面太阳电池系统及其他一些应用是十分重要的。太阳光谱是连续的，且辐射特性与绝对黑体辐射近似。

（9）直接辐射：直接接收到的、不改变方向的太阳辐射。散射辐射：接收到的被大气层反射和散射后方向改变的太阳辐射。反射辐射：到达地面的总辐射中,有一部分被地面反射回大气,称为地面反射辐射。

总辐射：到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。

净辐射：单位时间、单位面积地表面吸收的太阳总辐射和大气逆辐射与本身发射辐射之差称为地面净辐射。（10）辐射在大气中的衰减：太阳辐射穿过地球大气层时，不仅受到大气中的空气分子、水汽及灰尘所散射，而且受到大气中氧、臭氧、水和二氧化碳的吸收，所以经过大气而到达地面的太阳直接辐射显著衰减。太阳辐射100%，最终返回宇宙43%（其中包括云层反射，地面反射，云层散射，地面散射），大气吸收14%，直达地面27%，散射到地面16% 。

（11）散射作用：由入射辐射波长λ与散射质点的相对大小r，将散射分为瑞利散射、米氏散射和无选择性散射。当r «λ时，瑞利散射；当r ≈λ时，米氏散射；当r »λ时，无选择性散射。

瑞利散射：由大气中的原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧气分子等引起。散射强度与波长的四次方成反比，即入射光波长越短，散射能力越强。

米氏散射：大气中的微粒如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起的散射，这种散射的强度受气候影响大。散射强度与波长的平方成反比，且散射光的向前方向比向后方向的散射强度更强，方向性明显。

无选择性散射：当大气混浊（质点半径＞10um），大气粒子的直径比辐射波长大得多时发生。散射强度与波长无关，即任何波长的散射强度相同，散射系数不再随波长改变，也称为漫射。

（12）大气质量：大气质量被定义为光穿过大气的路径长度，长度最短时的路径（即当太阳处在头顶正上

方时）规定为“一个标准大气质量”。“大气质量”量化了太阳辐射穿过大气层时被空气和尘埃吸收后的衰减程度。大气质量AM＝1／cos（θ），其中θ表示太阳光线与垂直线的夹角，当太阳处在头顶时，大气质量为1。“大气质量”描绘了太阳光到达地面前所走过的路程与太阳处在头顶时的路程的比例，也等于Y/X。

（14）典型气象年：描述当地天文气候时最常用的数据就是叫做典型气象年的数据（TMY）。描述太阳辐射最常用的方式是典型气象年（TMY），或者是由美国国家可再生能源实验室所使用的TMY2，TMY包含有每天数据的变化。

平均太阳辐射数据，特别是一年中每个月的平均数据在粗略估计太阳能电池板安装数量时也是被广泛使用的。阴天：地面实际接收到的光线要少于理论光线接收值的50%的日子。

（15）日照时数：日照时数的长短受所在纬度、季节、地形、天空状况等因素影响。定义为不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。

日照百分率：衡量日照的多少常以实际照射时数（实照时数）与可能照射时数（可照时数）的百分比即日照百分率表示。

光照时间：光照时间=可照时数+曙暮光时间

曙暮光：在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下0°~6°时，光通过大气散射到地表产生一定的光照强度，这种光线称为曙光和暮光。一般曙暮光随纬度升高而加长，夏季尤为显著。

（16）峰值太阳时：日平均日照度（单位为KWhr / m^2 day）有时也被称为峰值太阳时。

日照度：日照度是指特定时间内单位面积区域所接受到的总的太阳辐射量，通常以KWhr / ( m^2 day )为单位。

第3章

根据导电性能和电阻率：导体，半导体，绝缘体

半导体按是否含杂质可分为：本征半导体与杂志半导体（N型半导体、P型半导体）。

按物理特性可分为：热敏、光敏、气敏、磁性、压电、铁电半导体等。

晶体：有规则对称的几何外形；物理性质（力、热、点、光）各向异性；有确定的熔点；微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性排列，形成空间点阵（晶格）。

面心立方晶格AuAgCuAl体心立方晶格LiNaKFe六角密排晶格BeMgZnCd

共价键：硅、锗等多数半导体多有4个价电子，当形成晶体时，原子之间靠的很近，相连的两个原子各贡献一个价电子，形成为这两个原子共有的价电子，围绕着这两个原子转动，从而形成共价键结构。共价键中的电子同时受到两个原子核的约束，具有很强的结合力，按一定形式排列，因此，在绝对零度和无外界激发的条件下，硅晶体没有自由电子存在。

电子共有化：大量原子规则排列时晶体中的大量原子（分子、离子）的规则排列形成点阵结构，晶体中形成周期性势场。由于晶体中原子的周期性排列，价电子不再为单个原子所有的现象称为电子共有化。共有化的电子可以在不同原子中的相似轨道上转移，可以在整个固体中运动。原子的外层电子（高能级），势垒穿透概率较大，属于共有化的电子，原子的内层电子与原子结合较紧，一般不是共有化电子。

对能量E1的电子：势能曲线表现为势垒，电子能量＜势垒高度，且E1较小，势垒较宽，穿透概率小，认为电子束缚在各自离子周围。若E1较大（仍低于势垒高度），穿透概率较大，由隧道效应，电子可以进入相邻原子。

对能量E2的电子：电子能量＞势垒高度，电子在晶体中自由运动，不受特定离子束缚。

能带：量子力学证明，由于晶体中各原子间的相互影响,原来各原子中能量相近的能级将分裂成一系列和原能级接近的新能级。这些新能级基本上连成一片，形成能带。

能带的一般规律：外层电子共有化程度显著，能带较宽(ΔE较大) ；内层电子相应的能带很窄。点阵间距越小，能带越宽，ΔE越大。两能带有可能重叠

能带中的电子排布：晶体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。排布原则：(1) 服从泡里不相容原理(电子是费米子)(2) 服从能量最小原理。孤立原子的能级Enl，最多能容纳2(2l+1)个电子。这一能级分裂成由N条能级组成的能带后，最多能容纳2Ｎ(2l+1)个电子。例如：1s、2s能带，最多容纳2Ｎ个电子，2p、3p能带，最多容纳6Ｎ个电子。

能带结构：应用单电子近似的结果，就是晶体里的每一个电子不再是处于一个具有确定数值的能级里，而是和其它所有原子里具有相同轨道的电子共同处在一个具有一定宽度的能量范围里，形成所谓能带，能带之间则是任何电子都不能稳定存在的能量区域，称为禁带。

能带产生的根本原因还是在于泡利不相容原理。由于组成晶体的大量原子的相同轨道的电子被共有化后，只有把同一个能级分裂为相互之间具有微小差异的极其细致的能级，这些能级数目巨大，而且堆积在一个一定宽度的能量范围内，以至于可以看成是在这个能量范围内，电子的能量状态是连续分布的。

电子在能带中的填充：满带中排满电子，导带中部分能带排满电子，空带中未排电子，禁带中不能排电子。满带：能带中各能级都被电子填满；满带中的电子不能起导电作用。

导带：被电子部分填充的能带。在外电场作用下，电子可向带内未被填充的高能级转移，但无相反的电子转换，因而可形成电流。价电子能级分裂后形成的能带。有的晶体的价带是导带；有的晶体的价带也可能是满带。

空带：所有能级均未被电子填充的能带。由原子的激发态能级分裂而成，正常情况下空着；当有激发因素(热激发、光激发)时，价带中的电子可被激发进入空带；在外电场作用下，这些电子的转移可形成电流。所以，空带也是导带。

禁带：在能带之间的能量间隙区，电子不能填充。禁带的宽度对晶体的导电性有重要的作用。若上下能带重叠，其间禁带就不存在。

导体的能带结构：在外电场的作用下，电子容易从低能级跃迁到高能级，形成集体的定向流动(电流)，显出很强的导电能力。

绝缘体的能带结构：禁带较宽(相对于半导体)，禁带宽度ΔEg = 3～6 eV。在外电场的作用下电子很难接受外电场的能量，所以形不成电流。一般的热激发、光激发或外加电场不太强时，满带中的电子很难能越过禁带而被激发到空带上去。当外电场非常强时，电子有可能越过禁带跃迁到上面的空带中去形成电流，这时绝缘体就被击穿而变成导体了。

本征半导体：是指纯净的半导体，导电性能介于导体与绝缘体之间。和绝缘体相似，只是半导体的禁带宽度很小(ΔEg= 0.1～2eV)

杂志半导体：n型（电子导电）半导体和p型（空穴导电）半导体。

N型半导体：四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量五价的杂质元素(如P、As等)形成电子型半导体，也称n型半导体。

施主能级：这种杂质能级因靠近空带，杂质价电子极易向空带跃迁。因向空带供应自由电子，所以这种杂质能级称施主能级。

导电机制：杂质中多余电子经激发后跃迁到空带(或导带)而形成的。在n型半导体中，电子是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）。

P型半导体：四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量三价的杂质元素(如B、Ga、In等)形成空穴型半导体，也称p型半导体。

受主能级：这种杂质的能级紧靠满带顶处，满带中的电子极易跃入此杂质能级，使满带中产生空穴。这种杂质能级因接受电子而称受主能级。

导电机制：主要是由满带中空穴的运动形成的。在P型半导体中，电子是少数载流子（少子），空穴是多刷载流子（多子）。

杂质半导体中，多子的浓度决定于掺杂原子的浓度，少子的浓度决定于温度。

杂质补偿作用：实际的半导体中既有施主杂质（浓度nd），又有受主杂质（浓度na），两种杂质有补偿作用：若nd>na——为n型（施主），若nd

的浓度差，出现扩散运动，由于扩散运动，经过复合，出现空间电荷区，当扩散电流等于漂移电流时，达到动态平衡，形成PN结。在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内电子很多而空穴很少，而P 型区内空穴很多电子很少，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别。这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。于是，有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。

PN结的偏压：在p-n结的p端接电源正极，n端接负极，这叫对P-N结加正向偏压，此时阻挡层势垒削弱、变窄有利于空穴向n型区、电子向p型区移动，即形成正向电流(mA级)。

p-n结加反向偏压。此时阻挡层势垒增大、变宽，不利于空穴向n型区、电子向p型区移动。没有正向电流。但是，由于少数载流子的存在，在外电场作用下，会形成很弱的反向电流，称为漏电流。当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增大，这称为反向击穿。

PN结的单向导电性：加正向偏压时，外电场抵消內电场的作用，使耗尽层变窄，形成较大的扩散电流。外加反向偏压时，外电场和內电场一起作用，使耗尽层变宽，形成很小的漂移电流。

直接带隙与间接带隙：直接带隙的半导体的导带底与价带顶对应相同的动量值，为此，电子从导带向价带的跃迁无需动量的变化。直接带隙半导体材料的光吸收系数大而间接带隙半导体材料的光吸收系数小，通俗地讲就是，吸收同样多的太阳光，间接带隙的半导体材料的厚度要求比直接带隙半导体材料要厚得多。直接带隙半导体材料：就是导带最小值（导带底）和满带（允带中的能级均被电子占据）最大值在k空间（寻常空间在傅利叶转换下的对偶空间）中同一位置。电子跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。直接带隙半导体的例子：GaAs、InP半导体。

直接带隙半导体的重要性质：当价带电子往导带跃迁时，电子波矢不变，在能带图上即是竖直地跃迁，这就意味着电子在跃迁过程中，动量可保持不变——满足动量守恒定律。相反，如果导带电子下落到价带（即电子与空穴复合）时，也可以保持动量不变——直接复合，即电子与空穴只要一相遇就会发生复合（不需要声子来接受或提供动量）。

间接带隙半导体材料：导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。k不同，电子在k状态时的动量（h/2pi）k就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。间接带隙半导体的例子：Si、Ge。

第4章

太阳电池分类：单晶硅：采用单晶硅片制造；转换效率高；小面积约为24%，10cm2可达21%，规模化生产可达16%~18%；制造技术成熟；单晶硅棒、pn结的制造技术成熟；可靠性高；发电稳定，使用寿命20年以上，使用历史长，如人造卫星、灯塔；较高的市场份额；制造成本较高；向超薄、高效发展。多晶硅：高纯硅熔化→浇铸成正方形硅锭→切割机切成薄片→加工成电池，转换效率比单晶硅低；规模化生产可达15%~17%；产量、市场份最大额；1998年之后年产量最大；制造成本低。非晶硅：用高频辉光放电等方法使硅烷（SiH4）气体分解沉积而成。非晶硅的禁带宽度为1.7eV，掺硼、磷可得P型a-Si 、N型a-Si。原子排列缺少结晶硅中的规则性，缺陷多。单纯非晶硅PN结中隧道电流占主导地位，呈现无整流特性，不能做太阳电池。在P层和N层之间加入较厚的本征层I，以遏制其隧道电流。非晶硅结构：P-I-N结构，或P-I-N / P-I-N 双层或多层的叠层结构；制造成本低；电池厚度不到1μm，不到晶体硅太阳电池的1/100，可节约硅材料；吸收系数大、光谱响应与太阳光谱的峰值接近，在弱光下，发电能力远高于晶体硅电池；市场潜力大；易于实现与建筑一体化；转换效率较；规模化生产可达5%~8%，目前最高可达14.6%；稳定性不高。

多数载流子的扩散运动

将P型半导体与N型半导体紧密结合，在它们之间形成过渡区。在过渡区，P区空穴浓度大，空穴向N区扩散，与N区电子复合，N区电子浓度大，电子向P区扩散，与P区空穴复合，P区呈现带负电荷的杂质离子，N区呈现带正电荷的杂志离子。在过渡区，P区带负电荷，N区带正电荷，形成内建电场。

少数载流子的漂移运动

在内建电场的作用下，将阻止P区空穴向N区扩散，阻止N区电子向P区扩散。在内建电场的作用下，将促进P区电子向N区漂移，促进N区空穴向P区漂移。

内光电效应：当半导体的表面受到太阳光照，处于价带中的价电子获得超过禁带宽度的能量时，价电子跃迁到导带成为自由电子，同时在价带中留下一个空穴，形成大量的电子-空穴对，这称为内光电效应。

光生载流子：在太阳光照射下，太阳电池吸收光子能量，能量大于半导体禁带宽度的光子，激发半导体中原子的价电子，在P区、空间电荷区、N区都会产生光生电子-空穴对，称为光生载流子。

光生电场：在N区，光生空穴（少数载流子）向PN结边界扩散，一旦达到PN结边界，在内建电场的作用下做漂移运动，越过空间电荷区进入P区，而光生电子（多数载流子）留在N区。在P区，光生电子（少数载流子）向PN结边界扩散，一旦达到PN结边界，在内建电场的作用下做漂移运动，越过空间电荷区进入N区，而光生空穴（多数载流子）留在P区。即，在PN结的两侧产生了正负电荷的积累，形成与内建电场方向相反的光生电场。

光生电势：光生电场一部分抵消内建电场，还使P型层带正电、N型层带负电，产生了光生电动势。

光生电流：在太阳光照射下，太阳电池的上、下两极就有一定的光生电动势，用导线连接负载，就能产生直流电。在太阳能电池中产生的电流叫做“光生电流”，它的产生包括了两个主要的过程。第一个过程是吸收入射光电子并产生电子空穴对。电子空穴对只能由能量大于太阳能电池的禁带宽度的光子产生。然而，电子（在P型材料中）和空穴（在N型材料中）是处在亚稳定状态的，在复合之前其平均生

存时间等于少数载流子的寿命。如果载流子被复合了，光生电子空穴对将消失，也没有电流和电能产生。第二个过程是，PN结通过对这些光生载流子的收集，即把电子和空穴分散到不同的区域，阻止了它们的复合。PN结是通过其内建电场的作用把载流子分开的。如果光生少数载流子到达PN结，将会被内建电场移到另一个区，然后它便成了多少载流子。如果用一根导线把发射区跟基区连接在一起（使电池短路），光生载流子将流到外部电路。

收集概率：“收集概率”描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被pn结收集并参与到电流流动的概率，它的大小取决于光生载流子需要运动的距离和电池的表面特性。收集概率与载流子的生成率决定了电池的光生电流的大小。

量子效率：所谓“量子效率”，即太阳能电池所收集的载流子的数量与入射光子的数量的比例。量子效率即可以与波长相对应又可以与光子能量相对应。如果某个特定波长的所有光子都被吸收，并且其所产生的少数载流子都能被收集，则这个特定波长的所有光子的量子效率都是相同的。而能量低于禁带宽度的光子的量子效率为零。

光谱响应：光谱响应指的是太阳能电池产生的电流大小与入射能量的比例。理想的光谱响应在长波长段受到限制，因为半导体不能吸收能量低于禁带宽度的光子。这种限制在量子效率曲线中同样起作用。不同于量子效率的矩形曲线，光谱响应曲线在随着波长减小而下降。因为这些短波长的光子的能量很高，导致光

子与能量的比例下降。

标准测试条件：太阳电池受到光照产生的电能与太阳辐照度、电池的温度、照射光的光谱分

布有关。标准测试条件光源辐照度：1000W/m2，测试温度：250C，AM1.5-地面太阳光谱辐照度分布，AM0-大气层上太阳光谱辐照度分布

：

分光感度特性：对于太阳电池来说，不同波长的光照射时所产生的电能是不同的，用分光感度特性来表示温度特性：像所有其它半导体器件一样，太阳能电池对温度非常敏感。温度的升高降低了半导体的禁带宽度，因此影响了大多数的半导体材料参数。可以把半导体的禁带宽度随温度的升高而下降，看成是材料中的电子能量的提高。因此破坏共价键所需的能量更低。在半导体禁带宽度的共价键模型中，价键能量的降低意味着禁带宽度的下降。在太阳能电池中，受温度影响最大的参数是开路电压。

光强特性：改变入射光的强度将改变所有太阳能电池的参数，包括短路电流、开路电压、填充因子FF、转换效率以及并联电阻和串联电阻对电池的影响。

最大功率跟踪方法：恒电压控制法，扰动观察法，增量电导法，直线近似法，实际测量法

恒电压控制法：在一定范围内，光照强度变化时，太阳电池的最佳工作电压um变化不大。在光伏阵列与负载之间，加入可变阻抗，使得系统成为一个稳压器。没有考虑温度的变化，若温度发生变化，会影响系统稳定。

扰动观察法：周期性地增加或减少负载的大小，观察输出电压和功率的变化。若输出功率变大，则继续按相同方向改变负载的大小，反之亦然。由于扰动不停止，因而造成能量损失。

增量电导法：在最大功率点处，dP/dU=0，有dP/dU=d(IU)/dU=I+UdI/Du=0即dI/dU=-I/U式中dI、dU、I/U 分别为变化前后测得的电流差值、电压差值、瞬间太阳电池的电导率。根据他们的关系，可决定下一步的变动方法。

直线近似法：在最大功率点处，dP/dU=0在某个工作温度下，对于不同的光照度，最大功率Pm的变化接近于一条直线。

实际测量法：对于较大的太阳能光伏系统，利用一块额外的小电池组件，每隔一段时间实际测量开路电压和短路电流以建立有关光照度和温度的参考模型，求出此时的最大功率点的电压与电流。

太阳电池设计：太阳能电池的设计包括明确电池结构的参数以使转换效率达到最大，以及设置一定的限制条件。这些条件由太阳能电池所处的制造环境所决定。为获得最高效率，在设计单节太阳能电池时，因注意几项原则：1.提高能被电池吸收并生产载流子的光的数量。2.提高pn结收集光生载流子的能力。3. 提取不受电阻损耗的电流。

光学设计光的损耗：在电池表面铺上减反射膜；表面制绒；增加电池的厚度以提高吸收（尽管任何在与pn 结的距离大于扩散长度的区域被吸收的光，都因载流子的复合而对短路电流没有贡献）；通过表面制绒与光陷阱的结合来增加电池中光的路径长度。光的损耗主要以降低短路电流的方式影响太阳能电池的功率。减反射膜：减反射膜的厚度经过特殊设计，刚好为入射光的波长的四分之一。计算过程如下，对于折射率为n1薄膜材料，入射光波长为λ0，则使反射最小化的薄膜厚度为d1：d1=λ0/4n1如果减反射膜的折射率为膜两边的材料的折射率的几何平均数，反射将被进一步降低。

制绒：在硅表面制绒，可以与减反射膜相结合，也可以单独使用，都能达到减小反射的效果。因为任何表面的缺陷都能增加光反弹回表面而不是离开表面的概率，所以都能起到减小反射的效果。

电池厚度：像减小表面反射一样，充分的吸收入射光也是获得高转换效率的必要途径之一。而吸收光的多少则取决于光路径的长度和吸收系数。对于厚度超过10mm的硅电池来说，入射光能量大于禁带宽度的部分基本全部被吸收。总电流的100%指的是所有能被硅吸收的光都被吸收了。当硅材料厚度为10微米时，只有30%的可吸收光被吸收。

光陷阱：使光子入射在倾斜面上，随之改变光子在电池内运动的角度，便能达到光陷阱的效果。一个经过制绒的表面不仅能像前面所讲的那样减少反射，还能使光斜着入射电池，因此光的路径长度比厚度大。朗伯背反射复合：朗伯背反射层是一种特殊的背反射层，它能使反射光的方向随机化。电池背反射层的高反射率减小了背电极对光的吸收和光穿出电池的几率，并把光反弹回电池体内。方向的随机化使得许多反射光都被全反射回去。有些被反射回电池顶端表面的光与表面的角度大于临界角，则又再次被全反射回电池内。这样一来，光被吸收的机会就大大增加了，因为光的路径长度能达到4n2，n为半导体的折射率。使光的路径长度长达电池厚度的50倍，因此这是一个十分有效的围困光线的技术

太阳电池板结构设计：一块电池板由许多互相连接的电池（通常为36块串联着的电池）组成。把互相连接的电池封装起来的主要原因是为了保护它们和它们连接线不受其周围环境的破坏。

封装材料：大多数晶体硅电池板都是由一块透明表层、一块密封板、背板和围绕外围的框架。通常，透明表层是一层玻璃，密封层材料是EV A（乙基醋酸乙烯），而背板则是一种Tedlar材料。1.前表面材料：光伏组件的前端表面必须对那些能够被电池吸收的光线保持高透明度。此外，前端表面对光的反射率必须很低，除了减反射特性和透明特性，顶端表面材料还应该不能透水，应该有好的耐冲击性，应该能在长时间的紫外线照射下保持稳定，应该有低的热阻抗性。水或水蒸气在渗入金属电极和连接线后会大大降低光伏组件的寿命。大多数的组件的前端表面是用来增加机械强度和刚度的。对于材料的的种类，可以有几种选择，包括丙烯酸、聚合物和玻璃。其中含铁量低的玻璃是使用最广泛的，因为它成本低、强度好、稳定、高度透明、不透水不透气同时还有自我清洁功能。2.密封层：密封材料是用来粘附组件中的太阳能电池、前表面和背面的。密封材料应该在高温和强紫外线照射下保持稳定。当然，材料还应该有良好的光透性和低热阻抗。EV A是最常使用的密封材料。3.背表面层：光伏组件的背表面层材料的最关键性质是必须拥有低热阻抗性，同时必须能够阻止水和水蒸气的渗入。对于大多数组件，薄的聚合物层特别是Tedlar，是背

表面层的首选材料。有些光伏组件被称为双面组件，被设计成电池的正面和背面都能够接收光的照射。在双面电池组件中的前表面和背表面都应该保持良好的光透性。4.框架：电池组件的最后一个结构组成部分是组件的边界或框架。传统的光伏组件通常由铝制成，框架结构应该是平滑无凸起状的，否则会导致水、灰尘或其它异物停留在上面。

错配效应：错配损耗是由互相连接的电池或组件没有相同的性能或者工作在不同的条件下造成的。在工作条件相同的情况下，错配损耗是一个相当严重的问题，因为整个光伏组件的输出是决定于那个表现最差的电池的输出的。

热斑效应：“热点加热”现象发生在几个串联电池中出现了一个问题电池时，电路中，一个被阴影遮住的电池减少了电路电流，使得好电池提高电压，并常常导致“问题”电池的电压反置。

第5章

薄膜电池分类：1硅系薄膜太阳电池{非晶/微晶硅太阳电池（单结非晶硅太阳电池，双结(叠层)非/微晶硅太阳电池，三结(叠层)非/纳米晶硅太阳电池）多晶硅薄膜太阳电池，硅薄膜/单晶硅太阳电池（非晶/单晶硅异质结太阳电池，纳米晶/单晶硅异质结太阳电池）}

2化合物薄膜太阳电池{铜铟(镓)硒太阳电池（铜铟硒太阳电池，铜铟(镓)硒太阳电池）蹄化镉太阳电池，硫化镉太阳电池}

薄膜太阳电池特点：1制造工艺简单：一般用PEVCD(等离子增强型化学气相沉积)法2成本低，硅厚度1 μm3不需要高温过程，200~3000C4衬底选择余地大，可在玻璃、不锈钢、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄膜5适于大面积生产

非晶硅电池结构：在P-N之间设置不掺杂I层，形成P-I-N型，进行光转换的是I层

非晶硅太阳电池结构分类：1肖特基势垒型(SB)或金属-绝缘体-半导体(MIS)型：主要用于分析工作特性

2P-I-N型：Al/N-I-P/TCO/玻璃基板太阳电池或ITO/N-I-P/金属基板太阳电池

TCO (Transparent Conducting Oxides)：透明导电氧化物ITO (Indium Tin Oxides)：纳米铟锡金属氧化物

P-I-N型太阳电池结构设计N-I-P型太阳电池结构设计

SW(Staebler-Wronski)效应：a-si:H电导率和光电特性因连续光照会发生衰减现象，这种现象是由于短路电流、填充因子降低造成的，与沉积条件、电池结构等有关，向非晶硅P-I-N太阳电池的I层掺杂硼后，其转换效率提高了10%，连续光照，其特性与I层膜厚、制备条件无关，而且没有发生变化，光致衰减与I 层的厚度有关，影响程度随I层的减薄而减小

叠层电池结构工作原理：若从光入射表面开始排序，依次为第一、二、三单元，它们的带隙宽度为Eg1、Eg2、Eg3，应有Eg1≥Eg2≥Eg3，入射光子由第一个太阳电池吸收，透过第一单元且能量小于或等于Eg1的光子由第二单元吸收，透过第二单元且能量小于或等于Eg2的光子由第三单元吸收

集成型薄膜太阳电池的工艺特点：可利用激光刻划等技术，将按电学性能设计的子电池串联起来，与集成电路的设计、制造相类似，可根据实际需要，使Uoc 、Isc在相当大的范围内进行变化，转换效率损失不大，减少引线、提高了电池组件的可靠性

集成型非晶硅太阳电池的特点：从单一基板上可得到高电压输出，可简化组件组装工艺

大面积时电力损失少，可制造超长组件，多样化的设计

第6章

多晶硅分类：冶金级（工业硅）：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而

成。一般含Si为90～99%。太阳能级：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有

明确界定。一般认为含Si在99.99～99.9999（4～6个9）电子级：一般要求含Si>99.9999%以上，超高纯达到99.9999999%～99.999999999%（9～11个9）。

硅的制备（三氯氢硅法）有三道关键工序

1由硅砂到冶金硅（将石英砂放在大型电弧炉，用焦炭进行还原，生产液态硅SiO2 + 2C →Si +2 CO2 ↑）2由冶金硅到三氯氢硅（将冶金硅通过机械破碎、研磨成粉末，与盐酸在液化床上进行反应，得到

三氯氢硅Si + 3HCl →SiHCl3 +H2 ↑）

3由三氯氢硅到多晶硅（将三氯氢硅分馏，以达到超纯状态，再将其注入充有大量氢气的还原炉中

三氯氢硅在通电加热的细长硅芯表面发生反应，硅沉积在硅芯表面，经过一周或更长时间，硅芯直径将从8mm生长到150mm，形成硅棒化学反应式为：SiHCl3 +H2 →Si + 3HCl ↑）

多晶硅的制备

化学提纯法：西门子法（气相沉淀反应法），甲硅烷热分解法，流态化床法

物理提纯法：区域熔化提纯法（FZ），直拉单晶法（CZ），定向凝固多晶硅锭法（铸造法）

单晶硅的制备（FZ、CZ）

区熔法（Float-Zone,FZ)区域提纯多晶硅生长单晶硅是利用区域熔炼的原理。区熔法生长单晶可分为水平区熔和悬浮法两种。水平区熔法适用于锗、锑化铟等与容器反应不太严重的体系；对于硅，则用悬浮区熔法(Float Zone method，简称FZ法)制备硅单晶。

直拉法（Czochralski，CZ法) 多晶硅硅料置于坩埚中经加热熔化，待温度合适后，经过将籽晶浸入、

熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤，完成一根单晶硅锭的拉制。在工艺流程中，最为关键的是“单晶生长”或称拉晶过程，它又分为：润晶、缩颈、放肩、等径生长、拉光等步骤。当熔体温度稳定地稍高于熔点，将籽晶放在上面烘烤几分钟后将籽晶与熔体熔接，这一步叫润晶或下种；为了消除位错要将籽晶拉细一段叫缩颈；之后要把晶体放粗到要求的直径叫放肩；有了正常粗细后就保持此直径生长，称之为等径生长；最后将熔体全部拉光。在晶体生长过程中，为了保持等径生长，控制的参数主要是拉速和加热功率。提高拉速、加热功率则晶体变细；反之降低拉速成和加热功率则使晶体加粗。

晶体硅太阳电池的制造

制绒：有效的绒面结构有助于提高太阳能电池性能，主要体现在短路电流的提高。工业上大部分采用NaOH 或KOH、异丙醇（IPA）或乙醇和水的混合溶液制备绒面。

磷扩散：１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散３．丝网印刷磷浆料后链式扩散

PECVD（减反射膜）钝化技术对于Si，因存在较高的晶界、点缺陷（空位、填隙原子、金属杂质、

氧、氮及他们的复合物）对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要，除前面提到的吸杂技术外，钝化工艺一般分表面氧钝化和氢钝化。

组件封装：电池串焊，叠层，层压，装框，测试分档

第7章

光伏发电系统组成

其主要结构由1太阳能电池组件（或方阵）2蓄电池（组）3光伏控制器4逆变器（在有需要输出交流电的情况下使用）5一些测试、监控、防护等附属设施构成。

典型独立和并网系统组成工作原理

电池方阵（板型设计、性能参数、串并联）

在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计

性能参数①短路电流(ISC)：当将太阳能电池组件的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池组件的短路电流，短路电流随着光强的变化而变化。

②开路电压（UOC）：当太阳能电池组件的正负极不接负载时，组件正负极间的电压就是开路电压，开踣电压的单位是V。太阳能电池组件的开路电压随电池片串联数量的增减而变化

③峰值电流(Im)：峰值电流是指太阳能电池组件输出最大功率时的工作电流

④峰值电压(Um)：峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，组件的峰值电压随电池片串联数量的增减而变化

⑤峰值功率(Pm)：峰值功率是指太阳能电池组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积。太阳能电池组件的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和组件的工作温度，⑥填充因子（FF）：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值。填充因子足评价太阳能电池组件所用电池片输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明所用太阳能电池组件输出特性越趋于矩形，电池组件的光电转换效率越高。

⑦转换效率(η):转换效率是指太阳能电池组件受光照时的最大输出功率与照射到组件上的太阳能量功率的比值。

控制器

按电路方式的不同分为1并联型2串联型3脉宽调制型4多路控制型5两阶段双电压控制型

6最大功率跟踪型

按电池组件输入功率和负载功率的不同可分为1小功率型2中功率型3大功率型

4专用控制器（如草坪灯控制器）等；

按放电过程控制方式的不同，可分为1常规过放电控制型2剩余电量( SOC)放电全过程控制型

逆变器的类型

按照逆变器输出交流电的相数，可分为1单相逆变器三相逆变器2多相逆变器；

按照逆变器输出交流电的频率，可分为1工频逆变器2中频逆变器3高频逆变器；

按照逆变器的输出电压的波形，可分为1方波逆变器2阶梯波逆变器3正弦波逆变器；

按照逆变器线路原理的不同，可分为1自激振荡型逆变器2阶梯波叠加型逆变器3脉宽调制型逆变器

4谐振型逆变器等；

按照逆变器主电路结构不同，可分为1单端式逆变器2半桥式逆变器3全桥式逆变器4推挽式逆变器；按照逆变器输出功率大小的不同，可分为1小功率逆变器(<1kW)2中功率逆变器( 1～10kW)

3大功率逆变器(>10kW)；

按照逆变器输出能量的去向不同，可分为1有源逆变器2无源逆变器。

单相逆变器电路原理：逆变器的工作原理是通过功率半导体开关器件的开通和关断作用，把直

流电能变换成交流电能的。单相逆变器的基本电路有推挽式、半桥式和全桥式三种，虽然电路结构

不同，但工作原理类似。电路中都使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对

功率器件发出开关脉冲控制信号，控制各个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器藕合升压或降压后，整形滤波输出符合要求的交流电。

输出电压有效值与输入电压关系、

半桥式逆变电路：输出=2U直/根号π=0.45U直

全桥式逆变电路：输出=4U直/根号π=0.9U直

目前大多数正弦波光伏逆变器都是采用这种三级的电路结构，如图。

其具体工作过程是：1首先将太阳能电池方阵输出的直流电（如24V、48V、110V和220V等）通过高频逆变电路逆变为波形为方波的交流电，逆变频率一般在几千赫兹到几十千赫兹，2再通过高频升压变压器整流滤波后变为高压直流电，3然后经过第三级DC-AC逆变为所需要的220V或380V工频交流电。波形变换1半导体功率开关器件在控制电路的作用下以1/100s的速度开关2将直流切断，3并将其中一半的波形反向而得到矩形的交流波形4然后通过电路使矩形的交流波形平滑，5得到正弦交流波形

并网逆变器

孤岛效应：在太阳能光伏并网发电过程中，由于太阳能光伏发电系统与电力系统并网运行，当电力系统由于某种原因发生异常而停电时，如果太阳能光伏发电系统不能随之停止工作或与电力系统脱开，则会向电力输电线路继续供电，这种运行状态被形象的称为“孤岛效应”。

单独运行检测分为：1被动式检测（电压相位跳跃检测法，频率变化率检测法，电压谐波检测法，输出功率变化率检测法）2主动式检测（频率偏移方式，有功功率变动方式，无功功率变动方式，负载变动方式）铅酸蓄电池结构：由正极板、负极板、电解质、隔板、电池槽、电池盖、跨桥、安全阀、接线端子组成

铅酸蓄电池充放电原理：铅酸蓄电池的工作过程就是通过电化学反应将电能转化为化学能，再将化学能转化为电能的过程

铅酸蓄电池容量：处于完全充电状态下的铅酸蓄电池在一定的放电条件下，放电到规定的终止电压时所能给出的电量称为电池容量，以符号C表示。常用单位是安时(Ah)。通常在C的下角处标明放电时率，如C10表明是10小时率的放电容量，

铅酸蓄电池放电率：根据蓄电池放电电流的大小，放电率分为○1时间率：是指在一定放电条件下，蓄电池放电到终了电压时的时间长短。常用时率和倍率表示。根据IEC标准，放电的时间率有20，10，5，3，1，0.5小时率，分别标示为20h…○2电流率

铅酸蓄电池放电深度：蓄电池在某一放电速率下，电池放电到终止电压时实际放出的有效容量与电池在该放电速率的额定容量的百分比。放电深度和电池循环使用次数关系很大，放电深度越大，循环使用次数越少；放电深度越小，循坏使用次数越多。

第8章

光伏发电系统容量设计步骤内容条件

平均日照时数：某地的一年或若干年的日照时数总和的平均值

峰值日照时数：将当地的太阳辐射量，折算成标准测试条件（幅照度1000W/m2）下的时数。例如，某地某天的日照时间是8.5h，但不可能在这8.5h中太阳的幅照度都是1000W／m2 ，而是从弱到强再从强到弱变化的，若测得这天累计的太阳辐射量是3600Wh/m2 ，则这天的峰值日照时数就是3.6h

太阳电池组件方阵设计

蓄电池的基本设计方法和实用的设计方法

第10章

蓄电池充放电技术

蓄电池充电的方法大致分为两大类(1) 常规充电法，恒流充电，恒压充电(2) 快速充电法，脉冲式充电法，变电流间歇充电法，快速充电法

太阳能光伏发电原理与应用-复习完整版

《太阳能光伏发电原理与应用》知识点 第2章 （1）光子能量：一般用波长或相对应的能量来描述一个光子的特性。光子能量与波长之间存在反比例关系,方程为E=hc/λ。电子伏特与焦耳的转换为E（J）=q x E（eV）。能量与波长关系为E（eV）=1.24/λ。（2）光子通量：光子通量被定义为单位时间内通过单位面积的光子数量：ɸ=#（光子数量）/(sm*2)。 光子通量是决定太阳能电池产生的电子数量和电流大小的重要因素。光子通量并不足以确定太阳能电池产生的电流大小或说明光源的特性。光子通量没有包含关于入射光子的能量或波长的信息。 （3）辐射功率：发射自光源的总的功率强度可以通过所有波长或其对应的能量的光照度的叠加计算获得。H=ʃ F(λ)dλ=Σ F(λ)Δλ可以用来计算光源发出的总的功率强度。 （4）光照度：单位面积上所受的光通量。作为光子波长（或能量）的对应量，光照度（记作F）是描述光源性质最常用的方式。 （5）黑体：在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而无任何反射的物体；吸收比为1的物体；在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸收的物体。黑体辐射出的总功率强度可由所有波长的光照度的积分得到：H=σT^4 ，σ为斯特番—玻尔兹曼常量，T黑体温度。光照度最高处的波长λ为λ（u,m）=2900/T 。（6）地理坐标：以地心为原点，以地球为基本圆，以地球自转轴为中心轴，用纬度、经度来表示地球表面上点的位置。 天球坐标：天球：以观察者为球心，以任意长度（无限长）为半径，其上分布着所有天体的球面。地平面：球心与铅直线相垂直的平面。地平圈：地平面与天体的交线所成大圆。天顶、天底：通过球心的铅直线与天球的交点。 地平坐标：以地平圈为基本圆，天顶为基本点，南点为原点的坐标系。地平经圈：通过天顶Z和太阳（或任一天体）X作一大圆。 时角坐标：以天极为基本点，天赤道（地球赤道平面延伸后与天球相交的大圆）和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标。 （7）太阳常数：地球除自转外并以椭圆形轨道绕太阳运行，地球与太阳之间的距离不是一个常数，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地间距离的不同而不同，由于日地间的距离很大，其相对变化量是很小的，由此引起的太阳辐射强度的相对变化不超过3.4%,z这就意味着地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。 （8）太阳光谱：太阳发射的电磁波在大气顶上随波长的分布叫做太阳光谱。到达地面的太阳辐射光谱是地外太阳光谱和大气成分的函数，它对于地面太阳电池系统及其他一些应用是十分重要的。太阳光谱是连续的，且辐射特性与绝对黑体辐射近似。 （9）直接辐射：直接接收到的、不改变方向的太阳辐射。散射辐射：接收到的被大气层反射和散射后方向改变的太阳辐射。反射辐射：到达地面的总辐射中,有一部分被地面反射回大气,称为地面反射辐射。 总辐射：到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。 净辐射：单位时间、单位面积地表面吸收的太阳总辐射和大气逆辐射与本身发射辐射之差称为地面净辐射。（10）辐射在大气中的衰减：太阳辐射穿过地球大气层时，不仅受到大气中的空气分子、水汽及灰尘所散射，而且受到大气中氧、臭氧、水和二氧化碳的吸收，所以经过大气而到达地面的太阳直接辐射显著衰减。太阳辐射100%，最终返回宇宙43%（其中包括云层反射，地面反射，云层散射，地面散射），大气吸收14%，直达地面27%，散射到地面16% 。 （11）散射作用：由入射辐射波长λ与散射质点的相对大小r，将散射分为瑞利散射、米氏散射和无选择性散射。当r «λ时，瑞利散射；当r ≈λ时，米氏散射；当r »λ时，无选择性散射。 瑞利散射：由大气中的原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧气分子等引起。散射强度与波长的四次方成反比，即入射光波长越短，散射能力越强。 米氏散射：大气中的微粒如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起的散射，这种散射的强度受气候影响大。散射强度与波长的平方成反比，且散射光的向前方向比向后方向的散射强度更强，方向性明显。 无选择性散射：当大气混浊（质点半径＞10um），大气粒子的直径比辐射波长大得多时发生。散射强度与波长无关，即任何波长的散射强度相同，散射系数不再随波长改变，也称为漫射。 （12）大气质量：大气质量被定义为光穿过大气的路径长度，长度最短时的路径（即当太阳处在头顶正上

光伏发电的基本原理和应用

光伏发电的基本原理 太阳能是一种辐射能, 它必须借助于能量转换器件才能变换为电能.这种把辐射能变换成电能的能量转换器件,就是太阳能电池. 太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的器件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”太,阳能电池又称为“光伏电池”.当太阳光照射到由P、N 型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N 结上时，在一定条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收. 形成内建静电场.如果从内建静电场的两侧引出电极并接上适当负载,就会形成电流, 这就是太阳能电池的基本原理.单片太阳能电池就是一薄片半导体P-N 结.标准光照条件下, 额定输出电压为0.48V. 为了获得较高的输出电压和较大容量,往往把多片太阳能电池连接在一起,目前,太阳能电池的光电转换率一般在15% 左右，个别发达国家的实验室太阳能电池光电转换率已经可以达到30% 左右. 太阳能设计问答 问：根据输出功率，如何设计一套太阳能发电系统？答：太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W 输出功率，每天使用 6 个小时为例，介绍一下计算方法： 1. 首先应计算出每天消耗的瓦时数（包括逆变器的损耗）：若逆变器的转换效率为 90 ％，则当输出功率为100W 时，则实际需要输出功率应为100W/90 ％=111W ；若按每天使用 5 小时，则耗电量为111W*5 小时=555Wh 。 2. 计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6 小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W 。其中70 ％是充 电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。 3. 充电控制器的选择： 130W 的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。因此应该选取充电电流至少为

光伏发电技术原理及应用

光伏发电技术原理及应用 光伏发电技术是一种将太阳能转化为电能的可再生能源技术，它的原理基于光电效应。光电效应是指当光照射到特定材料表面时，光子的能量被电子吸收后会使其从原子中解离出来，形成自由电子和正空穴。通过合适的电子器件，如光伏电池，就可以将这些自由电子和正空穴聚集起来，形成电流，从而实现光能到电能的转换。 光伏发电技术的关键是光伏电池，也称为太阳能电池。光伏电池由一层或多层半导体材料制成，常见的材料有硅、多结薄膜太阳能电池等。其中，硅材料的光伏电池是目前应用最广泛的一种。光伏电池的核心部分是PN结，即由P型半导体和N型半导体组成的结构。当光照射到PN结上时，光子的能量被吸收，激发了电子从价带跃迁到导带，形成自由电子和正空穴。这些自由电子和正空穴会被电场分离，形成电势差，从而产生电流。这就是光伏电池的基本工作原理。 光伏发电技术的应用非常广泛。最常见的应用是太阳能发电站。太阳能发电站通常由大量的光伏电池组成，形成光伏阵列。光伏阵列可以根据需要进行灵活布置，可以安装在屋顶、太阳能板、太阳能路灯等地方。当太阳光照射到光伏阵列上时，光伏电池将光能转化为电能，再经过逆变器变成交流电，供给家庭和工业用电。太阳能发电站的优点是可再生、清洁、无噪音和零排放，可以有效减少对

传统化石能源的依赖，对环境友好。 光伏发电技术还可以应用于户用太阳能发电系统。户用太阳能发电系统主要由光伏电池组、逆变器、电池和控制器等设备组成。光伏电池组将太阳能转化为电能，经过逆变器转化为交流电，供给家庭使用。如果太阳能发电量超过了家庭用电需求，多余的电能可以储存在电池中，以备不时之需。户用太阳能发电系统可以有效减少家庭用电的支出，同时也减少了对传统能源的依赖，对环境保护起到积极作用。 光伏发电技术还可以应用于航天、船舶、交通等领域。在航天领域，光伏电池可以作为航天器上的能源来源，为航天器提供所需的电能。在船舶领域，光伏电池可以用来为船只提供动力，减少燃油的消耗。在交通领域，光伏电池可以应用于太阳能汽车、太阳能公交车等交通工具上，为它们提供动力，减少对化石能源的依赖。 光伏发电技术的原理和应用给我们带来了巨大的潜力和希望。它是一种可再生、清洁、环保的能源技术，可以有效减少对传统化石能源的依赖，减少温室气体的排放，对保护环境具有重要意义。随着技术的不断发展和成熟，相信光伏发电技术在未来会发挥更重要的作用，为人类创造更美好的未来。

太阳能光伏发电总复习资料2016

《太阳能光伏并网发电系统设计与应用》复习题 一、单项选择题（每小题1 分，选10题，共10 分） 1. 太阳是有炽热气体构成的一个巨大球体，表面温度接近5700K，主要物质组成为（）A．氢、氧B．氢、氦C．氮、氢D．氮、氦 2. 太阳能热水器是太阳能利用基本方式中的( ) A．太阳能热利用B．太阳能热发电C．太阳能光伏发电D．太阳能光化学利用 3. 对硅太阳能电池而言，一般来说它响应的光谱峰值范围是( ) A．0-0.35μm B．0.35-0.8μm C．0.8-0.9μm D．0.9-1.15μm 4. 以下不是半导体材料的是（） A．硅B．砷化镓C．锗D．硼 5. 普通铅酸蓄电池在使用中需要进行维护，维护的主要工作是给蓄电池补充（）A．硫酸B．二氧化铅C．铅D．水 6. 和降压-升压型直流变换电路有相同的输入-输出平均电压关系的是（） A．Buck B．Boost C．Cuk D．Buck-boost 7. 降压型直流变换电路工作在断续导电模式时，其输出、输出平均电压的关系为（）A．U O/U I=δ/ （δ+Δ1）B．U O/U I=（δ+Δ1）/Δ1 C．U O/U I=δ/Δ1 D．U O/U I=1- δ 8. 为了补偿蓄电池因自放电而损失的电能，一般采用（） A．补充充电模式B．均衡充电模式C．循环充电模式D．浮充充电模式9. 光伏电站对于接地电阻的要求，电气设备的接地电阻不应大于（） A．10欧姆B．1欧姆C．4欧姆D．5欧姆 10. 下列表征太阳电池的参数中，不属于太阳电池电学性能的参数是（） A．开路电压B．填充因子C．短路电流D．掺杂浓度 11. 在我国，按年太阳辐射量分区，以下年太阳辐射量超过6700MJ/m2的太阳能资源极丰富 带是( ) A．陕西B．江西C．四川D．甘肃 12. 在太阳能光伏器件中，可以独立对外供电的最小单元是（） A．太阳能电池组件B．太阳能电池方阵C．太阳能电池单体D．P/N结 13. 制成N型半导体可以在本征硅半导体材料中掺入的元素是（） A．镓B．磷C．锗D．硼 14. 不同密度的稀硫酸具有不同的凝固点，具有最低凝固点的稀硫酸密度（15℃时）为（）A．1.15g/dm3B．1.29 g/dm3C．1.20 g/dm3D．1.50 g/dm3 15. 通常用来表征蓄电池的容量的单位是（） A．安培B．安时C．伏特D．瓦特 16. 在太阳能光伏发电系统中，最常使用的储能元件是（） A．锂离子电池B．镍镉电池C．铅酸蓄电池D．碱性蓄电池 17. 光伏并网发电系统中，需要直流-交流变换（逆变器）实现与公共电网的（）

光伏发电原理及应用

光伏发电原理及应用 一、光伏发电原理 光伏发电是利用光电效应将太阳能转化为电能的一种技术。太阳能是一种可再生的清洁能源，通过光伏发电系统可以将太阳能转化为电能，为人类提供绿色、可持续的能源供应。 光电效应是指当光线照射到半导体材料上时，光子的能量被电子吸收，使得电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。这些电子-空穴对在电场的作用下产生电流，从而实现光能转化为电能。 光伏发电系统由光伏组件、逆变器、电池组和配电系统等组成。光伏组件是光伏发电系统的核心部分，由多个光伏电池组件串联或并联而成。光伏电池是将光能转化为电能的关键器件，常见的光伏电池有单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池等。 二、光伏发电应用 1. 分布式光伏发电系统 分布式光伏发电系统是指将光伏组件安装在建筑物、工厂、农田等地方，通过逆变器将直流电转换为交流电，供给当地用电设备使用。分布式光伏发电系统可以减少电网输电损耗，提高能源利用效率，降低碳排放。 2. 太阳能光伏发电站 太阳能光伏发电站是将大规模的光伏组件布置在地面上或屋顶上，通过集中式逆变器将直流电转换为交流电，接入电网供电。太阳能光伏发电站具有规模大、发电量高、运维成本低等优点，广泛应用于城市、农村、工业园区等地。 3. 光伏发电应用于农业

光伏发电可以与农业相结合，形成光伏农业一体化系统。在农田上安装光伏组件，可以为农田提供遮阳、保湿、防风等功能，同时发电也能为农田提供电力。光伏农业一体化系统能够提高土地利用率，增加农田收益，实现农业的可持续发展。 4. 光伏发电应用于建筑 光伏发电可以应用于建筑物的屋顶、外墙等部位，形成建筑一体化的光伏发电 系统。这种系统不仅能够为建筑物提供电力，还能够起到保温、隔热、防水等功能，同时也能够美化建筑外观，提高建筑的环境友好性。 5. 光伏发电应用于交通运输 光伏发电可以应用于交通运输领域，如太阳能汽车、太阳能船只等。通过在交 通工具上安装光伏组件，可以为交通工具提供电力，减少对传统燃料的依赖，降低运输成本，实现交通运输的绿色化。 总结： 光伏发电是一种利用光电效应将太阳能转化为电能的技术，具有清洁、可再生 的特点。光伏发电系统可以应用于分布式光伏发电系统、太阳能光伏发电站、光伏农业一体化系统、建筑一体化光伏发电系统和交通运输领域等。光伏发电技术的广泛应用将为人类提供更多清洁、可持续的能源供应，推动可持续发展。

太能光伏发电技术知识总结

第一章 1.地球的自转、季节、气候条件、大气层成分、海拔等因素，都对地球上接收到的太阳能产生影响，也就是说在地上不同地区受到的光照是不同的，我国的西藏自治区是地球上太阳能最丰富的地区之一。 2. 太阳是由炽热气体构成的球体，中心温度约107k，表面温度接近5800k，主要由氢和氦组成，其中氢占80%，氦占19%，太阳内部处于高温、高压状态。 3.巨大的能量不断从太阳向宇宙辐射，达到3. 6×1820 mv/s，其中约22亿分之一的辐射到地球上，经过大气层的反射、散射和吸收，约有70%的能量辐射到地面上。 . 每年辐射到地球表面的太阳能能量约为31.8×1018KW.h,太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018KW.h，太阳的寿命约为6×1010年，所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。 5. 太阳能的优缺点分别有哪些？ 答：优点，资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。缺点，一是能流密度低;二是其强度受各种因素（季节，地点，气候等）的影响不能维持常量。 6. 太阳常数：在地球大气层外，地球与太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本为一个常数。这个辐射强度称为太阳常数，或称此辐射为大气质量为零的辐射，取值1.367±0.007KW/m2或1367 ±7 kw/m2。 7. 阳光穿过地球大气层时，至少衰减了30%造成衰减的原因是： （1）瑞利散射或大气中的分子散射。 （2)悬浮微粒和灰尘引起的散射。 (3)大气，特别是其组成气体——氧气、臭氧、水蒸气和二氧化碳的吸收。 8. 晴天，决定总入射功率的最重要的参数是光线通过大气层的路程。太阳在头顶正上方时，路程最短。实际路程和此最短路程之比称为光学大气质量。用AM表示，定义为 AM=b/b0=secZ=，常 件效率测试时的标准。当Z=0时，AM=1，称大气质量为1，用AM1表示。当Z=48.2o,AM=1.5;Z=60o,AM=2;分别用AM1.5和AM2表示大气质量为1.5和2. 9. 影响太阳辐射的因素有：①公转和自转、 ②地理位置、③天气气候、④季节变换。 太阳能的利用 10. 太阳能利用的基本方式有哪些？ 答：（1）光热利用（2）太阳能发电（3）光化学利用（4）光生物利用 11. 技术进步是降低光伏发电成本,光伏产 业和市场发展的重要因素。 12. 世界光伏发电市场的增长主要得益于德 国，日本和美国的鼓励政策。 13. 光伏产业的发展特点可简要概括为规模 化，规范化，高技术化。目前，全球主要光 伏企业均在向GW甚至TW级产能迈进， 1GW=1000MW=109W,全球光伏产业的总产 能要超过1个TW(1000GW)。 14. 面对光伏产业快速发展的机遇，我们也 面临着一些艰巨的挑战，主要表现在哪些方 面？ 答：（1）急需由数量型向效益型转变。（2） 急需工艺技术设备的科技进步作为支撑。 （3）需要完善的产业链作为支撑。（4）缺 乏先进，合理的标准体系。（5）缺乏大量高 素质的专业人才。 15. 光伏在农村电气化和并网发电上的市场 潜力有哪些？ 答：（1）农村电气化。（2）城市建筑并网光 伏系统的应用。（3）大规模光伏荒漠电站。 （4）其他光伏商业应用的发展潜力。 本章思考题 1. 太阳在相对水平面成30度角的高度，其 相应的大气质量是多少？ 答：因为太阳在相对水平面成30度角的高 度,所以太阳天顶角Z为60度，所以AM为 2。 3. 简述中国光伏产业发展现状及存在的主 要问题。 答：高速兴起的光伏产业，主要问题是我国 光伏产业鱼龙混杂；我国光伏产业发展急需 工艺技术设备的科技进步作为支撑；需要完 善的产业链；缺乏先进，合理的标准体系； 缺乏大量高素质的专业人才。 4. 简述中国光伏产业的发展趋势。 答：我国光伏产业近年来开始腾飞，2005 年，我国的光伏电池总产量仅150MW，而 到2006年，这个数字已经上升到450MW左 右，增长率达到200%，2007年总产量突破 1000MW，增长势头持续强劲。我国仅仅用 了两三年时间，中国光伏产业便由默默无闻 一跃成为世界第一大产业基地，涌现出了一 批国际性的大型生产企业。 第2章太阳能光伏发电的系统组成及原理 1；太阳能光伏发电系统的特点：没有转动 部件；不产生噪声；没有空气污染；不排放 废水；没有燃烧过程；不需要燃料；维修保 养简单；维护费用低；运行可靠性，稳定性 好。晶体硅太阳电池寿命25~30年。 2、太阳能光伏发电系统工作原理： 白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一 定的电动势，通过组件的串、并联形成太阳 能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电 压的要求，再通过控制器对蓄电池进行充 电，将由光能转换过来的电能贮存起来。晚 上，蓄电池组为逆变器提供输入电流，通过 逆变器的作用，将直流电转变成交流电，输 送到配电柜，由配电柜切换作用进行供电。 蓄电池的放电情况由控制器进行控制，保证 蓄电池正常使用。 3：太阳能光伏发电系统基本形式可分为两 大类： 1）.没有与公用电网相连接的太阳能光伏系 统称为离网太阳能光伏发电系统，也称为独 立太阳能光伏发电系统。 2）.与公用电网连接，共同承担供电任务的 太阳能光伏发电系统称为并网太阳能光伏 发电系统，也称为联网太阳能光伏发电系 统。 4：并网太阳能光伏发电系统的优越性： 1）可以对电网调峰，提高电网末端的电压 稳定性，改善电网的功率因数，有效地消除 电网杂波。 2）所发电能回馈电网，以电网为储能装置， 省掉蓄电池，与独立太阳能光伏系统相比可 减少建设投资35%~45%，发电成本大大降 低。 3）光伏电池与建设完美结合，既可发作为 建筑材料和装饰材料，使资源充分利用，发 挥多种功能。 4）出入电网灵活，既有利于改善电力系统 的负荷平衡，又可降低线路损耗。 5：太阳能电池与建筑相结合的并网屋顶太 阳能光伏发电系统——光伏建筑一体化 （BIPV）. 6：独立运行的光伏发电系统根据用电负载 的特点：直流系统，交流系统，交直混合系 统。其主要区别是系统中是否带有逆变器 7：独立太阳能光伏发电系统组成:太阳电池 方阵、储能装置、直流--交流逆变装置、控 制设备与连接装置等组成。 8：太阳能光伏发电最核心的器件是太阳电 池。 9：太阳电池单体是用于光电转换的最小单 元，一般不能单独作为电源使用。 10：太阳电池的单体工作电压为 400mV~500mV,工作电流为20~25mA/cm2 远低于实际应用所需要的电压值。: 11：防反充二极管：又称阻塞二极管，作用

光伏发电培训资料完整版

光伏光伏发电培训资料完整版 1、什么叫单晶片 单晶片即硅的单晶体，具有基本完整的点降结构的晶体是一种良好的半导体材料用于制造半导体器材，太阳能电池等。 1.什么叫多晶片 答：几个不同的类型的半导体组成的半导体晶片。 2.是单晶片好还是多晶片好 答：单晶体硅片内部只由一个晶料粒组成，而多晶片由多种晶料粒构成。单晶硅片的转化效率比多晶硅片的要高，一般高出2%以上当然价格也要高一些，单晶价格比多晶高，效率也高，综合性价比多晶在高气温下的效率衰减比单晶的要小得多。 5单晶电池板与多晶电池板的外观区别 答：单晶电池板：偏黑色，电池片之间有空隙，整块板子看起来有白点。 多晶电池板：偏蓝色、片与片之间容易出现跳色，电池片之间没有空隙，整块板子看起来很一致,板与板之间但是容易出现色差。 6、单晶和多晶哪个发电量大 答：同功率的光伏板发电量一样的。 7、中国一线品牌的光伏板有哪些厂家 答：天合、英利、晶澳等 8、1KW一年发多少度电(以江苏地区为例，全国各区域不同) 答：一个月115*12一年=1380° 9、说出3KW到10KW平均多少瓦售多少钱 答：：万：万 : 10、说出每KW受光面积是多少 答：高*宽*4块板=≈平方米 11、说出每KW平顶安装面积大约是多少 答：每千瓦平顶安装面积大约是11-12平米

12、说出每KW别墅平顶安装面积大约是多少 答：每千瓦别墅顶安装面积大约是8平方米（斜顶的） 13、分布式光伏发电有哪些部件组成 答：光伏板、汇流箱、逆变器、电源线、支架 14、什么叫并网发电什么叫离网发电 答：1、并网发电就是指，光伏发电经过逆变器变为交流电，通过升压或直接低压接入电网，由电网对电能进行调度使用。 2、离网发电就是指，光伏发电系统发出来的电存储到蓄电池，通过逆变器变为交流电供用电设备直接使用或者不经过逆变器直接供直流用电设备，用电并不与电网相连，适用于山区、无电区、海岛。 15、说出并网和离网的优点和缺点 答1、并网 优点：可以享受国家补贴，余电可以卖给国家。最大功率充分利用光能发电，省去了蓄电池，降低了成本。稳定，效率高，对公用电网起到调节作用。 缺点：受环境影响，并网公用电网断电的情况下就不能够使用了。 2、离网 优点：可以储电，具有电能独立性，持续性高。 缺点：电池5-10年更换一次。噪音大，没有补贴,要专门的建筑存放蓄电池花费大维护费高。 16、中国一线品牌的逆变器有哪些厂家 答：古瑞瓦特、阳光电源、特变电工、华为、SMA。 什么叫逆变器逆变器有什么作用 将直流电能转换成交流电并集成实时监控调节设备，确保电能指标符合要求。 17、光伏支架平顶和尖顶都能装么 答：都能 18、光伏支架有几种材质做成的 答：铝合金、热镀锌钢材 19、分别说出光伏板、支架、逆变器、电源线、汇流箱保修几年

太阳能光伏知识

太阳能光伏知识 、 1、太阳能电池发电原理:太阳电池是一种对光有响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：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。 如图1所示。 用文字图描述如下： 当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，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。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。 2、晶体硅太阳电池的制作过程: "硅"是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从上个世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，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"硅"的身影和作用,晶体硅太阳电池是近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. 如下图所示： 3、太阳电池的应用: 上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术-----通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯，太阳能发电户用系统,村寨供电的独立系统，光伏水泵（饮水或灌溉）,通信电源，石油输油管道阴极保护，光缆通信泵站电源,海水淡化系统，城镇中路标、高速公路路标等。在世纪之交前后期间，欧美等先进国家光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。光伏电源系统的组成： 4、太阳电池基本性质: a）光电转换效率η％:评估太阳电池好坏的重要因素。目前：实验室η≈24％，产业化：η≈15％。b）单体电池电压V：0.4V---0.6V 由材料物理特性决定。c）填充因子FF％：评估太阳电池负载能力的重要因素。

太阳能光伏发电系统原理与应用技术习题答案

热斑效应：在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将被当做负载消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的部分能量或所有能量，被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热，这就是热板效应。 热斑效应的防护：串联回路，需要在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁路二极管Db，以避免串联回路中光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。并联支路，需要串联一只防反二极管Ds ，以避免并联回路中光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所吸收，串联二极管在独立光伏发电系统中可同时起到防止蓄电池在夜间反充电的功能。 太阳高度角：太阳中心直射到地面的光线与当地水平面间夹角(h)，表示太阳的高度。 太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线正南方的夹角，向西为正，向东为负，变化范围180；它表示太阳的方位，决定太阳光的入射方向。 大气质量m：太阳光线通过大气的实际距离与大气的垂直厚度之比，它是一个无量纲的量，用m表示。 峰值日照时数：是指将当地的太阳辐射量，折算成标准测试条件（辐照度1000W/m2）下的时数。 p-n结：n型半导体和p型半导体紧密接触，在交界处n区中电子浓度高，要向p区扩散，在n区一侧就形成一个正电荷的区域；同样，p区中空穴浓度高，要向n区扩散，p区一侧就形 成一个负电荷的区域。这个n区和p区交界面两侧的正、负电荷薄层区域称为“空间电荷区”，即p-n结。 光伏效应：p-n结及两边产生的光生载流子就被内建电场所分离，在p区聚集光生空穴，在n区聚集光生电子，使p 区带正电，n区带负电，在p-n结两边产生光生电动势。上述过程通常称作光生伏特效应或光伏效应。 开路电压：受光照的太阳电池处于开路状态，光生载流子只能积累于p-n结两侧产生光生电动势，这时在太阳电池两端测得的电势差叫做开路电压 短路电流：把太阳电池从外部短路测得的最大电流，称为短路电流，用符号Isc表示。 填充因子（FF）：表征太阳电池性能优劣的一个重要参数，它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比： 太阳电池的结构;太阳电池是由p-n结构成的其上表面有栅线形状的上电极，背面为背电极，在太阳电池表面通常还镀有一层减反射膜（增加光的吸收率）。 测试条件;光谱辐照度1000W/m2 ；大气质量为AM1.5时的光谱分布；电池温度25℃。在该条件下，太阳电池（组件）输出的最大功率称为峰值功率。 最大功率点跟踪型控制器的原理是将太阳能电池方阵的电压和电流检测后相乘得到的功率，判断太阳能电池方阵此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，则调整脉冲宽度、调制输出占空比、改变充电电流，再次进行实时采样，并做出是否改变占空比的判断。 最大功率跟踪型控制器的作用：通过直流变换电路和寻优跟踪控制程序，无论太阳辐照度、温度和负载特性如何变化，始终使太阳能电池方阵工作在最大功率点附近，充分发挥太阳能电池方阵的效能，这种方法被称为“最大功率点跟踪”，即MPPT (Maximum Power Point Tracking)。同时，采用PWM调制方式，使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。 最大功率跟踪型方法：干扰观测法，原理：每隔一定的时间增加或者减少电压，并观测其后的功率变化方向，来决定下一步的控制信号。优点：①模块化控制回路；②跟踪方法简单，实现容易；③对传感器精度要求不高。缺点：①响应速度很慢，只适用于那些光照强度变化非常缓慢的场合。②稳态情况下，这种算法会导致光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近小幅振荡，只能在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，导致一定功率损失。③跟踪步长对跟踪精度和响应速度无法兼顾。光照发生快速变化时，跟踪算法可能会失效，判断得到错误的跟踪方向。电导增量法：优点：电导增量法控制精确，响应速度比较快，适用于大气条件变化较快的场合。缺点：对硬件的要求特别是传感器的精度要求比较高，系统各个部分响应速度都要求比较快，因而整个系统的硬件造价也会比较高。 铅酸蓄电池的工作原理：铅酸蓄电池由两组极板插入稀硫酸溶液中构成。电极在完成充电后，正极板为二氧化铅，负极板为海绵状铅。放电后，在两极板上都产生细小而松软的硫酸铅，充电后又恢复为原来物质。 放电过程：PbO2 + 2H2SO4 + Pb →PbSO4+2H2O+PbSO4 充电过程：PbO2 + 2H2SO4 + Pb ←PbSO4+2H2O+PbSO4 总反应：PbO2+2H2SO4+Pb ≒2PbSO4+2H2O

太阳能光伏发电技术原理及应用

太阳能光伏发电技术原理及应用随着现代科技的进步，越来越多的人开始关注可再生能源，尤 其是太阳能光伏发电技术。这种技术利用太阳能将光转化为电能，将由化石燃料产生的环境问题降到最低点。本文将介绍太阳能光 伏发电技术的原理及其在不同领域的应用。 一、太阳能光伏发电技术的原理 太阳能光伏发电技术，又称太阳能电池技术，是将太阳光辐射 转化为电能的过程。太阳能光伏发电技术基于光电效应，这意味 着光子可以激发材料中的电子。太阳能电池的工作原理是，当太 阳光经过太阳能电池芯片时，它会激活芯片内的电子。这些电子 进入一个电能带中，随着一些化学过程的发生，它们就会流动， 形成电流。 太阳能电池是由半导体材料制成的。这种材料可以被激活，以 产生电子。太阳能电池的常见材料包括硅、铜铟镓硒和硫化镉。 硅是最常见的太阳能电池材料，而铜铟镓硒和硫化镉则在更高端 的太阳能电池中使用。

二、太阳能光伏发电技术的应用 太阳能光伏发电技术广泛应用于太阳能电池板、太阳能热水器、太阳能灯、太阳能车和太阳能飞机等领域。以下是太阳能光伏发 电技术的主要应用领域： 1. 太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能光伏发电技术的最常见应用。太阳能电 池板被安装在太阳光照射的区域，以收集太阳光转化为电能。这 些电池板通常安装在屋顶或地面，并通过电缆将电能输送到用电 设备中。它们可用于住宅和商业建筑中，以及一些无法使用传统 电力的遥远或偏远地区。 2. 太阳能热水器 太阳能热水器利用太阳光的热量来加热水，以提供热水供应。 太阳能热水器通常由集热器、储水箱和控制系统组成。太阳能热 水器是一种节能的选择，因为它们减少了加热水的电量或燃气量。

太阳能光伏发电系统原理与应用技术

太阳能光伏发电系统原理与应用技术 一、引言 在当今社会，能源问题日益成为人们关注的焦点。传统的化石能源日 益枯竭，同时也给地球环境带来了严重的污染。寻找一种清洁、可再 生的能源就成为了当务之急。太阳能作为一种非常丰富的可再生能源，其应用前景广阔。太阳能光伏发电系统作为太阳能利用的一种主要方式，在能源领域也备受关注。本文将就太阳能光伏发电系统的原理与 应用技术展开探讨。 二、太阳能光伏发电系统原理 1. 太阳能光伏发电系统的基本构成 太阳能光伏发电系统主要包括太阳能电池板、光伏逆变器、储能设备 和配电系统等组成部分。其中，太阳能电池板是太阳能光伏发电系统 的核心部件，其作用是将太阳能转换为直流电能；光伏逆变器则是将 直流电能转换为交流电能供电使用；而储能设备则可以将多余的电能 储存起来，以应对没有太阳能供应的时候。 2. 太阳能电池板的工作原理 太阳能电池板利用光能来产生电能，其主要工作原理是光生电效应。 当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子会被太阳能电池板的半导体 材料吸收，并激发出电子和空穴对。这些电子和空穴对在电场的作用下，分别向两端移动，形成电流，从而产生了电能。

三、太阳能光伏发电系统应用技术 1. 多晶硅和单晶硅太阳能电池 随着技术的不断发展，太阳能电池的制备工艺也得到了极大的改进。目前市场上主要的太阳能电池为多晶硅和单晶硅太阳能电池。多晶硅太阳能电池通过将多晶硅棒切割成薄片来实现，而单晶硅太阳能电池则是利用单晶硅棒来生产。这两种太阳能电池在光伏发电系统中应用广泛，且具有较高的转换效率和稳定性。 2. 太阳能光伏发电系统的并网技术 随着太阳能光伏发电技术的不断发展，其并网技术也愈加成熟。并网技术是指太阳能光伏发电系统将发电效果集中于电网内，以供应城市和居民的用电需求。通过并网技术，太阳能光伏发电系统可以将多余的电能输送到电网中，从而实现供需平衡和能源优化利用。 3. 太阳能光伏发电系统的智能化管理 随着物联网和大数据技术的发展，太阳能光伏发电系统的智能化管理也成为了发展趋势。智能化管理可以通过监测和控制系统实现对太阳能光伏发电系统的监控和调度，从而实现对能源的有效管理和利用。这不仅可以提高能源利用效率，还可以降低系统的运行成本。 四、个人观点和理解 太阳能光伏发电系统作为一种清洁、可再生的能源利用形式，具有巨

太阳能光伏发电技术及其应用探究

太阳能光伏发电技术及其应用探究 摘要：目前，我国正在大力发展新能源产业，光伏发电技术也备受关注；太 阳能是一种可再生能源，作为一种永远不会被用完的能源，将通过改进和发展来 替代传统的原材料。 关键词：太阳能；光伏发电技术；应用 引言 基于全球可持续发展，绿色能源和低碳生活理念的重要性日益凸显，尤其是 光伏发电技术，在包括中国和西方发达国家得到广泛应用；光伏发电技术的成熟 发展，可以为我国资源、能源高效利用和环境的稳定发展提供稳定有力的支撑； 在资源和能源节约力度加大的背景下，如何利用光伏发电提高资源效率，提高能 源利用效率，成为相关人员需要考虑和解决的问题。 1.简述太阳能光伏发电 1.1太阳能光伏发电的基本原理 光伏发电的技术是利用太阳能资源，其中最重要的是将光能转化为电能的一 种发电方式，这种技术具有环保、经济优势好，发展前景看好；其中，工作原理 是通过太阳能电池作为半导体光伏效应，即当太阳光照射到太阳能电池上时，太 阳能电池会吸收光能，通过不断吸收光能，产生“光生电子-空穴”对；此外， 在电池闪电场的影响下，光生电子和空穴会分离，会产生相应的电压，形成动能，起到发电的作用。 1.2太阳能光伏发电技术的应用优势 首先，光伏发电的优势在于无需中间能量转换，即可将光子直接转化为电子，使过程相对简单；二、太阳能资源无限，分布广、日照时间长、无需运输燃料、 可就地生产和消费等，只要能利用好太阳能资源的特点即可无限使用；第三，光

伏发电不使用中间能量转换，不使用机械部件或其他燃烧过程，不会产生大量噪 音和温室气体污染，具有环境友好的特点；第四，光伏电站的建设和维护相对简单，它们是模块化的、标准化的结构，容量扩展比较简单，在管理上不需要值班 人员看守，节省了大量的管理和维护成本。 2.光伏发电系统的组成及各部分功能 2.1太阳电池组件及方阵 太阳能电池是光伏发电系统的核心；太阳能电池单体是最小的光电转换单元，大小一般在4-200CM2不等，太阳能电池的工作电压和电流分别约为0.5V和20- 25mA，不能单独作为电源使用，太阳能电池串并联封装后成为太阳能电池组件， 其功率一般为几瓦到几十瓦，是可以单独用作电源的最小单元。 2.2储能蓄电池 储能电池是光伏发电的重要组成部分，在其中发挥着重要作用，因为储能蓄 电池可以储存太阳能中转换成的电能，从而为生产、生活提供能源，保持其连续 运行，实现高效、低污染。 2.3充放电控制器 蓄电池，尤其是铅酸电池，在运行过程中会经历大量的充放电，因为如果处 理不当，不仅会缩短电池的寿命，必须有一个控制系统来防止和保护电池免受过 度充电和放电的影响，称为充电和放电控制器。 2.4直流-交流逆变器 众所周知，整流器的作用是把50Hz的交流电整流成直流电；逆变器和整流 器正好相反，它的作用是将直流电转换成交流电，这个与整流相对应的反向过程 称为“逆变”；太阳能电池在阳光下产生直流电（DC），但以直流电形式供电的 系统有很大的局限性。 3.太阳能光伏发电技术

光伏发电的基本原理和应用

光伏发电的基本原理和应用 1. 光伏发电的基本原理 光伏发电是一种利用光电效应直接将太阳光转化为电能的技术。其基本原理可 以分为以下几个步骤： 1.光吸收：太阳光照射到光伏电池上，光子被光伏电池的半导体材料吸 收。 2.能带过渡：光子的能量将半导体材料的电子激发到导带中，形成电子 -空穴对。 3.电子流动：电子和空穴在半导体中自由移动，形成电流。 4.电流利用：电流通过外部电路流动，供给电器设备使用。 5.发电效率：通过改变半导体材料的能带结构，提高光电转换效率。 2. 光伏发电的应用 光伏发电技术在各个领域都有广泛应用，下面列举了一些主要的应用领域： 2.1 居民家庭应用 •太阳能光伏系统可以安装在家庭屋顶上，通过将光伏电池板连接到电网来发电。 •这种应用可以迅速降低家庭的能源成本，减少对传统能源的依赖，还可以减少温室气体的排放。 2.2 商业和工业应用 •商业和工业企业可以利用大型太阳能光伏系统来满足自己的能源需求。 •这些系统可以安装在厂房或停车场等大面积场地上，发电容量大，可供大规模商业和工业用电需求。 2.3 农业应用 •光伏发电还可以应用于农业领域，例如在农田中安装太阳能灌溉系统，为农作物提供水源。 •还有些农场会利用光伏发电系统产生的电力用于运行农业机械设备和家用电器。 2.4 远程地区和岛屿应用 •光伏发电技术可以满足远离电网的偏远地区和岛屿上的电力需求。 •在这些地区，太阳能是一种可靠的能源来源，通过安装光伏发电系统可以获得可持续的电力供应。

2.5 应急电力应用 •光伏发电可以用于提供应急电力，例如在自然灾害发生或其他突发情况下，光伏发电系统可以为紧急救援提供电力支持。 3. 光伏发电的优势和挑战 3.1 优势 •清洁能源：光伏发电是一种无污染、无排放的能源，对环境没有负面影响。 •可再生能源：太阳能是一种可再生能源，不会耗尽。 •分布式发电：光伏发电可以分布式布局，无需长距离输电，减少能源损耗。 3.2 挑战 •高成本：目前光伏发电系统的设备价格较高，造成了光伏发电成本的一大挑战。 •潜在的环境影响：光伏电池的制造过程中可能对环境造成一些影响，如化学物质排放等。 •不稳定性：光伏发电依赖于太阳光照的可用性，天气条件的改变可能会导致光伏发电效率下降。 结论 光伏发电作为一种清洁、可再生的能源技术，已广泛应用于居民家庭、商业工业、农业和远程地区等领域。虽然光伏发电面临着成本和环境挑战，但随着技术的发展和成本的降低，光伏发电有望在将来发挥更重要的作用，推动清洁能源的普及和可持续发展。

太阳能光伏发电系统原理

太阳能光伏发电系统原理 光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。 3.1光电效应概述 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。3.2光生伏打效应概述及应用 3.2.1光生伏打效应 是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 3.2.2光生伏打效应应用 光生伏打效应主要是应用在半导体的PN结上，把辐射能转换成电能。大量研究集中在太阳能的转换效率上。理论预期的效率为24％。由于半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。 3.3太阳能电池及其太阳能组件 3.3.1太阳能电池的工作原理 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 3.3.2太阳能电池的生产流程 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。如图1

图1太阳能电池的生产流程 3.3.3 太阳能电池的制造技术 晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。 具体的制造工艺技术说明如下： （1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。 （2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。 （3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。 （4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散, 制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。 （5）周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。 （6）去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。 （7）制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制

1太阳能光伏发电应用技术考试复习题

辐射通量单位时间内太阳以辐射形式发射的能量称为辐射通量。瓦辐照度太阳投射到单位面积上的辐射功率称为辐射度或辐照度。瓦/平方米辐照量在一段时间，太阳投射到单位面积上的辐射通量称为辐照量在地球大气层之外，地球与太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本上为一个常数。这个辐射强度称为太阳常数，或称此辐射为大气质量为零的辐射，其值约为（1.367kW/m2）太阳与天顶轴重合时，太阳光线穿过一个地球大气层的厚度此时路程最短，太阳光线的实际路程与最短路程之比称为大气质量。 太阳电池主要工艺步骤:绒面制备、p -n结制备、铝背场制备、正面和反面金属接触以及减反射层沉积。 3. BIPV ,即（光伏建筑一体化）,使光伏发电与（建筑）相结合，让（光伏部件）作为建筑物的一局部，或把光伏部件作为建材的一局部。而光伏部件即是指由各种 晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池组成的（光伏列阵）°在日照强度较低的情况下，光伏电池的开路电压呈（对数）下降趋势。 5.短路电流与照度成（正比）；开路电压随照度（按指数函数规律增加），其特点是低照度值时，仍保持一定的开路电压。最大输出功率Pmax几乎与照度（成比 例增加）,而曲线因子FF几乎（不受照度的影响），基本保持一致。7.放电深度=（实际放出容量/额定容量）光伏逆变器MPPT是指（最大功率点跟踪）在足够能量的光照射太阳电池外表时，在P-N结内建电场的作用下N区的（空穴）向P区运动。 太阳能电池片被掺杂了磷的那局部称为（N区）光生伏打效应：光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。 太阳能电池原理:当光入射到太阳电池上时，半导体材料吸收一定能量的光子，产生光生电子-空穴对。p-n结的内建电场将电子-空穴对别离，在p区积累光生空穴，在n区积累光生电子，这样在p-n结两端就产生了光生电势。p-n结两端与外电路连接，在负载中产生电流由此实现光能向电能的转换单晶硅:主要任务是在提高效率同时如何进一步降低本钱。采用发射极钝化、倒金字塔外表织构化、分区掺杂、刻槽埋栅电极和双层减反射膜等技术工艺提多晶硅（薄膜）电池：多晶硅薄膜电池既有晶硅电池高效、稳定、资源丰富、无毒的优势，又具有薄膜电池低本钱优点，本钱远低于单晶硅电池，清洗制绒目的：1、清洗外表油污及金属杂质；2、去除外表损伤层；3、形成外表织构化，减少光反射绒面结构：制作太阳电池的硅片,在切割时外表会有一层10 ~ 20Hm的损伤层，需要利用化学腐蚀将损伤层去除制备外表的绒面结构目的:戒少太阳光反射单晶硅制绒：常用的化学腐蚀剂是NaOH或KOH,在80 ~90C。左右的温度下，进行化学反响。生成物Na2SiO3溶于水而被去除，从而硅片被化学腐蚀。多晶硅制绒：使用酸性腐蚀剂，也可以形成类似的绒面结构制绒工序检验内容减薄量反射率外观均匀性太阳能光伏产业链：是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个局部组成。 P-N结制备：晶体太阳电池一般利用掺硼的p型硅作为基底材料，在900C。左右通过扩散五价的磷原子形成n型半导体，组成p-n结。扩散制结目的：形成有效的P-N结，有利于电池电极的形成PECVD镀膜工艺目的（减反射层）扩散后的硅片上形成一层致密的氮化硅（SiNx）层，进一步降低反射率。富H的氮化硅在经过一定的高温后（烧结过程）能够对硅体材料形成很好的钝化作用。阻挡金属离子和水蒸汽的扩散。形成良好的绝缘层制备电极的目的：1、收集电流2、引出电流3、将单体电池焊接成串制备电极的方法丝网印刷法，刻槽埋栅法，喷墨打印法 4.简述丝网印刷的制作流程（顺序）答：背电极印刷---烘干一一背电场印刷一--烘干---正电极印刷-一烘干+烧结一--测试分选简述PECVD的原理的特点，并写 出反响式答：PECVD技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反 响气体，气体经一系列化学反响和等离子体反响，在样品外表形成固态薄膜。PECVD方法的特点是等离子体中含有大量高能量的电子，它们可以提供化学气相 沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程，生成活性很高的各种化学基团，能显著降低薄膜沉积的温度 范围铝背场：为了改善硅太阳电池的效率，在p-n结制备完成后，在硅片的背光面，沉积一层铝膜，制备P +层，称为铝背场，其作用是减少少数载流子在背面复合的概率，也可以作为反面的金属电极。 制备铝背场的简便方法，是利用溅射等技术在硅片反面沉积一层铝膜，然后在800 ~1000C。热处理，使铝膜和硅合金化并内打散，形成一层高浓度掺杂的P 十层，构成铝背场金属电极：为了将晶体硅太阳电池产生的电流引导到外部负载，需要在硅片p-n结的两面建立金属连接，形成金属电极目前，主要利用丝网印刷技术, 在晶体硅太阳电池的两面制备成梳齿状的金属电极。 1.简述光生伏打效应。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当两种不同材料所形成的结受到 光辐照时，结上产生电动势。它的过程先是材料吸收光子的能量，产生数量相等的正、负电荷，随后这些电荷分别迁移到结的两侧，形成偶电层。光生伏打效应虽然不是瞬时产生的，但其响应时间是相当短的。 Pid效应：太阳电池与金属边框之间的高电压可能会引发晶体硅光伏主组件性能的持续衰戒；解决方法；光伏发电系统负极接地和负极需地.什么是热岛效应？如何防止？ 一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热岛效应。这种效应破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的局部能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负 极间并联一个旁路二极管,以防止光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。 旁路二极管的作用：当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池片所产生的电流从二极管流出，使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电池片出现问题而产生发电电路不通的情况。 2.什么是逆变器？逆变器有两个基本功能是什么？ 把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,逆变器有两个基本功能：一方面是为完成DC/AC转换的电流连接到电网,另一方面是找出最正确的操作点以优化太阳能光伏系统的效率。 1.（此题16分）什么是光伏应用系统？光伏应用系统主要由几局部组成？每一局部的作用及相互间关系？ 答：太阳能光伏应用系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统,一般分为独立系统，并网系统，混合系统。独立光伏应用系统主要由