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光伏基础知识考试试题
光伏基础知识考试试题
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分数:
一 、 填 空 题 每 题 ( 1.5 分 )
1、 太阳能之所以能成为一种有希望的能源具有哪些特点?
⑴、 供给量丰富:
地球每小时从太阳获得的能量为 1.48X1017 卡,
其中 30%被直接反射回去,70%则被地面吸收。
据统计,世界全年
的耗能总量,只相当于 30 分钟降落于地 球的全部的太阳能。
⑵、 清洁、干净:
化石燃料的使用会形成大量污染气体,如 C02 和
S02,原子能发电会给地球和人类造成潜在的核污染。
而利用太阳能
直接发电,不影响地球的热平衡,在确 保能量供给的同时解决环境
污染的问题。
⑶、 太阳能的分散性:
太阳光尽管辐射全球,但每单位面积上的入
射功率却很小。
要得到较大的功率,需要庞大受光面积的发电装置。
对于小功率发电问题不大,但对于大功率发电,要涉及的设备的材
料、结构、占用土地等的费用问题,目前投资比其 他能源高得多。
⑷、间歇性:
太阳的高度角一日内及一年内在不断变化,且于地面
纬度有关,即使没有 气象的变化,太阳辐射的变化也相当大。
因此,
太阳能利用的随机性很大。
利用太阳能发电必须有相当容量的贮能
设备,如蓄电池等,这不仅增加了设备及维护费 用,也限制了功率
的规模。
总的来说,太阳电池有许多优点,但在实际应用时,也存在着
许多问题,如:
密度低(照射于地面的太阳能的最大密度为
1KW/m2),单位面积效率低,供给不稳定。
因此,在考虑太阳能的
利用时,不仅要从技术方面考虑,还要从经济、生态及国家建设的
整体方针来研究。
2、 光伏系统具有以下的特点:
- 没有转动部件,不产生噪音;
- 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可达到 25 年以上;
- 根据需要很容易扩大发电规模。
• 光伏系统可由以下三部分组成:
- 太阳电池组件;
- 充、放电控制器、逆变器、测试仪表
和计算机监控等电子设备;
-蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备;
光伏系统
硅太阳能电池的结构
主栅线+栅线
钢化玻璃
粘结剂
减反射膜
扩散区
基体
底电极
太阳电池的设计步骤
1 列出设计所需的基本参数。
负载的名称、额定工作电压、耗电功
率、用电时间;现场的地理条件、气象资料等
2 确定负荷大小。
Q=ΣI·h(Q-日负荷电量,A·h;I-负载工作电流,
A; h-负载工作时间,小时。
3 选择蓄电池的容量 C =10 Q/d C-蓄电池的标称容量;d-蓄电池的放
电深度 d=(C-CR)/C; CR 蓄电池的储备容量
4 决定电池倾角 南方可取比当地纬度大 10˚ -15˚ ,北方可取比当地
纬度大 5˚ -10˚。
5 计算日辐射量。
倾斜面上的太阳辐射总量由 3 部分组成;直接辐
射分量;天空散射辐射分量;地面反射辐射分量。
HT =HbRb+Hd/2(1+sinβ)+ρH/2(1-cosβ) HT-日辐射量; Hb-直接
辐射量 ;H-辐射总量; Hd-散射辐射量; Rb-倾斜面上直接辐射分
量与水平面上直接辐射分量的比值; ρ-地面反射率可取 0.2; β-电
池倾角
6 估算电流 Imin=Q/Tm ·η1·η2 Imin-电池最小输出电流 Q-负载每年
平均总耗电量 Tm-平均日照时数 η1-蓄电池充电效率 η2-电池表面
灰尘遮蔽损失
7 确定最佳电流。
电池的最佳电流应为夏天的月份输出的电量大于
负载的耗电量,冬天的月份输出的电量略小于负载的耗电量。
而耗
电程度在蓄电池的放电深度以内。
8 确定电池电压。
电池电压输出要足够大以保证全年能有效对蓄电
池充电
V=Vt+Vd V-电池电压,;Vt-蓄电池浮充电压;Vd-线路损耗压降
9 确定功率。
标准测试温度(25)下电池的输出功率为:
P=Im · V/{1-α(tmax-25)}
P-电池功率 α-太阳能电池功率的温度系数 硅电池可取眼
0.5%; Im-输出电流
美国太阳能电池的效率水平(%)
晶体硅太阳电池在光伏行业中占主导地位.市场份额超过
90%,而近年来, 多晶硅太阳电池分额已高于单晶硅的市场分额,
由两年前 50/50 的比例发展到去年的 52/48,导致这—发展趋势的原
因是多晶硅片的生产能力远远大大单晶硅片的生产能力以及多晶硅
太阳能电池转换效率不断提高。
多晶能太阳电池是以多晶硅多品硅
儿基体材料的太阳能电池,它省去了生长单晶硅这一昂贵的工序,所
以多晶硅比单晶硅材料便宜得多。
多晶硅与单晶硅之间的主要差别
在于存在晶粒间界,在晶界处存在位错、杂质等能引入分布在禁带
中的深能级的缺陷。
一方面作为界面附近的载流子,形成具有一定
宽度的耗尽层和势垒,增大了串联电阻,对填充因子不利。
另一方
面作为俘获中心俘获电子和空穴,降低收集几率,对开路电压和短
路电流不利。
但随着对多晶硅材料理解的不断加深和太阳电池生产
工艺技术不断进步,目前生产出的多晶硅太阳电池转换效率已接近
单晶硅电池。
太阳电池的制造
硅太阳能电池的生产工艺
表面电极
P(N)层防止反射膜
N(P)层
内电极
主要工艺原理如下
1.去除损伤层
由于硅片制作过程采用多线切割法,因此硅片前后表面存在几微
米左右的损伤层,采用碱腐蚀的方法将其去除,化学反应如下:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 ↑
2. 扩散制结
3. 等离子体边缘腐蚀
4. 去磷硅玻璃
5. 减反射膜沉积
6. 丝网印刷电极
太阳电池的电学特性
太阳电池的极性
太阳电池为 n+/p 型,当太阳电池接受阳光照射时,太阳能
电池输出电压的极性,P 型一侧电极为正,N 型一侧电极为负。
当
太阳电池作为电源与外电路连接时,太阳电池在正向状态下工作。
当太阳电池与其他电源联合使用时,如果外电源的正极与太阳电池
的 P 电极连接,负极与太阳电池的 N 极连接,则外电源向太阳电池
提供正向偏压:
如果外电源的正极与太阳电池的 N 极连接,负极与
太阳电池的 P 极连接,则外电源向太阳电池提供反向偏压。
电池的 I-V(电流-电压)特性
当 RL 为 0 时,所测的电流为电池的短路电流 ISC,即太阳电池
在
标准光强照射下输出端短路时,流过太阳电池两端的电流。
短路电
流与太阳电池面积大小有关,面积越大,短路电流越大。
—般而言
1cm2 多晶硅太阳电池的 ISC 约为 32mA 左右。
对于单晶硅太阳电
池.由
于表面金字塔绒面的效果, 1cm2 太阳电池的 ISC 约为 34mA 左右。
同
一块太阳电池,ISC 与入射光的辐照度成正比;当环境温度升高时,
ISC 略有上升, 一股温度每升高 1 度,ISC 约上升 0.1%。
理想的太阳电池,RS 很小,RSH 很大。
由于 Rs 和 RSH 分别为串
联和并联在电路中,所以在进行理想电路计算时,可以忽略不计。
此时,流过负载的电流为:
IL=ISC-ID
理想的 PN 结特性曲线方程为:
Voc =
当 RL 无穷大时,所测电压为电池的开路电压 Voc,即太阳电
池在标准光强照射下,两端开路时,太阳电池的输出电压。
太阳电
池的开路电压与光谱辐照度和材料特性有关,与电池面积大小无关。
在标准太阳光谱辐照度下,晶体硅太阳电池的开路电压在 600mV,左
右。
当入射光谱辐照度变化时,太阳电池的开路电压与入射光谱辐
照度的对数成正比;环境温度每上升 1℃,Voc 约下降 2mV。
太阳电池的输出曲线
太阳电池的转换效率
太阳电池的转换效率用表示,即太阳电池最大输出功率与照
射到电池上的入射光的面积之比。
太阳电池组件组件的特点
太阳电池组件是将单体太阳电池串、并联和严密封装制成的,这
是因为:
1.单体太阳电池由单晶硅和多晶硅材料制成,其机械强度弱,不能
承受较大力的撞击,薄而易碎。
2.大气中的水分和腐蚀性气体会慢慢锈蚀和氧化电极,逐渐使电极
脱落,寿命终止,因此须将电池电极与大气隔绝。
3 .单体电池的工作电压只有 0.4---0.45V,远不能满足一般用电没备
的电压要求,单体电池尺寸受硅材料尺寸所限,输出功率小。
因此
常将单体电池组合封装成可作为独立电源使用的组件
组件的结构
一
太阳电池组件的可靠性很大程度上取决于其防腐、防潮、防冲击
等能力:
这就取决于组件封装结构、边缘密封效果和组件背面接线
盒的质量。
二
采用的封装结构为:
玻璃一 EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物)一
太阳电池一 EVA 一 TPT 膜(耐侯性复合氟塑料膜)层叠封装,再组装
导线、接线盒、边缘密封带和铝台金框架,这种结构中电池和接线
盒之间可直接用导线连接。
组件制造过程中所使用的材料、零配件
和结构在寿命上互相一致,不会因一处损坏而使整个组件失效。
三
组件的封装材料
组件工作寿命的长短封装材料和封装工艺有很大的关系,封装
件的寿命是决定组件寿命的重要因袭。
我公司曾对太阳电池组件封
装材料对太阳电池组件电性能影响较大的相关特性做过研究,其研
究结果直接指导着太阳电池组件的选材和没计,主要封装材料 :
1. 玻璃:
采用低铁钢化玻璃 (又称为白玻璃),厚度 3.2mm,在太阳
电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达 91%以上,对于
大于 1200nm 的红外光有较高的反射率,其透光率与波长的关系曲
线如图示。
此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射,透光率不下降。
组件的制造
组件制造过程如下:
光焊(将电池片焊接成串)手工焊
(焊接汇流条)层叠(玻璃-EVA-电池-EVA-TPT)中测
层压烘箱固化装边框接线盒
装配终测
组件性能测试
(1)
1.电性能测试:
在规定光源的光谱、标准光强以及一定的电池温度
(25℃)条件下对太阳电池的开路电压、短路电流、最大输出功率、
伏安特性曲线等进行测量。
测试结果满足企业标准的要求
2.电绝缘性能测试:
以 1KV 的直流电通过组件底板与引出线.测量
绝缘电阻,绝缘电阻大于 2000 兆欧。
3.热循环实验:
将组件置于带有自动温度控制、内部空气循环的气
候室内,使组件的温度在-40℃一 85℃之间循环规定次数,并在极端
温度下保持规定时间,监测实验过程中可能产生的短路和断路、外
观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻以确定组件由于受温度重复变化
引起的热失配疲劳和不同应力的能力。
(2)
4.湿热-湿冷实验:
将组件置于带有自动温度控制、内部空气循环的
气候室内,使组件完成际准舰定的温度曲线和湿度—厂的往复循环,
保持一定恢复时间,监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观
缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻以确定组件承受高温高湿和低温高
湿的能力
5 .机械载荷实验:
在组件表面逐渐加载,监测实验过程中可能产生
的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻以确定组件承
受风、雪或冰雪等静态载荷的能力。
6 .冰雹实验;以钢球代替冰雹从不同的角度以一定的动量撞击组
件.监测外观缺陷和电性能衰减以确定组件抗冰雹撞击的能力
光伏发电系统
太阳电池方阵
为了获得更高的工作电压,可以把组件串联起来。
串联组件
的输出电流主要由输出电流最小的组件的输出电流决定。
为了获得
更大的输出电流,可以将组件并联使用,并联组件的电压主要由输
出电压最小的组件的输出电压来决定。
因此,组件的串并联是存在
损失的,需要进行优化。
太阳电池组件的串并联并安装在支架上,
就构成了太阳电池方阵。
太阳电池方阵
光伏发电系统
太阳能光伏发电系统由太阳电池方阵、充放电控制器、蓄电
池、直流/交流逆变器等部分组成。
如图所示,虚线连接的是可能的
选择:
充放电控制器
能够自动防止蓄电池组过充电和过放电的没备。
由于蓄电池
的过放电和过充电部将严重影响蓄电池的使用寿命并影响太阳能发
电系统的使用效果,充放电控制器在太阳能光伏发电系统中是不可
缺少的;充放电控制器还应具有防止蓄电池外接短路保护、防止蓄
电池断路保护、防止太阳电池方阵反接保护、在夜间防止蓄电池向
太阳电池放电等的功能。
允放电控制器,按照开关器在电路中的位置.可以分为串联控
制型和并联控制型。
按照控制方式,可以分为开关(单路或多路开关)控
制和脉宽调制控制。
直流/交流逆变器
逆变器是将直流电转换为交流电的设备。
太阳电池和蓄电池
输出的电能都属于直流电。
当负载是交流负载时,逆变器是不可缺
少的。
逆变器按照运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。
独立运行逆变器用于独立式太阳能光伏发电系统。
并网逆变器用于
并网运行的太阳能光伏发电系统,将发出的电能直接馈入公共电网。
逆变器按照输出的波形,又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。
方
波逆变器的电路结构简单、成本低、但谐波分量大,一般用于几百
瓦以下和对谐波要求不高的系统。
正弦波逆变器的成本较高,但可
以适应各类负载。
太阳能电源系统中的逆变器的转换效率和抗冲击
负载的能力是两个非常重要的技术参数。
蓄电池组
1.长寿命:
2.充放电效率高:
3.自放电率低:
4.深放电能力强:
5.少维护或免维护
6.工作温度范围宽,特别适合于较低温度条件的使用
7.价格低廉:
8. 便于安装。
测量设备
对于小些太阳能光伏发电系统,只要求进行简单的电参数测
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
就安装在控制器上。
对于太阳能通信电源系统、阴极保护等工业电
源和大型太阳能光伏发电站,往往要求对更多的参数进行测量,如
太阳辐照度、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,这就要求太阳能光伏发电系统配备
数据采集和微机监控系统。
太阳能发电系统中的测试设备,主要用
于检测太阳能电站的运行状态,有条件时可以进行远程控制。
同时,
为了研究太阳能电站的实际使用效率.有些研究工作者通过太阳能
电站的检测设备收集太阳能电站的运行数据.从而为太阳能电站的
建没提供设计依据。
光伏发电系统设计
1. 当地气象地理条件:
纬 度 ,海拔高度 ,年平均风速 ,太阳电池方阵面
上的年辐射量 ,最长无日照天数
2. 负载情况:
负载功率?
纯电阻性、电容性还是电感性,启动电流
多大?
3. 系统情况:
系统的输出电压是多少,直流还是交流?
系统每天需
要工作多少小时?
需求数量?
4.如遇到没有日光照射的阴雨天气,系统需连续供电多少天?
5.系统部件技术要求
(1) 控制器的技术要求
(2) 逆变器的技术要求
(3) 蓄电池的技术要求 (4) 配电柜的技术要求
(5) 太阳电池方阵的技术要求
6.系统的可靠性设计
7.系统设计的修正
我国太阳电池实验室的最高效率
太阳能光电灯产品介绍
品种:
1 草坪灯
2 庭院灯
3 路灯
4 高速路灯
5 交通信号灯等
草坪灯 1
草坪灯 2
庭院灯
路灯
其它的太阳能灯
太阳能光电建筑
太阳能光电建筑
太阳能光电建筑
太阳能光电棚
太阳能光电水泵
Thank you
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