第2章光伏电池与光伏阵列.ppt

2017/12/12
光伏电池原理
光伏电池是利用光生伏特效应(Photovoltaic Effect,简称光伏效应)把光能转变为电能的器件。
原理:(1)光伏电池内部具有PN结,在两种半导体相互接触部位具有空间电荷区,形成内电场。
(2)光子的吸收能够在半导体内部产生电子空穴对。
(3)电子空穴对能够在内部静电场的作用下产生分离,由少数载流子变为多数载流子,使光伏电池板的外接触面产生电势差。
第2章光伏电池与光伏阵列
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光伏电池发电工程上广泛使用的光电转换器件主要是硅光伏电池。
硅光伏电池
单晶硅(效率最高,成本高,工艺技术成熟,普遍应用)
多晶硅(硅使用量少,无效率消退问题,成本低,前景好)
非晶硅(较高的转化效率, 较低的成本,重量轻,有着极大潜力;稳定性不高,影响大规模使用。)
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光伏电池数学模型与工程计算方法
光伏电池的数学模型
内电场
-
-
-
-
+
+
+
+
P区
N区
光照
I
+
-
EHP
-
A +
B
C
D
EHP
光伏电池单二极管电路
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根据实验我们可以得到伏安特性曲线
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光伏电池等效电路
Isc
IVD
Rsh
Rs
RL
IL
光伏电池单二极管等效电路图
图中,Isc代表在光伏电池中激发的电流, 这个量取决于辐照度、电池面积和本体温度T。IVD为通过PN结的总扩散电流,其方向与Isc相反,Rs是串联电阻,Rsh是旁路电阻,一般光伏电池串联电阻Rs很小,并联电阻Rsh很大。
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其中:
式中,q为电子电荷,×10-19C;K为玻尔兹曼常数,×10-23J/K;A为常数因子(正偏电压大时A值为1,正偏电压小时为2),E电池电动势。
I DO为光伏电池无光照时的饱和电流
Isc
IVD
Rsh
Rs
RL
IL
光伏电池单二极管等效电路图
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Isc
IVD
Rsh
Rs
RL
IL
光伏电池单二极管等效电路图
由图可以看出:
由于一般情况下光伏电池串联电阻Rs很小,并联电阻Rsh很大。
还可得:
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Isc
IVD
Rsh
Rs
RL
IL
光伏电池单二极管等效电路图
当时
当RL→∞时,
开路电压
短路电流
由此式可以看出:
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光伏电池的输出特性主要与照度和温度有关
温度不变,光伏电池在不同日照强度下的输出特性曲线
太阳能电池输出I-U特性随日照、温度的变化
照度不变,光伏电池在不同温度下的输出特性曲线
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温度保持不变,最大功率点功率随光照浮动有明显变化,具体表现为光照降低最大功率点功率下降;光照保持不变,最大功率点功率随温度也有很大变化,具体表现为,温度降低最大功率点功率升高。