光伏基础知识考试试题.docx
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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
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