光伏组件太阳电池基本知识整理.docx

1、光伏组件太阳电池基本知识整理一、 太阳电池的基本知识太阳能电池主要是以半导体材料为基础，通过内光电效应，将太阳能转化为电能。1. 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。常见的半导体元素有:硅（Si 、锗（Ge ）、硒（Se ）等，常见化合物半导体有：硫化镉（CdS ）、砷化镓（GaAs ）等，许多有机化合物也是半导体。2. 内光电效应：当半导体的表面受到太阳光照射时，如果其中有些光子的能量的大于或等于半导体的禁带宽度，就能使电子挣脱原子核的束缚，在半导体中产生大量的电子空穴对。（原子把电子打出金属的现象是外光电效应）3.P 型半导体：在硅晶体中掺入少量三价杂质元素（如硼），因硼原子最外层只有3

2、个价电子，它与周围原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生空位，当相邻共价键上的电子受到热源振动或在其他激发条件下获得能量就有可能补充这个空位，硼原子便形成了不能移动的负离子，原来硅原子的共价键就会缺少一个电子，形成空穴。4.N 型半导体：在硅晶体中掺入少量五价杂质元素（如磷），因磷原子最外层有5个价电子，它与周围原子组成共价键时，因多一个电子，在晶体中便产生一个多余的电子。多余的电子容易受热激发而挣脱共价键的束缚而成为自由电子，自由电子移动后，在磷原子的位置便留下了一个不能移动的正离子。 P 型半导体 N 型半导体5.PN 结：在P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质

3、。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P 型和N 型半导体接触时，在界面附近空穴从P 型半导体向N 型半导体扩散，电子从N 型半导体向P 型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。 PN 结的形成6.PN 结的单向导电性：在PN 结上外加一电压，如果P 型一边接正极，N 型一边接负极

4、，电流便从P 型一边流向N 型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。如果N 型一边接外加电压的正极，P 型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。6. 太阳电池发电原理：照到太阳电池上的太阳光线，一部分被太阳电池上表面反射掉，另一部分被太阳电池吸收，还有少量透过太阳电池。在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在P 区、空间电荷区和N 区都会产生光生电子空穴对，也称光生载流子。这样形成的电子空穴对由于热运动，向各个方向迁移。光生电子空穴对在空间电荷区中产生后，立即被内建

5、电场分离，光生电子被推进N 区，光生空穴被推进P 区。在空间电荷区边界处总的载流子浓度近似为0。在N 区，光生电子空穴对产生后，光生空穴便向P N 结边界扩散，一旦到达P N 结边界，便立即受到内建电场的作用，在电场力作用下作漂移运动，越过空间电荷区，进入P 区，而光生电子（多数载流子）则被留在N 区。P 区中的光生电子也会向P N 结边界扩散，并在到达P N 结边界后，同样由于受内建电场的作用而在电场力作用下作漂移运动，进入N 区，而光生空穴（多数载离子）则被留在P 区。因此，在P N 结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分抵消内建电场以外，还使P 型

6、层带正电，N 层带负电，因此产 生了光生电动势，这就是光生伏打效应。 太阳电池的工作原理7. 太阳电池的分类： 单晶硅、多晶硅 太硅太阳电池 非晶硅、微晶硅 阳HIT 电池 电单晶化合物（砷化镓GaAs ） 池化合物太阳电池多晶化合物电池（碲化镉CdTe ）8. 硅太阳电池的结构： 电池结构 组件结构9. 光伏组件组成结构及作用：钢化玻璃 ：保护发电主体（如电池片），透光，选用是有要求的， 1.透光率必须高（一般91%以上）；2. 超白钢化处理。EVA ：用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片）。电池片：发电EVA ：粘结封装发电主体和背板背板：密封、绝缘、防水（般都用TPT 、TPE 等材

7、质必须耐老化）铝合金：保护层压件，起一定的密封、支撑作用 接线盒：保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同硅胶：密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处二、 光伏组件基本参数太阳电池标准测试条件：测试条件：AM1.5，1000W/， 25 输出功率误差：5% AM1.5指光谱, AM 的意思是air-mass （大气质量），就是光线通过大气的实际距离比上大气的垂直厚度。AM1.5就是光线通过大气的实际距离为大气垂直厚度的1.5倍。 1000W/ 是

8、标准测试太阳电池的光线的辐照度。当受到光照的太阳电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端产生端压，这时可以使用一个等效电路来描述太阳电池的工作情况。图中把太阳电池看成稳定产生光电流I L 的电流源（假设光源稳定），与之并联的有一个处于正偏压下的二极管及一个并联电阻R sh ，显然，二极管的正向电流I D 和旁路电流I sh 都是靠I L 提供的，剩余的光电流经过一个串联电阻Rs 流入负载R L 。 由等效电路可得，当流入负载L R 的电流为I ，负载端压为V 时，sh L s AkT IR V q L sh D L R R R I e I I I I I I s (1 (0+- -=-=

9、+L IR V =I LR sp-n 结太阳电池等效电路图当负载L R 从0变化到无穷的时候，就可以根据上式画出太阳电池的负载特性曲线（伏安特性曲线）。曲线上的每一点称为工作点，工作点和原点的连线称为负载线，斜率为1/RL ，工作点的横坐标和纵坐标即为相应的工作电压和工作电流。若改变负载电阻L R 到达某一个特定值m R ，此时，在曲线上得到一个点M ，对应的工作电流与工作电压之积最大（m m m V I P =），我们就称这点M 为该太阳电池的最大功率点，其中，m I 为最佳工作电流，m V 为最佳工作电压，m R 为最佳负载电阻，m P 为最大输出功率。 主要参数包括：开路电压oc V ，

10、短路电流sc I ，最佳工作电压m V ，最佳工作电流m I ，最大功率m P ，填充因子FF ，串联电阻s R ，并联电阻sh R 和电池效率。1. 开路电压oc V ，短路电流sc I 的计算测量得到的曲线与V 、I 两轴的交点即开路电压oc V ，短路电流sc I 。2. 最佳工作电压m V ，最佳工作电流m I ，最大功率m P 的计算一般情况下，直接求m P 会有一些麻烦。所以，可以在计算机上按照步长，求得每一点的IV P =，然后直接取其中的最大值就是m P 了。这时，该点所对应的电压和电流也就是最佳工作电压m V ，最佳工作电流m I 。3. 填充因子FF 的计算最大功率（m P

11、 ）与开路电压短路电流之积（sc oc I V ）的比值就称为填充因子（FF ），图中所表示的就是四边形m m MV OI 与四边形oc sc AV OI 面积之比。 O V mV oc I m I scVI太阳电池负载特性曲线FF = Pm V I = m m Voc I sc Voc I sc 填充因子是表征太阳电池性能的优劣的重要参数之一，它的值越高，表明太 阳电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。 4. 太阳电池效率h 的计算 在太阳电池受到光照时， 输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电池的效 率，也称为光电转换效率。 h= Pm I V FF I sc Voc = m m

12、 = = At Pin At Pin At Pin FF I sc Voc hc At F (l dl 0 l 其中， At 为太阳电池总面积（包括栅线图形面积） 。考虑到栅线并不产生 光电，所以可以把 At 换成有效面积 Aa （也称为活性面积） ，即扣除了栅线图形面 积后的面积，同时计算得到的转换效率要高一些。 Pin = F (l 0 hc l dl ，为单位面 积的入射光功率。实际测量时， Pin 取标准光强：AM 1.5 条件，即在 25下， Pin = 100mW / cm2 。 三、 光伏组件常用参数 电气参数： 最大输出功率 Pm（Wp） 、功率误差（%） 最佳工作电压 Vmp

13、（V） 、最佳工作电流 Imp（A） 开路电压 Uoc（V） 、短路电流 Isc（A） 电池片转换效率 c（%） 最大系统电压（V） 、工作温度（） 最大功率温度系数 Tk(Pm 开路电压温度系数 Tk(Voc 短路电流温度系数 Tk(Isc 机械参数： 电缆线规格 断层结构 产品尺寸 产品重量 可抗风压 产品寿命 四、 规格表样例 光伏组件（太阳能电池板）规格表 峰值 峰值 峰值 开路 短路 功率 电压 电流 电压 电流 Pm Vmp Imp Voc Isc (watt (V (A (V (A 5 5 10 10 15 20 20 25 30 30 35 40 40 45 50 50 55

14、60 60 65 70 75 80 80 85 90 90 100 100 17.3 0.29 21.6 0.35 17.3 0.29 21.6 0.35 17.2 0.58 17.2 0.58 22 22 0.66 0.66 尺寸 (mm 249x235x30 216x362x30 359x296x30 294x362x30 528x296x30 341x550x30 548x358x30 434x550x30 622x550x30 413x676x30 622x550x30 624x552x30 530x676x30 811x552x30 811x552x30 764x676x30 830

15、x552x30 1186x552x30 764x676x30 1186x552x30 1186x552x30 1186x552x30 1196x556x30 1016x676x35 1196x556x30 1068x806x35 1016x676x35 1068x806x35 1466x676x35 型号 材料 APM36M5W25x24 APM36P5W22x36 APM36M10W36x30 APM36P10W29x36 APM36M15W53x30 APM36M20W34x55 APM36P20W55x36 APM36M25W43x55 APM36M30W62x55 APM36P30W4

16、1x68 APM36M35W62x55 APM36M40W62x55 APM36P40W53x68 APM36M45W81x55 APM36M50W81x55 APM36P50W76x68 APM36M55W83x55 APM36M60W119x55 APM36P60W76x68 APM36M65W119x55 APM36M70W119x55 APM36M75W119x55 APM36M80W120x56 APM36P80W102x68 APM36M85W120x56 APM36M90W107x81 APM36P90W102x68 APM36M100W107x81 APM36P100W147x

17、68 单晶硅 多晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 单晶硅 多晶硅 单晶硅 多晶硅 17.4 0.86 21.5 0.98 17.2 1.17 21.6 1.62 17.2 1.17 21.6 1.62 17.3 1.45 21.6 1.72 17.2 1.75 21.6 1.95 17.2 1.75 21.6 1.95 17.3 2.02 21.5 17.5 17.5 17.2 17.3 17.3 2.3 2.3 2.6 2.9 2.9 2

18、1.6 21.6 21.7 21.5 21.5 2.3 2.5 2.5 2.9 3.2 3.2 3.5 4 17.4 3.16 21.7 17.2 17.2 17.5 17.2 3.5 3.5 3.7 4.1 21.7 21.7 4.02 21.6 3.82 21.4 4.8 5.1 5 5 5.3 5.5 5.5 6.6 16.8 4.46 21.7 17.2 4.65 21.6 17.2 4.65 21.6 17.6 4.83 17.6 17.6 18 18 5.1 5.1 22 21.7 21.7 5.56 21.6 5.56 21.6 6.64 光伏组件（太阳能电池板）规格表 APM3

19、6M120W158x81 APM72M150W158x81 APM72M155W158x81 APM72M160W158x81 APM72M165W158x81 APM72M170W158x81 APM72M175W158x81 APM72M180W158x81 APM72M185W158x81 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 单晶硅 120 150 155 160 165 170 175 180 185 17.6 6.85 22.8 34.4 4.36 43.2 34 4.56 43.1 7.5 4.9 5 5 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 1580x808x35 34.4 4.65 43.2 35.8 4.62 44.5 5.04 35.8 4.75 44.2 5.05 36.6 37 37.1 4.8 44.9 5.15 4.86 45.4 5.23 5 45.4 5.27 APM: Advanced Power Management，高级电源管理 APM 36M 5W 25x24 峰值功率 尺寸：长和宽 单晶（P 代表多晶）