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通信設(shè)備環(huán)境知識(shí)點(diǎn)精講之太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)原理和特性

動(dòng)力與環(huán)境責(zé)任編輯：小狐貍 2016-08-22

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摘要：下面是由希賽小編整理的中級(jí)通信設(shè)備環(huán)境知識(shí)點(diǎn)精講之太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)原理和特性，希望能幫助學(xué)友們。

下面是由希賽小編整理的通信設(shè)備環(huán)境知識(shí)點(diǎn)精講之太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)原理和特性，希望能幫助學(xué)友們。具體內(nèi)容如下：

太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)是一個(gè)巨大的能源，每年向地球輻射大量的光能，這種光能可以用光電變換器變換成電能。在兩種光電轉(zhuǎn)換器中，目前己投入實(shí)際應(yīng)用的是光生伏特電池，即太陽(yáng)能電池。近年來(lái)，為了提髙太陽(yáng)能電池的效率，降低成本，研制了硅、砷化稼、硫化鎘等各種太陽(yáng)能電池，并利用這些電池組成太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)、原理和特性

鉛蓄電池、鎘鎳蓄電池都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，都屬于化學(xué)電池。而太陽(yáng)能電池屬于物理電池，它利用光電效應(yīng)把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能。

1.太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能電池是依靠PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)，4-11所示。它由PN結(jié)、金屬柵狀上電極、金屬下電極、減反射膜和背反射器等組成。

硅太陽(yáng)能電池常用P型單晶硅作為基體材料，厚度為200nm.在P型基體的背表面有用鋁制造的背反射器。為了減少器件表面對(duì)入射光線的反射，電池的表面覆蓋了一層氧化物作為減反射層，為了輸出光生電壓，電池有上、下電極。上電極是用銀采取光刻工藝制成的柵線，上電極金屬覆蓋面積約占電池總面積的4.75%.下電極用鋁制成。上、下電極與硅片的接觸電阻應(yīng)很低。

2.硅太陽(yáng)能電池的工作原理

當(dāng)陽(yáng)光照射半導(dǎo)體時(shí)，共價(jià)鍵中的電子因獲得足夠的光子能量而擺脫共價(jià)鍵的束縛，成為可以自由移動(dòng)的電子，原來(lái)的共價(jià)鍵上就留下一個(gè)空穴。因此，半導(dǎo)體經(jīng)太陽(yáng)光的照射后就會(huì)產(chǎn)生一些電子一空穴對(duì)。

由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，使這些非平衡的電子一空穴對(duì)進(jìn)入PN結(jié)的空間電荷區(qū)。受自建電場(chǎng)的作用，電子和空穴向相反的方向運(yùn)動(dòng)，使PN結(jié)兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)電荷積累，產(chǎn)生與PN結(jié)自建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢(shì)，這就是“光生伏特效應(yīng)”.電池開路時(shí)，光生載流子只能積累在PN結(jié)的兩側(cè)，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱為開路電壓，用t/oc表示。電池短路時(shí)，PN結(jié)附近的光生載流子將形成最大的光生電流，該電流稱為短路電流，用/sc表示。光電池接上負(fù)載后，光電流從P區(qū)經(jīng)過(guò)負(fù)載流至W區(qū)，負(fù)載中即得到功率輸出。

光照使PN結(jié)自身電場(chǎng)強(qiáng)度降低，如同一個(gè)二極管的PN結(jié)上加了一個(gè)正向電壓，因此常把硅太陽(yáng)能電池等效為一個(gè)恒流源和一個(gè)理想的二極管相并聯(lián)，其等效電路如圖4-12所示。

從圖4-12中可看出，恒流源產(chǎn)生的光生電流總共有三個(gè)通道。

①正向流過(guò)PN結(jié)(PN結(jié)構(gòu)成的二極管)的電流在。

②在PN結(jié)沒(méi)有完全形成的部分有漏電4-12流I命(在電池內(nèi)部或邊緣會(huì)形成某些漏電通道，可將其等效為旁路電阻漏電流與工作電壓成比例)。

③流經(jīng)負(fù)載的電流IR。

隨著電池制造工藝不斷改善，Rsh可做得很大(則Ish忽略不計(jì))，如不考慮電池串聯(lián)電阻札的影響，那么，負(fù)載電流應(yīng)當(dāng)是光生電流與結(jié)電流之差，即

3.硅太陽(yáng)能電池的特性

在不同負(fù)載電阻的情況下，受光照時(shí)，太陽(yáng)能電池流入負(fù)載的電流&和電池兩端電壓的關(guān)系曲線稱為太陽(yáng)電池的伏安特性曲線，如圖4-13所示。曲線拐點(diǎn)A的兩個(gè)坐標(biāo)值(Um和Im)為硅太陽(yáng)能電池的最佳工作電壓和最佳工作電流。

關(guān)于硅太陽(yáng)能電池的入射光強(qiáng)響應(yīng)特性。開路電壓與入射光強(qiáng)的對(duì)數(shù)成正比，顯然，獲得最大輸出功率時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出電壓明顯地受入射光強(qiáng)的影響。

關(guān)于硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。專換效率是指太陽(yáng)能電池單位面積的最人輸出功率(Pmax)與入射光功率(Pin)的百分比。轉(zhuǎn)換效率是衡量電池好壞的重要參數(shù)。

太陽(yáng)能電池供電系統(tǒng)

太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)可以作獨(dú)立電源，也可與發(fā)電機(jī)等組成混合發(fā)電系統(tǒng)，還可與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電力。

1.系統(tǒng)組成

太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池、控制器以及阻塞二極管組成，如圖4-14所示。根據(jù)負(fù)載不同，太陽(yáng)電池供電系統(tǒng)可分為直流、交流、交一直流混合供電系統(tǒng)。

(1)太陽(yáng)能電池方陣。若干太陽(yáng)能電池組件按一定方式連接后，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒，即構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣，它的作用是將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。

(2)蓄電池組。蓄電池組是太陽(yáng)能電池方陣的儲(chǔ)能裝置，它的作用是將有日照時(shí)方陣發(fā)出的多余電能儲(chǔ)存起來(lái)，在晚間或陰雨天供負(fù)載使用。在光伏供電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充狀態(tài)。白天方陣給蓄電池充電，晚上負(fù)載由蓄電池供電。因此要求蓄電池自放電小、能耐過(guò)充放電且充電效率高。目前常用的有普通鉛蓄電池及閥控鉛蓄電池。由于鍵鎘和鎳氫電池價(jià)格較貴，所以應(yīng)用較少。

(3)控制器。控制器主要由各種電子元器件、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。它的主要功能是防止過(guò)充電、過(guò)放電并保證穩(wěn)壓供電。如果負(fù)載要求交流供電，系統(tǒng)中還應(yīng)配置逆變器。

(4)阻塞二極管。阻塞二極管也稱防反充二極管或隔離二極管，其作用是防止無(wú)日照時(shí)，蓄電池通過(guò)太陽(yáng)能電池方陣放電。對(duì)阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣的最大輸出電流，反向耐壓要高于蓄電池組的電壓。方陣工作時(shí)，阻塞二極管有一定電壓降。

2.太陽(yáng)能電池組裝方式

太陽(yáng)能電池的組裝方式有平板式和聚光式。在平板式組裝方式中，首先把太陽(yáng)能電池串聯(lián)組裝成組合板，然后再將組合板裝成陣列。

(1)組合板與陣列。

太陽(yáng)能單體電池容易碎裂，一般不能直接使用。根據(jù)使用要求，若干單體電池適當(dāng)連接并封裝后，組成可單獨(dú)供電的最小單元，稱為太陽(yáng)能電池組件。實(shí)際使用中，為了滿足使用要求，常將若干組件按一定方式組裝，并固定在支架上，形成直流發(fā)電單元，這種單元稱為太陽(yáng)電池方陣(或陣列)。較大的方陣，還可由一些子方陣(或稱組合板)構(gòu)成。

(2)太陽(yáng)能電池的串并聯(lián)特性。

為了得到需要的輸出電壓，可將太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)，串聯(lián)后的電壓是單體(或組件)電池電壓之和1串聯(lián)后的電流，取決于其中電流最小的電池組件。為了獲得較大的輸出電流，可把電池組件并聯(lián)。并聯(lián)后的電流是電池組件電流之和。并聯(lián)后的電壓為各組件電壓的平均值。

聚光式太陽(yáng)能電池系統(tǒng)由聚光電池陣列、支撐座和光電控制裝置等部分組成。光電自動(dòng)控制裝置由傳感器、控制箱和電動(dòng)機(jī)組成，通過(guò)這種裝置，太陽(yáng)能電池可以自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光，以獲得最大功率輸出功率。

3.太陽(yáng)能電池的主要技術(shù)要求

(1)太陽(yáng)能電池組件

太陽(yáng)能電池組件系列有：36W、38W、和50W等，組件電壓有16.4V、16.9V、17V和17.1V等;要求組件效率>10%;組件使用10年后，功率下降不得超過(guò)使用前的10%;組件的面積比功率、質(zhì)量比功率、填充因子不得低于表W所示的規(guī)定。