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江西渝州科技职业学院毕业设计题目光伏发电系统专业光伏材料加工与应用技术班级2011级光伏14班学生姓名张勤自考准考证号7104241422指导教师李军庆摘要进入21世纪的人类社会正面临着化石燃料短缺和生态环境严重污染的局面。廉价的石油时代已经结束，逐步改变能源的消费结构，大力发太阳能是一种非常理想的清洁能源，根据其特点和实际应用需要，目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种，通常所说的太阳能发电是指太阳能光伏发展可再生能源，走可持续发展的道路，已经成为世界各国政府的共识。光伏发电是利用半导体的将光能转变为电能的一种技术。关键词:能源、太阳能、光伏发电、半导体、光生伏特效应。AbstractInthealstcentury,humansocietyisfacinyashortageoffossilfuels,seriourenvironmentalpollutionandecologicalsituation,Eraofcheapoilisover,andgraduallychangetheenergyconsumptionstructure,vigorouslydeveloprenewableenergy,sustainabledevelopment.Governmentsaroundtheworldhasbecometheconsensus,solarenergyisanidealcleanenergy,accordingtotheircharacteristicsandneedsofpracticalapplication,thecurrentgenerationofsolarpowerintosolarthermalandphotovoltaicpowergenerationistheuseofphotovoltaiceffectofsemiconductorstolightenergyintoelectricalenergyofatechnology.Keyword:energy、solar、photovolaticpowergeneration、semiconductor、photovoltaiceffect.目录前言第一章太阳电池及太阳电池方阵........................21.1太阳电池及其分类.........................................21.2理想太阳电池.............................................21.3太阳电池的特性...........................................21.4太阳电池的工作原理.......................................41.5太阳电池方阵...........................................4第二章光伏发电系统的运行方式及应用前景..............42.1光伏发电系统的运行方式................................42.2光伏发电系统的应用前景....................................5第三章光伏发电系统..................................63.1独立光伏发电系统.........................................63.1.1独立光伏发电系统的工作原理.........................63.1.2独立光伏发电系统的类型.........................63.1.3独立光伏发电系统的组成.........................73.2并网光伏发电系统.........................................83.2.1并网光伏发电系统的工作原理.....................93.2.2并网光伏发电系统的类型.........................103.2.3并网光伏发电系统的组成.........................103.2.4并网光伏发电系统的优越性........................103.2.5并网光伏发电系统的保护装置及“孤岛效应”防护手段...10第四章光伏发电系统的应用........................114.1光伏发电系统在国内的应用.........................114.2光伏发电系统在国外的应用........................124.3世界光伏发电发展的目标和发展前景........................13结束语..............................................14致谢...............................................15参考文献............................................16前言能源是人类生存和社会发展的物质基础，而年人均能耗是评价一个国家贫富的重要标志。太阳能从整体上来看，是“取之不尽，用之不竭”的可再生能源，同时又是唯一满足宇宙空间中卫星和航空器所需要的能源。随着能源需求量的不断增加，原有的传统能源（如煤、石油和天然气等矿物化石燃料）不但对环境已产生极其严重的污染，而且在不远的将来就会耗尽。因此，我们必须研究和发展可再生能源，特别是必须研究和发展太阳能。太阳能光伏发电系统具有没有转动部件，不产生噪声；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，维修费用低；运行可靠性、稳定性好的特点；作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达25年以上。因此，太阳能光伏发电系统是太阳能最重要利用形式之一，本文介绍了太阳电池及太阳电池方阵，太阳能光伏发电系统的运行方式及应用前景、独立与并网光伏发电系统、中国光伏发电系统的应用实例。第一章太阳电池及太阳电池方阵1.1太阳电池的分类太阳电池种类繁多，其分类方法大致如下:从材料来分，有硅太阳电池、砷化镓太阳电池、铟镓磷太阳电池、铜铟镓硒太阳电池和碲化镉太阳电池等。从内部材料体型来分，有大块晶片太阳电池和薄膜太阳电池。从材料的晶体结构来分，有单晶太阳电池、多晶太阳电池和非晶太阳电池。从内部和外部结构来分，有普通太阳电池、聚光型太阳电池和级联太阳电池等。从内部结构的p-n结多少或薄层多少来分，有单结太阳电池、多结或多层太阳电池。从技术方法来分，有网板电极太阳电池和激光刻槽电极太阳电池。从p-n结结构来分，有同质结太阳电池和异质结太阳电池。除了上面的固体太阳电池之外，还有液体太阳电池，如电解液、染料太阳电池等。1.2理想太阳电池没有光照时，太阳电池就是一个普通的p-n结二极管。热平衡态下，由于没有光照，太阳电池两端没有电压，外接电路也没有电流。在内部的带电粒子：电子和空穴以漂移方式和扩散方式跨过p-n结，在内部达到平衡。有光照时，太阳电池p-n结两侧产生大量电子-空穴对。为了使太阳电池产生电力，必须把光生电子-空穴对的少数载流子提取。为了使太阳电池光-电转换效率高，必须具有以下条件；1）高电池：光生载流子的收集率要高；2）高电压：光生电池的收集应在尽可能高的电压下出现；3）低寄生电阻：尽可能使低的寄生串联电阻高的寄生并联电阻出现。1.3太阳电池的特性1）I-V特性，可表示为I=Ip-Io[exp(qV/nkT)-1]Ip:短路时的光电流；V=0.4~0.7v2）开路电压开路电压Uoc：即将太阳电池置于100mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳电池的输出电压值。即电流为0时的最大电压。Voc与得到的光强成对数地增大，这个特性使太阳电池非常适用于普通使用的电池的充电。3）短路电流短路电流Isc：就是将太阳电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳电池两端的电流。即电压为0时的最大电流。理想情况下，V=0,Isc=Ip。短路电流Isc与得到的光强成正比。4）最大输出功率太阳电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳电池的伏安特性曲线。如果选择的负载阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。5）填充因子太阳电池的另一个重要参数是填充因子FF，它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。FF是衡量太阳电池输出特性的重要指标，是代表太阳电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳电池的输出功率越大。FF的值始终小于1。实际上，由于受串联电阻和并联电阻的影响，实际太阳电池填充因子的值要低于上式所给出的理想值。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，这部分电流就越大，开路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多。6）光-电转换效率太阳电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳电池的输出功率与入射到太阳电池表面的能量之比。太阳电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结构性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。影响其效率的主要因素有：①光谱的影响；②晶格缺陷和复合中心的影响；③电池表面对光的反射的影响；④环境的温度的影响；⑤负载情况的影响。而提高电池效率的方法，近年来所开发的技术主要有：①激光刻槽埋藏栅线技术；②埋层电极、表面钝化等；③单双层减反射膜；④背表面场的形成；⑤发射区形成和磷吸收。1.4太阳电池的工作原理太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能变换成为电能。这个把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳电池。太阳电池工作原理的基础，是半导体p-n结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应，简言之，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应，叫做光生电压。这种现象，就是著名的光生伏特效应。时p-n结短路，就会产生电压流。1.5太阳电池方阵（solarcellarray)太阳电池方阵是由若干个太阳能电池组件或太阳能电池板在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。太阳电池方阵可分为平板式和聚光式两大类。平板式方阵，只需把一定数量的太阳电池组件按照电性能的要求串、并联起来即可，不需加装汇聚阳光是装置，结构简单，多用于固定安装的场合。聚光式方阵，加有汇聚阳光的收集器，通常采用平面反光镜，抛物面反射镜或菲涅尔透镜等装置来聚光，以提高入射光谱辐照度。聚光式方阵，可比相同功率输出的平板式方阵少用一些单体电池，使成本下降；但通常需要装设向日跟踪装置，有了转动部件，从而降低了可靠性。太阳电池方阵安装前应做好充足的准备。安装前应对每个太阳电池参数进行检查测试；挑选工作参数相近的组件装在同一个子方阵内；挑选额定工作电流相等或相近的组件进行串联；组件接线盒上穿线孔应加工完毕。组件在安装时应轻拿轻放，安装位置和排列方式应符合施工设计规定，固定面与机架表面要相吻合，组件与机架的连接螺丝拧紧，且与机架上的位置应平直，机架上组件间的风道间隙、机架间空隙应不小于8mm。第二章光伏发电系统的运行方及应用前景2.1光伏发电系统的运行方式太阳能光伏发电系统分为独立光伏发电系统与并网光伏发电系统：1）独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。2）并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由