光伏发电系统原理图

光伏电源系统的原理及组成首先太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。

它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成，其系统组成如图所示。

图1-1宏阳能电池发电僚统示党忸1 .太阳能电池方阵：太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。

太阳能电池单体的工作电压约为0.5V,工作电流约为20 —25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。

将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。

太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率（见图1－2）。

（1）硅太阳能电池单体常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。

晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。

硅片本身是P型硅，表面扩散层是N区，在这两个区的连接处就是所谓的PN结。

PN结形成一个电场。

太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。

太阳能电池的工作原理如下：光是由光子组成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定，光被晶体硅吸收后，在PN结中产生一对对正负电荷，由于在PN结区域的正负电荷被分离，因而可以产生一个外电流场，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。

这就是“光生伏打效应”m伟组『Im 1 2太阳循电池单体、91件和方PI将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间时，将有电流流过该负载，于是太阳能电池就产生了电流；太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。

光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生自由电子，一个高于基能能量的光子将仅产生一个自由电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损失的影响将使太阳能电池的效率下降。

（2）硅太阳能电池种类目前世界上有3种已经商品化的硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。

太阳能发电原理1、原理概述太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池板将太阳能转换成电能的一种可再生清洁发电机制。

当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被太阳电池板反射掉，另一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成电位差。

当外部接通电路时，在该电压的作用下，则会有直流电流流过外部电路产生一定的输出功率。

通常每块太阳能电池组件输出的直流电压较低，一般为35V。

为了提高电压，达到逆变器最佳工作状态的额定输入直流电压，将一定数量的太阳能电池串联到一起形成回路，然后接入逆变器中，逆变器将输入的直流电转换成交流电。

逆变后得到的交流电通过站内的升压变压器升至指定电压后并入电网。

图1 太阳能发电系统原理2、系统部件2.1 太阳电池在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池板占据着举足轻重的地位，它是将太阳能转换成电能核心部件。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。

用于制造太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。

当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。

如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。

若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。

太阳能电池的核心技术就在这个“结”上，P －N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。

当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光子的能量，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。

太阳能电站的结构一、太阳能发电系统的基本概述：（1）太阳能发电系统可分为两大类别：一是，独立系统：太阳能发电系统的最基本形式；二是，系统联系系统（与交流电网联系系统）。

（2）太阳能发电系统的构成组件：光伏阵列系统、逆变器、、控制器、蓄电池、交流负载。

（3）光伏发电系统的基本结构示意图如下：二、太阳能发电系统各个组件的特点及意义：（1）光伏组件：单体———>模块————>阵列单体：一片单晶硅片构成的光伏电池称为单体。

单晶硅单晶硅片模块：由多个光伏电池单体组成的构件称为光伏模块。

单个模块的功率可以是数瓦W 到200W，有多种规格可供选用。

单个住宅用的太阳能发电系统常用的模块是100W。

正面图截面图阵列：多个光伏电池模块群构成的大型装置称为光伏电池阵列。

光伏电池阵列是根据需要将若干个模块通过串并联进行连接，得到规定的输出电压和电流，从而使用户获取电力。

需要注意的是，在模块串并联部分需反并联二极管，以防止反向电流对电池的破坏，总的接线处也要串联定向二极管。

这都是利用二极管的单向导电性原理，一旦有某个电池片发生故障，二极管会导通这部分，起到引流作用，不至于使电池片作为一个负载，在电路中发热，而被损坏。

阵列电池片组件结构从硅矿到电池片组件的整个工作流程过程：（2）光伏发电原理：光伏效应（PV）：在半导体上照射光后，由于其吸收光能会激发出电子和空穴，从而半导体中有电流流过，称为光伏发电效应。

光伏电池所用的典型材料是硅，其外层电子数是4，则，硅由4个原子组成的分子态称为真性半导体，若在真性半导体中掺杂杂质，例如，掺入5价磷，会产生多于电子，称为N型半导体；若掺如3价硼，则缺少一个电子状态，产生空穴，称为P型半导体，这两种半导体结合就成为ＰＮ结，在接受光照时，就会在边界形成正负电子中和的界面，若外部接线并带上负电荷，就会产生电流（电子流）。

（3）功率控制器（太阳能发电专用变频器）：主要由逆变器和系统联系保护装置组成。

光伏并网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之后直接接入公共电网。

光伏并网发电系统有集中式大型并网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，由电网统一调配向用户供电;也有分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，是并网发电的主流。

1.光伏并网发电系统组成1、光伏组件光伏组件是整个发电系统里的核心部分，由光伏组件片或由激光切割机机或钢线切割机切割开的不同规格的光伏组件组合在一起构成。

由于单片光伏电池片的电流和电压都很小，所以要先串联获得高电压，再并联获得高电流，通过一个二极管（防止电流回输）输出，然后封装在一个不锈钢、铝或其他非金属边框上，安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封。

把光伏组件串联、并联组合起来，就成了光伏组件方阵，也叫光伏阵列。

工作原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由p区流向n区，电子由n区流向p区，接通电路后就形成电流。

其作用是将太阳能转化为电能，并送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

组件类型：单晶硅：光电转换率≈18%，最高可达到24%，是所有光伏组件中转换率最高的，一般采用钢化玻璃及防水树脂封装，坚固耐用，使用寿命一般可达25年。

2、控制器（离网系统使用）光伏控制器是能自动防止蓄电池过充电和过放电的自动控制设备。

采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统，既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据，还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制3、逆变器逆变器是一种将光伏发电产生的直流电转换为交流电的装置，光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡之一，可以配合一般交流供电的设备使用。

太阳能光伏发电系统原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。

这种技术的关键元件是太阳能电池。

太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。

3.1光电效应概述光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。

这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。

3.2光生伏打效应概述及应用3.2.1光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，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。

3.2.2光生伏打效应应用光生伏打效应主要是应用在半导体的PN结上，把辐射能转换成电能。

大量研究集中在太阳能的转换效率上。

理论预期的效率为24％。

由于半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。

3.3太阳能电池及其太阳能组件3.3.1太阳能电池的工作原理太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

3.3.2太阳能电池的生产流程通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。

如图1图1太阳能电池的生产流程3.3.3 太阳能电池的制造技术晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。

提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。

具体的制造工艺技术说明如下：（1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。

（2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。

（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。

（4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散, 制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。