太阳能光伏发电系统原理与应用技术：第1章 太阳能光伏发电系统概论

太阳能光伏发电系统原理与应用技术一、引言在当今社会，能源问题日益成为人们关注的焦点。

传统的化石能源日益枯竭，同时也给地球环境带来了严重的污染。

寻找一种清洁、可再生的能源就成为了当务之急。

太阳能作为一种非常丰富的可再生能源，其应用前景广阔。

太阳能光伏发电系统作为太阳能利用的一种主要方式，在能源领域也备受关注。

本文将就太阳能光伏发电系统的原理与应用技术展开探讨。

二、太阳能光伏发电系统原理1. 太阳能光伏发电系统的基本构成太阳能光伏发电系统主要包括太阳能电池板、光伏逆变器、储能设备和配电系统等组成部分。

其中，太阳能电池板是太阳能光伏发电系统的核心部件，其作用是将太阳能转换为直流电能；光伏逆变器则是将直流电能转换为交流电能供电使用；而储能设备则可以将多余的电能储存起来，以应对没有太阳能供应的时候。

2. 太阳能电池板的工作原理太阳能电池板利用光能来产生电能，其主要工作原理是光生电效应。

当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子会被太阳能电池板的半导体材料吸收，并激发出电子和空穴对。

这些电子和空穴对在电场的作用下，分别向两端移动，形成电流，从而产生了电能。

三、太阳能光伏发电系统应用技术1. 多晶硅和单晶硅太阳能电池随着技术的不断发展，太阳能电池的制备工艺也得到了极大的改进。

目前市场上主要的太阳能电池为多晶硅和单晶硅太阳能电池。

多晶硅太阳能电池通过将多晶硅棒切割成薄片来实现，而单晶硅太阳能电池则是利用单晶硅棒来生产。

这两种太阳能电池在光伏发电系统中应用广泛，且具有较高的转换效率和稳定性。

2. 太阳能光伏发电系统的并网技术随着太阳能光伏发电技术的不断发展，其并网技术也愈加成熟。

并网技术是指太阳能光伏发电系统将发电效果集中于电网内，以供应城市和居民的用电需求。

通过并网技术，太阳能光伏发电系统可以将多余的电能输送到电网中，从而实现供需平衡和能源优化利用。

3. 太阳能光伏发电系统的智能化管理随着物联网和大数据技术的发展，太阳能光伏发电系统的智能化管理也成为了发展趋势。

热斑效应：在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳能电池组件将被当做负载消耗其他被光照的太阳能电池组件所产生的部分能量或所有能量，被遮挡的太阳能电池组件此时将会发热，这就是热板效应。

热斑效应的防护：串联回路，需要在太阳能电池组件的正负极间并联一个旁路二极管Db，以避免串联回路中光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所消耗。

并联支路，需要串联一只防反二极管Ds ，以避免并联回路中光照组件所产生的能量被遮蔽的组件所吸收，串联二极管在独立光伏发电系统中可同时起到防止蓄电池在夜间反充电的功能。

太阳高度角：太阳中心直射到地面的光线与当地水平面间夹角(h)，表示太阳的高度。

太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线正南方的夹角，向西为正，向东为负，变化范围180；它表示太阳的方位，决定太阳光的入射方向。

大气质量m：太阳光线通过大气的实际距离与大气的垂直厚度之比，它是一个无量纲的量，用m表示。

峰值日照时数：是指将当地的太阳辐射量，折算成标准测试条件（辐照度1000W/m2）下的时数。

p-n结：n型半导体和p型半导体紧密接触，在交界处n区中电子浓度高，要向p区扩散，在n区一侧就形成一个正电荷的区域；同样，p区中空穴浓度高，要向n区扩散，p区一侧就形成一个负电荷的区域。

这个n区和p区交界面两侧的正、负电荷薄层区域称为“空间电荷区”，即p-n结。

光伏效应：p-n结及两边产生的光生载流子就被内建电场所分离，在p区聚集光生空穴，在n区聚集光生电子，使p 区带正电，n区带负电，在p-n结两边产生光生电动势。

上述过程通常称作光生伏特效应或光伏效应。

开路电压：受光照的太阳电池处于开路状态，光生载流子只能积累于p-n结两侧产生光生电动势，这时在太阳电池两端测得的电势差叫做开路电压短路电流：把太阳电池从外部短路测得的最大电流，称为短路电流，用符号Isc表示。

填充因子（FF）：表征太阳电池性能优劣的一个重要参数，它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比：太阳电池的结构;太阳电池是由p-n结构成的其上表面有栅线形状的上电极，背面为背电极，在太阳电池表面通常还镀有一层减反射膜（增加光的吸收率）。

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。

太阳能电池与光伏发电系统的工作原理太阳能电池和光伏发电系统是目前最常用的利用太阳能发电的技术。

它们的工作原理都是利用太阳光的能量来生成电能，而且都具有清洁、可再生、环保等优点。

那么它们的具体原理是怎样的呢？下面我们来详细了解一下。

一、太阳能电池的工作原理太阳能电池是一种利用半导体材料的PN结结构来将太阳光转化为电能的器件。

它的工作原理如下：1. PN结：PN结是一个由n型半导体和p型半导体组成的结构，在PN结的两侧形成了一个内建电场。

当PN结正常工作时，电荷会在结的两侧被分离，形成一个负电荷区和一个正电荷区。

2. 光电效应：当光照射到PN结上时，太阳光的能量会将束缚在原子内部的电子激发出来，形成自由电子，而这些自由电子就会在电场的作用下移动。

在PN结的正电荷区，电子由于被电场吸引，会向着负电荷区移动，而在n型半导体区，自由电子则会被电场推向负电荷区。

3. 发电：当电子跨越PN结时，就会导致电荷变化，从而产生电流。

这时候，太阳能电池就开始发电了。

二、光伏发电系统的工作原理光伏发电系统则是将太阳能电池和其他组件如逆变器、电池等组成一个完整的发电系统。

光伏发电系统的工作原理如下：1. 光伏组件：光伏组件是由太阳能电池芯片、硅胶封装、钢化玻璃、EVA等制成，其主要作用是将太阳能转化为电能。

2. 逆变器：逆变器是光伏发电系统中必不可少的元件，它主要负责将太阳能电池产生的直流电转化为交流电。

3. 电池：电池是光伏发电系统的备用电源，当太阳能电池无法达到供电要求时，电池会自动补充电能。

4. 网络接入：将光伏发电系统的电能接入到电网中，以供电网运行。

总之，太阳能电池和光伏发电系统的工作原理都是利用太阳光的能量来产生电能，具有清洁、可再生、环保等优点，被广泛应用于家庭、工业和农业等领域。

太阳能电池和光伏发电系统已经成为了我们当今社会中最为重要的清洁能源之一，这两者的出现和发展为我们解决了不少环境污染和能源问题。

新能源是未来发展的主导方向，而太阳能电池和光伏发电系统不仅运用方便，而且节约能源消耗，是代表未来能源发展的先锋。