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太阳能接收/逆变/能源再生利用技术开发与应用
jiang_0514 发表于 2009/7/15 12:59:14 2266 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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太阳能接收/逆变/能源再生利用技术开发与应用
作者：中国创奇科技有限公司研发中心 刘德金 来源：赛尔电气应用 总第82期
1太阳能电池发展概况:
太阳能光伏发电，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。与太阳能发电相比，它不涉及半导体器件，既无运动部件，又无流动工质，因此，避免了机械维修和工质腐蚀的问题,是可再生能源和可持续发展的可靠能源。
硅太阳电池的发展，始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于“先锋1号”人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能电池系统。第一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。
太阳电池作为有潜力的可再生能源，在地面上逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降，多年来太阳电池的产量一直以10%～25%的增长率在增加。1990年世界太阳能电池组件的产量70MW（兆瓦），我国为1.2MW，主要是用在太阳光照好的边远地区。到2001年全世界太阳电池的产量达到350MW，我国太阳能电池的实际产量已达到4.5MW，累计安装量已超过20MW。我国是个发展中国家，地域辽阔，有许多边远省份和经济欠发达地区。据统计目前我国尚有700万户（2800万人口），还没有用上电，60%的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题，光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径，市场潜力非常巨大。
光伏发电具有许多优点，如：安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无须架输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是其它发电方式所不及的。
目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种，这三种电池约各占1/3的市场，我国目前有7个太阳电池生产线，主要是生产单晶硅及非晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池也有少量生产。我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13%，多晶硅太阳电池在10%，非晶硅太阳电池在5%～6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。1995年我国晶体硅太阳电池组件的参考价格为45元/瓦，非晶硅太阳电池组件为25元/瓦，仍为常规能源的几倍，但在无电地区及拉线不方便的地方，已产生了良好的经济效益。
2太阳能光伏发电的原理
太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P－N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。
太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。并网发电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而独立式发电系统光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。
3光伏工作原理
光伏：光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。
光生伏特效应，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。
太阳能电池，通常称为光伏电池。目前的主要的太阳能电池是硅太阳能电池。用的硅是“提纯硅”，其纯度为“11个9”，比半导体或者说芯片硅片“只少两个9”；又因为提纯硅结晶后里头的成分不同，分为多晶硅和单晶硅；目前，单晶硅太阳能电池的光电转换率为15％左右，最高达到了24％，使用寿命一般可达15年，最高达25年，比转换率仅12％左右的多晶硅太阳能电池的综合性能价格比高。
太阳能电池的发展与应用
太阳电池又称光伏电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。它可单独地作为光探测元件，例如在照像机中使用，主要是经过串联和并联，以获得所需的电压及电流来作为供电电源使用。太阳电池的外观就如一张薄的卡片或一片薄的玻璃片一样，与普通电池外观不同，它自身也不能储存电能，即没以有光时就不发电，如果晚上要用它，就要与蓄电池配合使用。太阳电池的面积每100㎝2在强阳光下约产生1瓦的电，我们常说的1度电是1千瓦小时，也就是1千瓦这样的电池工作1小时才能产生1度电。
4 开始实验/怎样巧制硅光电池
利用金属封装3DD15大功率的三极管b与C结，撬开管帽，在阳光下产生0.5V×1mA的电能,若将六个这样的三极管串起耒使用,将引出线接到838计算器上,并且把三极管子正对着太阳等强光,则计算器即可正常运行。
实验请注意：（锉去三极管3DD15管帽露出管芯，基极是正极，发射极和集电极均可以作为负极使用）。
大功率三极管3DD15六只串连电路如下：每只三极管可产生0.5V×1mA的电能。
5 如何识别检测硅光电池
硅光电池是一种太阳电池，简称光电池。
硅光电池的结构如图1所示，它实际是一个大面积的ＰＮ结，在结的两边分别引出上电极引线和背电极引线。一氧化硅反射膜是蓝色，其作用是减少光的反射，提高光电转换效率。与上电极引线相连的栅线是为了减少光电池的表面电阻，提高输出功率而加的。但因栅线也占一定面积，照在栅线上的光将不产生电压（电流），这在用作光电检测器件时会影响精度，所以有的光电池没有栅线。
单个硅光电池的电动势既开路电压为0.45-0.6V（与电池的面积无关），产生的电流为16-30mA/C㎡。为适应不同需要，常串联，并联或混联使用，以提高工作电压和输出电流。例如１２个电池串联可作６Ｖ电源供收音机使用，电子表，电子计算器等普遍采用这种光电池。
硅光电池可接收0.4μM～1.1μM波长的光，但对其中0.86-0.9μM波长的近红外光最敏感，所以在图１的下述测试中应用白炽灯或阳光，而不要用日光灯，节能灯等“冷色”光源发的光，当按图接好电路并用光照射时，如是单个光电池，应看到万用表指针指示约0.1V～0.4V，否则是坏的，光越强指示应越大，否则也不正常。但这个值恒小于其电动势（0.45V～0.6V），这是由于光电池内阻很大的缘故（一般约几十欧姆，短路电流为几十毫安）。至于多个电池组合时万用表测得的值，实验者不难由电池串，并混联的知识加以计算。
另外，还有一种硫化镉陶瓷太阳能电池，它和硅光电池一样也属物理电池，其中一种型号为２ＳＴ８０的，其开路电压为0.5V，短路电流为80mＡ～100mＡ，它也可作为地面小功率装置的电源，其检测法如以上所述。
