光伏发电原理及发展现状.pdf

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1、·技术讲座·王宏华·光伏发电原理及发展现状光伏发电技术系列讲座(1)光伏发电原理及发展现状王宏华(河海大学自动化工程系，江苏南京210098)摘要:阐述了太阳能光伏发电系统的基本结构和工作原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。关键词:太阳能;光伏电池;光伏阵列;光伏发电系统中图分类号:TK51文献标志码:A文章编号:1671-5276(2010)04-0186-04TheSeriesofLecturesonPhotovoltaicPowerTechnology(Part1)PrincipleandDevelopmentofPhotovoltaic

2、PowerWANGHong-hua(DepartmentofAutomationEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China)Abstract:Thispaperdescribestheprincipleandstructureofphotovoltaicpowersystem，andpresentsthelatestdevelopmenttrendandresearchprogressofphotovoltaicpowertechnologies．Keywords:solarenergy;solarcell;

3、photovoltaicarray;photovoltaicpowersystem0引言众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万［1］桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用正逐步成为各国政府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。“光伏发电”是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏发电系统的基本结构和工作原理，综述

4、了国内外光伏发电图1单晶硅光伏电池发电原理技术的发展现状及发展趋势。P，N区分别带正、负电，于是产生由N区指向P区的光生1光伏电池的原理及发展现状电动势;当外接负载后，则有电流从P区流出，经负载从N区流入光伏电池。1839年，法国的EdmondBecquerel发现了“光伏效图2为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面2应”，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变积、入射光辐照度成正比的光生电流(1cm硅光伏电池［1］化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P-N结的Iph值为16～30mA);ID，Ish分别为P-N结的正向电接受太阳光照产生光

5、伏效应，直接将光能转换成电能的能流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电量转换器。1954年，美国Bell实验室的G．Pearson等发阻等组成(RS一般＜1Ω);旁漏电阻Rsh由硅片边缘不清明了单晶硅光伏电池，其原理如图1所示。洁或体内缺陷所致(Rsh一般为几kΩ);RL为外接负载电图1中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一阻，IL，UO分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴(RL=∞)时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反2对;在P-N结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向比、与电

6、池面积无关(在100mW/cm的光谱辐照度下，硅［2］N，P区，从而在P-N结附近形成与内建电场方向相反的光光伏电池的Uoc一般为450～600mV)。［1］生电场;光生电场抵消P-N结内建电场后的多余部分使与图2对应的光伏电池解析模型为:作者简介:王宏华(1963—)，男，江苏泰州人，博士，现为河海大学教授、博士生导师。研究方向为新型交直流电力传动等。·186·http:∥ZZHD．chinajournal．net．cnE-mail:ZZHD@chainajournal．net．cn《机械制造与自动化》·技术讲座·王宏华·光伏发电原理及发展现状图3表明，一定

7、的温度、照度下，光伏电池对应存在一个可能的最大功率输出运行点(Pmax=UpmaxIpmax)，但实际工作点则是光伏电池伏安特性与负载伏安特性的交点。*图3(a)中，给出了3条不同阻值RL1，RL，RL2的电阻负载*伏安特性(RL1＜RL＜RL2)，其与光伏电池伏安特性的3个交点A，M，B则为对应的3个实际工作点，只有当负载*电阻RL=RL时光伏电池才运行在最大功率点M，输出最图2光伏电池等效电路大功率Pmax(UpmaxIpmax)。事实上，光伏电池的短路电流与辐照度成正比，开路电压与温度成反比，辐照度增加、温［1-3，12］IL=Iph－ID－Ish度降低

8、将使其最大功率增加，故随着天气(辐照度