光伏发电实训系统

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1、KNT-SPV01光伏发电实训系统实验指导书<2011年全国职业院校技能大赛指定设备）南京康尼科技实业有限公司2011年3月第一部分光伏发电系统基础1.1光伏电池1.1.1半导体与PN结1.本征半导体纯净半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质，纯净的半导体称为本征半导休。制造半导体器件的常用半导体材料有硅（Si）、错（Ge）和确化傢（GaAs）等。本征硅半导体屮的硅原子核最外层冇四个价电子，硅品体为共价键结构，硅原了最外层的价电了被共价键束缚，在低温下，这些共价键是完好的，本征硅半导体显示出绝缘体特性。当温度升高或受到光照等外界激发时，共价键屮的某些价电子会

2、获得能量，摆脱共价键束缚，成为可以自由运动的电子，在原来的共价键中留出空穴。这些空穴乂会被邻近的共价键中的价电子填补，并在邻近的共价键屮产生新的空穴，空穴运动是带负电荷的的价电子运动造成的，其效果是带止电荷的粒了在运动。可以认为，□由电了是带负电荷的载流了，空穴是带正电荷的载流子。因此，本征半导体中冇两种载流子即电子和空穴，它们是成对出现的，称为电子-空穴对，两种载流子都可以传导电流。通常木征半导体屮的载流子浓度很低，导电能力差。当温度升高或受到光照时，本征半导体中的载流子浓度按指数规律增加，半导体的导电能力也显著增加。2.p型半导体和N型半导体纯净半导体中加入了微

3、量杂质，其导电能力会明显壇强。在本征硅半导体中掺入微量三价元素，如硼（B）等，硼原子核的最外层有三个价电子，在形成共价键时，就产生了一个空穴，因此掺入微量三价元素后，本征硅半导体中的空穴浓度大大增加，半导体的导电能力明显提高，主耍依靠空穴导电的半导体称为P型半导体。在P型半导体中，空穴浓度高于电了，空穴称为多数载流了，电了称为少数载流子。在本征硅半导体中掺入微量五价元索，如磷（P）等，磷原子核的最外层有五个价电子，在形成共价键吋，就产生了一个自由电子，因此掺入微量五价元素后，本征硅半导体中的电子浓度大大增加，半导休的导电能力明显提高，主耍依靠电子导电的半导体称为N型

4、半导体。在N型半导体中，电子的浓度高于空穴，电了称为多数载流了，空穴称为少数载流了。无论是P型半导体还是N型半导体，整个硅品体屮的正负电荷数量是相等的，是电屮性的。1.Pg采用特殊制造工艺使硅半导体的一边为P型半导体，另一边为N型半导体。由于在P型半导体屮的空穴浓度高于电子浓度，而在N型半导体屮电子浓度高于空穴浓度，因此，在P型半导体和N型半导体的交界而存在空穴和电子的浓度差。多数载流了会从高浓度处向低浓度处运动，这种由浓度差引起的多数载流了运动称为扩散运动，扩散运动的结果是在交界面P区一侧失去空穴留下不能移动的负离子，在N区一侧失去电子留下不能移动的正离子。这样，

5、在P型硅半导体和N型硅半导体交界面的两侧出现了由不能移动的正负离子形成的空间电荷区，称之为PN结。空间电荷区中产生了一个从N区指向P区的电场，该电场由多数载流了扩散而形成，称为内电场。空间电荷区中没有载流了，所以空间电荷区也称为耗尽层。如图1所示是半导体PN结的结构示意图。N区，子T~㊉•㊉•㊉•㊉㊉•㊉•㊉•㊉©•㊉•㊉•㊉_$1司电荷区_—内建电场方向►扩散运动方向图1半导体PN结的结构示意图PN结中的内电场力会使P区的电子即少数载流子向N区运动，同时使N区的空穴即少数载流子向P区运动，少数载流子在内电场力的作用下的运动称为漂移运动。扩散运动和漂移运动的方向是相

6、反的，起初，空间电荷区较小，内电场较弱,扩散运动占优势。随后空间电荷区不断扩大，内电场增强，对多数载流了扩散的阻力不断增人，多数载流子扩散运动逐渐减弱，然而少数载流子的漂移运动不断增强。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度相对稳定，流过PN结的扩散电流和漂移电流大小相等、方向相反，总电流保持为零。1.1.2光伏电池的工作原理光伏电池是半导体PN结接受太阳光照产生光生电势效应，将光能变换为电能的变换器。当太阳光照射到具冇PN结的半导体表面，P区和N区中的价电子受到太阳光子的冲激，获得能量摆脱共价键的束缚产生电子和空穴多数载流子和少数载流子，被太阳光子

7、激发产生的电子和空穴多数载流子在半导体中复合，不呈现导电作用。在PN结附近P区被太阳光了激发产生的电了少数载流了受漂移作用到达N区，同样，PN结附近N区被A阳光子激发产生的空穴少数载流子受漂移作用到达P区，少数载流子漂移对外形成与PN结电场方向相反的光生电场，一旦接通负载电路便有电能输出。图2是光伏电池受光线照射引起光生电势的示意图，①是光伏电池表而被反射的光线；②是太阳光子进入光伏电池表而，激发产生的电了和空穴在没有到达PN结时被复合；③是太阳光了到达PN结附近，激发产生的屯子和空穴少数载流子在PN结漂移的作用下，产生光生电势；④是太阳光子到达光伏电池深处，远