无噪声、无污染,能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、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、无需架 设输电线路、可以方便地与建筑物相结合等,因此,无论从近期还是远期,无论 从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度来考虑,太阳能电 池发电都极具吸引力。目前,太阳能电池发电系统大规模应用的唯一障碍是其成 本高,预计到21世纪中叶,太阳能电池发电的成本将会下降到同常规能源发电 相当。届时,太阳能电池发电将成为人类电力的重要来源之一。 目前太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形 式。光热利用具有低成本,方便,利用效率较高等优点,但不利于能量的传输, 般只能就地使用,而且输出能量形式不具备通用性。光化学转换在自然界中以 光合作用的形式普遍存在,但目前人类还不能很好地利用。光伏发电利用以电能 作为最终表现形式,具有传输极其方便的特点,在通用性、可存储性等方面具有 前两者无法替代的优势。且由于太阳能电池的原料一硅的储量十分丰富、太阳电 池转换效率的不断提高、生产成本的不断下降,都促使太阳能光伏发电在能源、 环境和人类社会未来发展中占据重要地位 由于太阳光资源具有分散性,而且随处可得,太阳能电池发电系统特别适 合于作为独立的电源使用,例如边远地区的村庄及户用供电系统、太阳能电池照 明系统,太阳能电池水泵系统以及大部分的通信电源系统等都属此类。太阳能电 池发电系统还可以同其它发电系统组成联合供电系统,如“风一光互补系统”、 “风一光一柴一蓄互补系统”等。由于风力发电系统成本低,又由于风能和太阳 能资源具有互补性,互补发电系统可以大大提高供电的稳定性,其价格比起独立 太阳能电池发电系统至少可减少1/3。除此之外,太阳能电池发电系统还可以与 电网相联构成并网发电系统。并网系统是将太阳能电池发出的直流电通过并网逆 变器直接馈入电网,从而可以大大减少蓄电池的存储容量。并网发电系统可分为 “可调度式并网系统”和“不可调度式并网系统”。“不可调度式并网系统”中不 带储能系统,馈入电网的电力完全取决于日照的情况:“可调度式并网系统”带 有储能系统,可根据需要随时将太阳能电池发电系统并入或退出电网。实践证明, 并网电站可以对电网调峰、提高电网末端的电压稳定性、改善电网的功率因数和 消除电网杂波均能发挥有效作用,很有应用前景。 3.太阳能光伏技术的发展及前景 太阳能电池最早用于空间技术,至今宇宙飞船和人造卫星的电力仍然基本上 依靠太阳能电池系统来供给。70年代以后,太阳能电池在地面得到广泛应用, 目前己遍及生活照明、铁路交通、水利气象、邮电通信、广播电视、阴极保护 农林牧业、军事国防、并网调峰等各个领域。功率级别,大到10MW的太阳能 电池发电站,小到手表、计算器的电源。随着太阳能电池发电成本的进一步降 低,它将进入更大规模的工业应用领域,如海水淡化、光电制氢、电动车充电 系统等;对于这些系统,目前世界上已有成功的示范。太阳能电池发电最终的 发展目标,是进入公共电力网的规模应用,包括中心并网光伏电站、风一光互 补电站、电网末稍的延伸光伏电站、分散式屋顶并网光伏系统等。展望太阳能 电池发电的未来,人们甚至设想出大型的宇宙发电计划,即在太空中建立人造 同步卫星光伏电站。1997年8月在加拿大蒙特利尔召开了第四届国际空间太 阳能电站会议,提出了一些构想,但付诸实施,恐非短期所能实现。但美国
5 无噪声、无污染，能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、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、无需架 设输电线路、可以方便地与建筑物相结合等，因此，无论从近期还是远期，无论 从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度来考虑，太阳能电 池发电都极具吸引力。目前，太阳能电池发电系统大规模应用的唯一障碍是其成 本高，预计到 21 世纪中叶，太阳能电池发电的成本将会下降到同常规能源发电 相当。届时，太阳能电池发电将成为人类电力的重要来源之一。 目前太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形 式。光热利用具有低成本，方便，利用效率较高等优点，但不利于能量的传输， 一般只能就地使用，而且输出能量形式不具备通用性。光化学转换在自然界中以 光合作用的形式普遍存在，但目前人类还不能很好地利用。光伏发电利用以电能 作为最终表现形式，具有传输极其方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有 前两者无法替代的优势。且由于太阳能电池的原料—硅的储量十分丰富、太阳电 池转换效率的不断提高、生产成本的不断下降，都促使太阳能光伏发电在能源、 环境和人类社会未来发展中占据重要地位。 由于太阳光资源具有分散性，而且随处可得，太阳能电池发电系统特别适 合于作为独立的电源使用，例如边远地区的村庄及户用供电系统、太阳能电池照 明系统, 太阳能电池水泵系统以及大部分的通信电源系统等都属此类。太阳能电 池发电系统还可以同其它发电系统组成联合供电系统，如“风－光互补系统”、 “风－光－柴－蓄互补系统”等。由于风力发电系统成本低，又由于风能和太阳 能资源具有互补性，互补发电系统可以大大提高供电的稳定性，其价格比起独立 太阳能电池发电系统至少可减少 1/3。除此之外，太阳能电池发电系统还可以与 电网相联构成并网发电系统。并网系统是将太阳能电池发出的直流电通过并网逆 变器直接馈入电网，从而可以大大减少蓄电池的存储容量。并网发电系统可分为 “可调度式并网系统”和“不可调度式并网系统”。“不可调度式并网系统”中不 带储能系统，馈入电网的电力完全取决于日照的情况；“可调度式并网系统”带 有储能系统，可根据需要随时将太阳能电池发电系统并入或退出电网。实践证明， 并网电站可以对电网调峰、提高电网末端的电压稳定性、改善电网的功率因数和 消除电网杂波均能发挥有效作用，很有应用前景。 3．太阳能光伏技术的发展及前景： 太阳能电池最早用于空间技术，至今宇宙飞船和人造卫星的电力仍然基本上 依靠太阳能电池系统来供给。70 年代以后，太阳能电池在地面得到广泛应用， 目前已遍及生活照明、铁路交通、水利气象、邮电通信、广播电视、阴极保护、 农林牧业、军事国防、并网调峰等各个领域。功率级别，大到 10MW 的太阳能 电池发电站，小到手表、计算器的电源。随着太阳能电池发电成本的进一步降 低，它将进入更大规模的工业应用领域，如海水淡化、光电制氢、电动车充电 系统等；对于这些系统，目前世界上已有成功的示范。太阳能电池发电最终的 发展目标，是进入公共电力网的规模应用，包括中心并网光伏电站、风－光互 补电站、电网末稍的延伸光伏电站、分散式屋顶并网光伏系统等。展望太阳能 电池发电的未来，人们甚至设想出大型的宇宙发电计划，即在太空中建立人造 同步卫星光伏电站。1997 年 8 月在加拿大蒙特利尔召开了第四届国际空间太 阳能电站会议，提出了一些构想，但付诸实施，恐非短期所能实现。但美国
日本已制订了试验性发射计划(容量等级为1000KWp数量级)。因为大气层外 的阳光辐射比地球上要高出30%以上,而且由于宇宙没有黑夜,卫星电站可以 连续发电。一组11km×4km的太阳能电池板,在空间可产生8000M的电力, 年的发电量将高达700亿千瓦时。空间电站可以将所发出的电通过微波源源 不断地传送回地球供人们使用。日本一批学者认为:在地球上的沙漠和荒原地 区架设太阳能电池阵列,用高温超导电缆联成网络便可解决全球能源供应,不 必再使用原子能核电站美国普林斯顿大学能源和环境研究所的一批学者认为: 在下一个十年内以光电为基础的电解水制氢和储氢技术将趋于成熟,他们经计 算后提出,如在新墨西哥州或亚利桑那州一块直径为386km的环形地区设置太 阳能电池制氢,便可提供相当于美国1986年的全部矿物燃料消耗的能量 由于晶体硅原料领域的发展(例如超薄晶体硅太阳电池的开发和使用更便宜 的太阳能级材料)和太阳能电池更先进的生产过程的发展,将使得晶体硅电池在 将来会变得更为便宜;此外,效率也将进一步得到提高。 薄膜太阳能电池,例如非晶硅太阳能电池,由于其廉价的生产成本而在消费 领域被广泛的应用。但它的效率低(约5一8%)、生产规模小、稳定性差、原料 利用率低,均限制了它的应用。然而,如果效率能被提高,稳定性问题能被解决 的话,这种太阳能电池仍将是将来的一个重要发展方向 基于镓砷化合物和其他Ⅲ_V族成分的薄片太阳能电池正处于早期的发展 阶段,由于它的效率有可能达到30%而显得尤为重要,但是这种类型的太阳能 电池在2005年以前还不可能得到广泛应用 由于太阳能光伏发电技术的重要性,在研究开发、产业化制造技术及市场开 拓方面成为世界各国特别是发达国家激烈竞争的主要热点。太阳能的光电利用已 经在世界范围内形成新兴产业,技术也在日新月异地发展,效率的提高和价格的 下降已呈必然趋势。澳大利亚新南威尔士大学已研制出η=24%的单体(4× 4cm)髙效硅太阳能电池。80年代以来,即使世界经济总体情况处于衰退和低 谷时期,光伏技术一直保持以10%-15%的递增速度发展。90年代后期,世界市场 出现了供不应求的局面,发展更加迅速。1997年世界太阳电池光伏组件生产 122MW,比1996年增长了38%(1996年88.5MW),超出光伏界专家最乐观的估计 二.太阳能光伏电源系统的原理及组成 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1-1所示
6 日本已制订了试验性发射计划（容量等级为 1000KWp 数量级）。因为大气层外 的阳光辐射比地球上要高出 30%以上，而且由于宇宙没有黑夜，卫星电站可以 连续发电。一组 11km×4km 的太阳能电池板，在空间可产生 8000MW 的电力， 一年的发电量将高达 700 亿千瓦时。空间电站可以将所发出的电通过微波源源 不断地传送回地球供人们使用。日本一批学者认为：在地球上的沙漠和荒原地 区架设太阳能电池阵列，用高温超导电缆联成网络便可解决全球能源供应，不 必再使用原子能核电站。美国普林斯顿大学能源和环境研究所的一批学者认为： 在下一个十年内以光电为基础的电解水制氢和储氢技术将趋于成熟，他们经计 算后提出，如在新墨西哥州或亚利桑那州一块直径为 386km 的环形地区设置太 阳能电池制氢，便可提供相当于美国 1986 年的全部矿物燃料消耗的能量。 由于晶体硅原料领域的发展（例如超薄晶体硅太阳电池的开发和使用更便宜 的太阳能级材料）和太阳能电池更先进的生产过程的发展，将使得晶体硅电池在 将来会变得更为便宜；此外，效率也将进一步得到提高。 薄膜太阳能电池，例如非晶硅太阳能电池，由于其廉价的生产成本而在消费 领域被广泛的应用。但它的效率低（约 5－8％）、生产规模小、稳定性差、原料 利用率低，均限制了它的应用。然而，如果效率能被提高，稳定性问题能被解决 的话，这种太阳能电池仍将是将来的一个重要发展方向。 基于镓砷化合物和其他Ⅲ－V 族成分的薄片太阳能电池正处于早期的发展 阶段，由于它的效率有可能达到 30％而显得尤为重要，但是这种类型的太阳能 电池在 2005 年以前还不可能得到广泛应用。 由于太阳能光伏发电技术的重要性，在研究开发、产业化制造技术及市场开 拓方面成为世界各国特别是发达国家激烈竞争的主要热点。太阳能的光电利用已 经在世界范围内形成新兴产业，技术也在日新月异地发展，效率的提高和价格的 下降已呈必然趋势。澳大利亚新南威尔士大学已研制出 η= 24%的单体（4× 4cm）高效硅太阳能电池。80 年代以来，即使世界经济总体情况处于衰退和低 谷时期，光伏技术一直保持以 10%-15%的递增速度发展。90 年代后期，世界市场 出现了供不应求的局面，发展更加迅速。1997 年世界太阳电池光伏组件生产 122MW，比 1996 年增长了 38%（1996 年 88.5MW），超出光伏界专家最乐观的估计。 二．太阳能光伏电源系统的原理及组成 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 1－1 所示
控制器 直流/交流 逆变器 交流负载 太阳能电池方阵 直流负载 蓄电池组 图1-1太阳能电池发电系统示意图 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05,工作电流约为20-25mAcm2,一般不能 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 错→ 单体 组件 方阵 图1-2太阳能电池单体、组件和方阵
7 控制器 蓄电池组 直流/交流 逆变器 交流负载 直流负载 太阳能电池方阵 图 1－1 太阳能电池发电系统示意图 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”。 图 1－2 太阳能电池单体、组件和方阵 单体 组件 方阵
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。对于单晶硅太阳能电池,由于所使用的单晶硅 材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质,使单晶硅的使用成本比较昂 贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性,意味着正负电荷对并不能全部被 PN结电场所分离,因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规 则而损失,所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅 太阳能电池用铸造的方法生产,所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅太 阳能电池属于薄膜电池,造价低廉,但光电转换效率比较低,稳定性也不如晶体 硅太阳能电池,目前多数用于弱光性电源,如手表、计算器等 般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为13--15% 产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为11--13 产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为5--8% (3)太阳能电池组件 个太阳能电池只能产生大约05V电压,远低于实际应用所需要的电压 为了满足实际应用的需要,需把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含 定数量的太阳能电池,这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上,太阳能电池 的标准数量是36片(10cm×10cm),这意味着一个太阳能电池组件大约能产生 17V的电压,正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。 通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件, 具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力,广泛应用于各个领域和系统。当 应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时,可把多个组件组成 太阳能电池方阵,以获得所需要的电压和电流。 太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于其防腐、防风、防雹、防雨等的能力。 其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。 这种组件的前面是玻璃板,背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防 潮、防污。太阳能电池也是被镶嵌在一层聚合物中。在这种太阳能电池组件中, 电池与接线盒之间可直接用导线连接。 组件的电气特性主要是指电流一电压输出特性,也称为V一I特性曲线,如 图1一3所示。Ⅴ一Ⅰ特性曲线可根据图1-3所示的电路装置进行测量。V Ⅰ特性曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流lm与电压Vm在特定的太阳 辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路即∨=0,此时的电流称为短路 电流lsc;如果电路开路即l=0,此时的电压称为开路电压∨oc。太阳能电池组 件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积,即P=Vx
8 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。对于单晶硅太阳能电池，由于所使用的单晶硅 材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，使单晶硅的使用成本比较昂 贵。多晶硅太阳能电池的晶体方向的无规则性，意味着正负电荷对并不能全部被 PN 结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能由于晶体的不规 则而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池低。多晶硅 太阳能电池用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池低。非晶硅太 阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体 硅太阳能电池，目前多数用于弱光性电源，如手表、计算器等。 一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为 13――15 % 产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为 11――13 % 产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为 5――8 % （3）太阳能电池组件 一个太阳能电池只能产生大约 0.5V 电压，远低于实际应用所需要的电压。 为了满足实际应用的需要，需把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一 定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。一个组件上，太阳能电池 的标准数量是 36 片（10cm×10cm），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生 17V 的电压，正好能为一个额定电压为 12V 的蓄电池进行有效充电。 通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件， 具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等的能力，广泛应用于各个领域和系统。当 应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件组成 太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。 太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于其防腐、防风、防雹、防雨等的能力。 其潜在的质量问题是边沿的密封以及组件背面的接线盒。 这种组件的前面是玻璃板，背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防 潮、防污。太阳能电池也是被镶嵌在一层聚合物中。在这种太阳能电池组件中， 电池与接线盒之间可直接用导线连接。 组件的电气特性主要是指电流－电压输出特性，也称为Ⅴ－Ⅰ特性曲线，如 图 1－3 所示。Ⅴ－Ⅰ特性曲线可根据图 1－3 所示的电路装置进行测量。Ⅴ－ Ⅰ特性曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流 Im 与电压 Vm 在特定的太阳 辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路即 V＝0，此时的电流称为短路 电流 Isc；如果电路开路即 I＝0，此时的电压称为开路电压 Voc。太阳能电池组 件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即 P＝VI
:电流sc:短路电流Im:最大工作电流 V:电压Voc:开路电压∨m:最大工作电压 图1-3太阳能电池的电流一电压特性曲线 当太阳能电池组件的电压上升时,例如通过增加负载的电阻值或组件的电压 从零(短路条件下)开始增加时,组件的输出功率亦从0开始增加;当电压达到 定值时,功率可达到最大,这时当阻值继续增加时,功率将跃过最大点,并逐 渐减少至零,即电压达到开路电压Voc。太阳能电池的内阻呈现出强烈的非线性。 在组件的输出功率达到最大点,称为最大功率点;该点所对应的电压,称为最大 功率点电压Vm(又称为最大工作电压);该点所对应的电流,称为最大功率点 电流m(又称为最大工作电流);该点的功率,称为最大功率Pm 随着太阳能电池温度的增加,开路电压减少,大约每升高1°C每片电池的 电压减少5m,相当于在最大功率点的典型温度系数为-0.4%/°C。也就是说, 如果太阳能电池温度每升高1°C,则最大功率减少04%。所以,太阳直射的夏 天,尽管太阳辐射量比较大,如果通风不好,导致太阳电池温升过高,也可能不 会输出很大功率。 由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳能光谱的分布和太 阳能电池的温度,因此太阳能电池组件的测量在标准条件下(STC)进行,测量 条件被欧洲委员会定义为101号标准,其条件是: 光谱辐照度 1000Wm2 大气质量系数 AM1.5 太阳电池温度 25℃ 在该条件下,太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率,表示为 Wp( peak watt)。在很多情况下,组件的峰值功率通常用太阳模拟仪测定并和国 际认证机构的标准化的太阳能电池进行比较。 通过户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的,因为太阳能电池组件 所接受到的太阳光的实际光谱取决于大气条件及太阳的位置;此外,在测量的过 程中,太阳能电池的温度也是不断变化的。在户外测量的误差很容易达到10% 或更大。 如果太阳电池组件被其它物体(如鸟粪、树荫等)长时间遮挡时,被遮挡的太 阳能电池组件此时将会严重发热,这就是“热斑效应”。这种效应对太阳能电池 会造成很严重地破坏作用。有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量,都可 能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热班效应而被破坏,需要在太
9 I: 电流 Isc: 短路电流 Im: 最大工作电流 V: 电压 Voc: 开路电压 Vm: 最大工作电压 图 1-3 太阳能电池的电流－电压特性曲线 当太阳能电池组件的电压上升时，例如通过增加负载的电阻值或组件的电压 从零（短路条件下）开始增加时，组件的输出功率亦从 0 开始增加；当电压达到 一定值时，功率可达到最大，这时当阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐 渐减少至零，即电压达到开路电压 Voc。太阳能电池的内阻呈现出强烈的非线性。 在组件的输出功率达到最大点，称为最大功率点；该点所对应的电压，称为最大 功率点电压 Vm（又称为最大工作电压）；该点所对应的电流，称为最大功率点 电流 Im（又称为最大工作电流）；该点的功率，称为最大功率 Pm。 随着太阳能电池温度的增加，开路电压减少，大约每升高 1C 每片电池的 电压减少 5mV，相当于在最大功率点的典型温度系数为－0.4%/C。也就是说， 如果太阳能电池温度每升高 1C，则最大功率减少 0.4%。所以，太阳直射的夏 天，尽管太阳辐射量比较大，如果通风不好，导致太阳电池温升过高，也可能不 会输出很大功率。 由于太阳能电池组件的输出功率取决于太阳辐照度、太阳能光谱的分布和太 阳能电池的温度，因此太阳能电池组件的测量在标准条件下（STC）进行，测量 条件被欧洲委员会定义为 101 号标准，其条件是： 光谱辐照度 1000W/m2 大气质量系数 AM1.5 太阳电池温度 25℃ 在该条件下，太阳能电池组件所输出的最大功率被称为峰值功率，表示为 Wp(peak watt)。在很多情况下，组件的峰值功率通常用太阳模拟仪测定并和国 际认证机构的标准化的太阳能电池进行比较。 通过户外测量太阳能电池组件的峰值功率是很困难的，因为太阳能电池组件 所接受到的太阳光的实际光谱取决于大气条件及太阳的位置；此外，在测量的过 程中，太阳能电池的温度也是不断变化的。在户外测量的误差很容易达到 10％ 或更大。 如果太阳电池组件被其它物体(如鸟粪、树荫等)长时间遮挡时，被遮挡的太 阳能电池组件此时将会严重发热，这就是“热斑效应”。这种效应对太阳能电池 会造成很严重地破坏作用。有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量，都可 能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳能电池由于热班效应而被破坏，需要在太 Ⅰ V Pm Vm Im Isc Voc