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走进太阳能-光伏发电基础知识

发布时间:2011年2月12日

 

一、太阳能电池
太阳能电池的利用光伏效应把太阳的光能转换成电能。对于硅电池来说,在标准条件下(光谱照度: 100W/m 2 ,光谱: AM1.5 ,温度: 25 ℃ ),它的开路电压为 0.48 ~ 0.6V 。将多个单体太阳能电池连接,并进行封装,可以构成不同面积、不同功率的太阳能电池组件,也可统称为太阳能电池板。单体太阳能电池一般是不能使用的,实际应用的是太阳能电池组件。
单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池是目前较常见、较实用的三种太阳能电池。
多晶硅太阳能电池的生产工艺相对简单,价格比单晶硅低。近年来,由于多晶硅太阳能电池技术的不断进步,其转换效率得到不断提高。单晶硅太阳能电池的效率比较高,但价格高于多晶硅太阳能电池。非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低,可在室内阳光很弱的情况下使用。
目前太阳能电池的封装形式主要层压工艺和滴胶工艺有两种。采用层压工艺封装的太阳能电池可以保证 25 年以上的工作寿命,其工艺特性和使用寿命优于滴胶封装形式。
A、不管哪种太阳能电池都具有以下五大电性能:
1 、 Isc =短路电流;
2 、 Im =峰值电流;
3 、 Voc =开路电压;
4 、 Vm =峰值电压;
5 、 Pm =峰值功率=( Im × Vm )
B、太阳能电池组件功率的选择:
太阳能电池峰值功率是标准条件下( STC )太阳能电池(组件)的输出最大功率,单位峰瓦,或用符号 Wp 表示。( STC 即:欧洲委员会定义的 101 标准,辐射强度 1000W/m 2 ,大气质量 AM1.5 ,电池温度 25 ℃ )
太阳能电池(组件)的输出功率取决于太阳幅照度、太阳光谱分布和太阳能电池(组件)的工作温度。在不同的时间,不同的地点,同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。并不向有些人想象的那样,只要有阳光就会有额定输出功率,甚至认为太阳能电池在灯光下也可以正常使用。
按面积计算,每平米的太阳能电池的输出功率大约为 120W ;随着转换效率的提高,其输出功率也相应的增大。太阳能电池组件输出功率的选择,要根据太阳能灯的光源功率、使用时间和当地的气候地理条件等来确定。
C、太阳能电池组件安装倾角:
由于我国南北纬度跨越较大,太阳能电池组件安装倾斜角度要随安装地区纬度的不同发生变化。一般情况下,长江以南地区的安装倾角在 30 度左右;长江以北地区的安装倾角在 45 度左右;东北地区应在 50 度左右。方向为正南方或偏西 5 度。
水平放置的太阳能电池,其输出功率将降低 15% ~ 20% 。
D、 太阳能电池组件的热岛效应:
太阳能电池组件在使用过程中,如果有一片太阳能电池单独被树叶等遮挡物长时间遮挡,被遮挡的单片太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏,甚至会造成整个太阳能电池组件损坏,这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应,一般是将太阳能电池倾斜放置,使太阳能电池表面不能附着遮挡物。
二、控制器
对任何一个太阳能照明系统来说,充放电控制电路的优劣将直接影响到系统应用的成败。由于太阳能光伏发电系统输入的能量极不稳定,光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通对蓄电池充电的控制要复杂。
一个性能良好的光伏控制器应具有控制蓄电池充放电、温度调节、最大功率跟踪和过充保护、过放保护、短路保护、反接保护等多种保护功能以及自动开关和时间调整功能。从而保证系统可靠运行,同时使太阳能电池组件可以在不同温度和辐照情况下智能输出最大功率,使照明系统具有很高的效率。
三、蓄电池
由于太阳能照明系统蓄电池的充电直接由太阳能电池提供,得到的能量极不稳定 , 所以要配置容量合理、性能可靠的蓄电池,以保证光伏发电系统的正常工作。
在太阳能光伏照明系统中,通常选用的是免维护铅酸蓄电池。
免维护铅酸电池是一种新型的蓄电池,它采用全密封方式,放电率高,特性稳定;无需加水;安装时简单,占地面积小,可水平和垂直安装;期望寿命一般为 5 ~ 7 年。
选择蓄电池容量的一般原则是:首先够满足夜晚照明要求 , 并能把白天太阳能电池组件产生的能量尽量存储下来,同时还能满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。
蓄电池容量过小不能满足夜晚照明的需要,蓄电池容量过大,蓄电池长期处在亏电状态,缩短蓄电池寿命,同时也浪费不必要的投资。
四、光源负载
太阳能灯以节能环保为优势,负载应该节能、低耗、寿命长。半导体 LED 灯、 12V 直流节能灯、低压钠灯、高压钠灯、无极电磁感应灯等都可以作为太阳能灯的光源。
目前太阳能草坪灯多选用 LED 作为光源。 LED 寿命可达 100000 小时以上,工作电压低,非常适合应用在太阳能草坪灯上。
太阳能庭院灯一般采用 LED 光源和 12V 直流节能灯。直流节能灯电压为直流,无需逆变,方便安全。
太阳能路灯根据实际情况需要,可在 12V 直流节能灯、低压钠灯、高压钠灯、无极电磁感应灯等多种光源中进行选择。   
不管选用那种光源,其亮度与光源的功率有直接关系,也直接影响系统配置和投资费用。在相同照明时间条件下,光源功率越大,亮度越高,系统配置越大,费用越高;功率越小,亮度越低,系统配置降低,费用减少。
五、灯具和灯杆
灯具一般是指用于安装照明光源的部分,也就是通常所说的灯头;灯杆分为变径杆、锥形杆、组合杆等多种形式,并通过挑臂与灯具连接。
一般的灯杆、灯具都可作为太阳能灯的选择对象。如果采用在灯杆上直接安装太阳能电池组件的方案,需根据太阳能电池组件面积加工制作太阳能电池组件的支架,同时考虑灯杆的抗风强度问题。
灯具和灯杆的选择面较宽,一般满足实用、美观的要求即可。
六、线缆和连接紧固辅件
线缆用于连接太阳能电池组件、蓄电池、充放电控制器、光源等器件。线缆的线径标准随系统配置需要确定,线缆的长度随灯杆高度和器件安装位置确定。
连接紧固辅件用于固定各器件连线的输入、输出端子;固定灯杆及灯具。
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