什么是太阳能发电系统

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或 110V,还需要配置逆变器。各部分的作用为:

(一)太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

(二)太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

(三)蓄电池:一般为铅酸电池,一般有12V和24V这两种,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。

(四)逆变器:在很多场合,都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。为能向AC220V的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DC-DC逆变器,如将24VDC的电能转换成5VDC的电能(注意,不是简单的降压)。

太阳能电池板材料 

当前,晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中,形成技术封锁、市场垄断的状况。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同,分为电子级和太阳能级。其中,用于电子级多晶硅占55%左右,太阳能级多晶硅占45%,随着光伏产业的迅猛发展,太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展,预计到2008年太阳能多晶硅的需求量将超过电子级多晶硅。 1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW,而2004年就接近1200MW,在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。

 太阳能电池的原理 

太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

一、太阳能发电方式

太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。

(1) 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kW的投资为2000~2500美元。因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

(2) 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染;太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是其它电源无法比拟的

电池板原料:玻璃,EVA,电池片、铝合金壳、包锡铜片、不锈钢支架、蓄电池等

太阳能电池板新型涂层研发成功  

美国伦斯勒理工学院研究人员2008年开发出一种新型涂层,将其覆盖在太阳能电池板上能使后者的阳光吸收率提高到96.2%,而普通太阳能电池板的阳光吸收率仅为70%左右。

新涂层主要解决了两个技术难题,一是帮助太阳能电池板吸收几乎全部的太阳光谱,二是使太阳能电池板吸收来自更大角度的太阳光,从而提高了太阳能电池板吸收太阳光的效率。

普通太阳能电池板通常只能吸收部分太阳光谱,而且通常只在吸收直射的太阳光时工作效率较高,因此很多太阳能装置都配备自动调整系统,以保证太阳能电池板始终与太阳保持最有利于吸收能量的角度。

多元化合物太阳电池

除了常用的单晶、多晶、非晶硅电池之外,多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种:

a) 硫化镉太阳能电池

b) 砷化镓太阳能电池

c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池)

家用太阳能发电过程

下文来自百度文库《自制家用太阳能发电照明系统(转载)》,经查找,原文在此:http://geek.moming.info/archives/36/

我对其修改后整理如下,图片来自莫鸣的博客,感谢他。

太阳能发电系统由太阳能电池、太阳能充放电控制器、铅酸免维护蓄电池、逆变器和照明灯具组成

太阳能电池(30W

一般使用单晶硅/多晶硅太阳能电池,体积小,光电转换效率高。现在的价格平均为30元/W,封装后的成品会略贵些。建议购买成品,质量和稳定性有保证。本人使用30W单晶硅太阳能电池,设计寿命为25年,使用不锈钢支架安装于阳台外(可在铝合金门窗加工店定制),横向摆放可使抗风性更好,如下图。

太阳能充放电控制器(12V/10A

太阳能充放电控制器是专为太阳能直流供电系统设计的,目的是为了提供过充、过放、电子短路、过载保护,在10W以上的太阳能系统中,是必不可少的,相当于整个系统的心脏。控制器的空载损耗仅为6mA,非常省电。太阳能充放电控制器有三对正负极接口,分别接太阳能电池、蓄电池和负载,如下图所示。控制器的选购跟负载有关,如负载超过120W,需要选用12V/20A的控制器。

铅酸免维护蓄电池(12V/24AH

在有些国家的太阳能系统中,可以直接通过逆变器转为交流电后输到电网,由政府收购,然后晚上再从电网问政府买电,如果发电量大还可以赚钱,也节约了蓄电池的成本。但我国目前还没有类似收购计划,电表也是单向运转的,如果将电输到电网,还会增加每月电费开支,所以使用蓄电池来存储白天所发的电量以供夜间使用,如下图所示。蓄电池建议选择铅酸免维护蓄电池,不用加水,使用方便。蓄电池的容量不能选太小,因为太小会浪费太阳能电池所发电量;也不能选太大,因为长时间处于未充满状态会影响电池寿命。一般情况下,以两天可以充满电池为宜。

逆变器(70W

现在市面上有很多车载逆变器,转换效率高,价格便宜。因车载逆变器也是12V输入,所以用来当太阳能发电系统的逆变器正好合适。经测试,如果负载达到20%以上,即可使逆变器达到90%以上的转换效率;如果负载在20%以下,会使转换效率变低。所以根据负载选择合适的逆变器,可以达到最高效率,如下图。

照明灯具(18W

照明灯具的选择着实令我费了番功夫。有LED,12V直流节能灯,220V交流节能灯这三种选择。因为是卧室照明,LED虽然光效最高,但功率小,色谱缺失,散热和驱动电路麻烦等问题,首先被排除。12V直流灯本来是最合适的光源,但是采购困难,而且光效不高。220V交流节能灯可以达到60LM/W以上,虽然逆变器会损失10%的效率,但直流节能灯一般仅为45LM/W,总体而言,还是普通的220V交流节能灯最合适。

 安装

在室外安装好太阳能电池后,需要将室内的蓄电池,太阳能控制器等固定安装。安装时请注意散热和防潮防雷,注意安全。建议可以将蓄电池安放在干燥通风、对人体安全的地方。太阳能电池板固定在室外,让其可充分受到阳光照射,且便于后期人工维护。

使用感受

经测试,每天上午8点到下午3点是太阳光辐射最强的时候(上海),30W太阳能电池板在阳光下开路电压可以达到19V,短路电流可以达到1.6A,基本达到额定功率。而到了下午4点后或在阴雨天,电流就只有0.3A-0.5A,所以太阳能发电系统的设计需要考虑到连续阴雨天的情况,阴雨天发电量为晴天的1/3左右,一般以可以保证连续三个阴雨天能正常使用为佳。

除了照明外,在逆变器插上电风扇(55W),笔记本电脑(60W),都可以正常工作。如果需要长时间使用笔记本电脑或电视机等用电器,请将太阳能控制器更换成12V/20A(240W),逆变器可选150W-300W。切不可使用空调,微波炉等高功率电器。如果需要高功率电器,可以增加太阳能电池板的发电功率,选择合适的蓄电池和逆变器。

虽然从成本来说,现在太阳能发电高于市电的价格,需要好几十年才可以收回投资成本,但环保是更为重要的。随着电力价格的上涨,和太阳能电池价格的下调,不久的将来,太阳能发电将接近或低于市电的价。到时,我们将充分利用太阳能这一绿色无污染的能源。

百度经验还有1篇文章讲述如何制作太阳能发电系统:http://jingyan.baidu.com/article/d713063513791f13fcf47561.html

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