分析硅型光伏電池的電特性及太陽(yáng)能發(fā)電

安立兵

摘 要：本文首先針對(duì)硅型光伏電池的電路特性進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。其次，與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，提出硅型光伏電池的光照特性，同時(shí)對(duì)陽(yáng)光跟蹤器進(jìn)行詳細(xì)分析。在這一基礎(chǔ)上，將硅型光伏電池的電特性以及太陽(yáng)能發(fā)電在實(shí)際應(yīng)用中的效果進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：硅型光伏；光伏電池；電特性；太陽(yáng)能發(fā)電

在當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展的背景下，越來越多的能源被消耗，特別是一些不可再生能源，已經(jīng)逐漸處于匱乏的狀態(tài)。這樣就需要各個(gè)行業(yè)在發(fā)展過程中，通過一些可再生能源的利用，來滿足各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展過程中的需求。其中，太陽(yáng)能電池是直接將光能轉(zhuǎn)換成為電能的半導(dǎo)體器件，這種操作模式的基本工作原理就是太陽(yáng)光可以直接照射在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，這樣能夠形成一種新的空穴-電子對(duì)。與此同時(shí)，在P-N結(jié)電場(chǎng)的作用和影響下，空穴會(huì)逐漸從n區(qū)流向P區(qū)，只要這一步驟完成之后，電路接通之后就可以形成有效的電流。由此可以看出，由單品或者是其他一些多晶硅片半導(dǎo)體器件相互組合而成的太陽(yáng)能電池，可以將其稱之為硅型光伏電池。

1.硅型光伏電池的電路特性分析

硅型光伏電池的等效電路圖可以如圖1中內(nèi)容所示。

通過對(duì)上圖中所示內(nèi)容進(jìn)行分析之后可以看出，一般情況下，由光生伏特效應(yīng)而產(chǎn)生出來的電流，可以將其稱之為光生電流。

除此之外，由于光伏電池本身具有一定的溫度特性，所以如果開路電壓本身在作用過程中，隨著溫度的升高而出現(xiàn)下降的狀態(tài)，那么短路電流就會(huì)隨著溫度的升高而越來越高。但是電池的整體轉(zhuǎn)換效率在這種狀態(tài)下，會(huì)隨著溫度的升高而出現(xiàn)下降的狀態(tài)。溫度如果每升高1攝氏度的時(shí)候，那么硅光電池自身的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)下降0.35%至0.45%左右。由此可以看出，如果是處于25攝氏度工作狀態(tài)下的硅型光伏電池，其整體轉(zhuǎn)換率會(huì)比在70攝氏度工作下的轉(zhuǎn)換率高出20%左右[1]。

2.硅型光伏電池的光照特性與陽(yáng)光跟蹤器分析

現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，促使太陽(yáng)能已經(jīng)逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚闹匾茉粗?，通過太陽(yáng)能可以發(fā)電，可以做其他的事情。硅型光伏電池在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于自身的光照特性，會(huì)受到太陽(yáng)光的直接入射光譜影響，所以其整體輻射強(qiáng)度比較大。如圖2所示[2]。

通過對(duì)上圖中所呈現(xiàn)出的內(nèi)容進(jìn)行分析可以判斷出，短路電流在其中會(huì)隨著光強(qiáng)度越來越高，而導(dǎo)致其線性也會(huì)出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的增加。開而開路電壓如果處于光比較弱的情況下時(shí)，如果光強(qiáng)增加很快，那么其本身也會(huì)隨之增加，但是如果強(qiáng)光處于比較飽和的狀下時(shí)，那么最佳輸出功率就會(huì)跟隨著光強(qiáng)而出現(xiàn)直線上升的趨勢(shì)。

在本文的分析過程中，為了從根本上保證硅型光伏電池板的整體轉(zhuǎn)換效率得到有效提升，可以模擬使用一種攜帶太陽(yáng)光的跟蹤器，這樣有利于直接對(duì)太陽(yáng)方向起到良好的跟蹤效果，為硅型光伏電池板的應(yīng)用提供有效的太陽(yáng)光保障。該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是由操作平臺(tái)、硅太陽(yáng)能電池板等器件相互組合而成[3]。

一般情況下，太陽(yáng)能電池板與操作平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用過程中，會(huì)直接利用特別制定的不銹鋼合頁(yè)促使兩者之間建立有效的連接。電池板的背面基本上都是一些鋁襯板，在鋁襯板當(dāng)中，需要通過鋁合金的使用，在其中固定一個(gè)可以通過鋁制連接的耳板。在該耳板的實(shí)際應(yīng)用過程中，可以直接通過一個(gè)不銹鋼的銷軸與操作平臺(tái)的支座之間建立有效連接，并且在建立連接之后，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在針對(duì)太陽(yáng)能電池板的上端進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，一般都會(huì)設(shè)置兩個(gè)陽(yáng)光跟蹤器，這樣不僅有利于從根本上對(duì)兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)起到有效的控制效果，而且還能夠保證這種控制效果達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。但是通常情況下，只會(huì)使用一個(gè)，而另外一個(gè)方向在一些微動(dòng)部分，會(huì)直接通過手動(dòng)控制的方式對(duì)其進(jìn)行操作。除此之外，陽(yáng)光跟蹤器在實(shí)際應(yīng)用過程中，其主要是通過信號(hào)的作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制[4]。同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)推桿的有效控制，這樣不僅有利于從根本上保證太陽(yáng)能電池板可以隨著太陽(yáng)的方向變化而出現(xiàn)上下移動(dòng)的變化狀態(tài)，而且還能夠通過左右移動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)系統(tǒng)控制的根本目的。只有這樣做，才能夠最大限度保證輸出功率處于最佳優(yōu)化狀態(tài)。

3.硅型光伏電池的電特性以及太陽(yáng)能發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用

光伏太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在構(gòu)建以及實(shí)際運(yùn)作過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，這樣才能夠保證其整體應(yīng)用效果。一般情況下，如果將若干硅型光伏電池組建經(jīng)過串聯(lián)以及并聯(lián)之后，可以排列成為光伏陣列，這樣不僅能夠從根本上滿足光伏系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)作過程中的個(gè)性化需求，而且還能夠保證實(shí)際電壓和電流的需求也一并得到落實(shí)。硅型光伏電池組件作實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的時(shí)候，需要將所有具有相同電流容量的組件全部都有效的串聯(lián)在一起。在串聯(lián)之后，陣列可以輸出相對(duì)應(yīng)的電壓，而這個(gè)電壓是硅型光伏電池在輸出之后的電壓總和。如果是相同電流容量的硅型光伏電池在實(shí)現(xiàn)串聯(lián)之后，其輸出陣列的電流會(huì)保持不變的狀態(tài)。除此之外，如果是硅型光伏電池組件相互之間實(shí)現(xiàn)并聯(lián)的時(shí)候，需要要求所有參與到并聯(lián)當(dāng)中的光伏電池輸出電流能夠呈現(xiàn)出總和狀態(tài)，但是對(duì)于電壓而言，可以保持不變的狀態(tài)。通常情況下，一些比較常見的晶體硅型光復(fù)電池組件或者是一些模塊當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)數(shù)量基本上可以控制在36或者是40個(gè)左右。而1個(gè)硅型光伏電池的額定輸出電壓一般會(huì)設(shè)置在0.45V左右，組件的額定電壓大概在16至18V，在這一基礎(chǔ)上，可以直接對(duì)額定在12V的蓄電池進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的充電操作。

通過對(duì)光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)的實(shí)際容量進(jìn)行計(jì)算之后可以得出以下結(jié)果。

首先，在針對(duì)光伏電池容量進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，由于進(jìn)風(fēng)口的面積大概在1100mm×660mm，所以需要結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)不同廠家的不同性能要求，利用多晶硅。在多晶硅使用過程中，要將其對(duì)應(yīng)功率控制在50至100W之間。由于蓄電池本身的額定電壓大多數(shù)情況下，都會(huì)被控制在12V，所以可以直接要求廠家在針對(duì)多晶硅電池板進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，直接將其設(shè)置為1100mm×660mm、17V、80W左右的電池板。其次，在針對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，大多數(shù)情況下，都會(huì)選擇利用一些具有固定型特征的密封式鉛酸蓄電池。一般這種類型的蓄電池最大放電深度可以達(dá)到0.8，而在使用過程中，為了能夠從根本上保證蓄電池自身的使用壽命得到延長(zhǎng)，在設(shè)計(jì)過程中，會(huì)將其最大放電深度設(shè)置在0.7。如果是80W的光伏電池，那么整體而言，直接選擇200Ah的蓄電池就已經(jīng)可以滿足其在使用時(shí)的一系列用電需求。

參考文獻(xiàn)

[1]董科楓.光伏太陽(yáng)能熱泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和變?nèi)萘靠刂蒲芯縖D].東南大學(xué)，2017.

[2]劉博.光伏儲(chǔ)能微源控制策略研究[D].華北電力大學(xué)，2016.

[3]高揚(yáng).考慮天氣因素的光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性研究[D].華北電力大學(xué)，2016.

[4]王邦均.基于太陽(yáng)能供電的數(shù)控恒流電源[D].成都理工大學(xué)，2015.

（作者單位：英利能源（中國(guó)）有限公司）