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《光伏發(fā)電原理與實(shí)踐》主要作為相關(guān)企業(yè)電氣、電子、光電工程技術(shù)人員進(jìn)行光伏發(fā)電技術(shù)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的教材或參考書(shū)，也可作為高等院校以及高職光伏發(fā)電相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)用書(shū)。
隨著電氣與光電技術(shù)的飛躍發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)正越來(lái)越廣泛地受到設(shè)計(jì)師和工程技術(shù)人員的關(guān)注和重視。光伏發(fā)電技術(shù)是一門綜合性交叉學(xué)科，與很多學(xué)科相互滲透、結(jié)合，是自然科學(xué)和工程學(xué)的結(jié)合，其理論基礎(chǔ)寬廣，工程實(shí)踐綜合性強(qiáng)。
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本書(shū)由尤源主筆，唐健、朱成云、劉艷、趙杰、丁基勇、劉成林、陳杰、夏道澄、鮑安平、張文建、盛冬、王勇軍、張猛、毛明軍、徐正來(lái)、謝軍、孫永旺等參加了編寫工作。本書(shū)在編寫過(guò)程中得到了江蘇偉創(chuàng)晶集團(tuán)的大力支持，在此表示由衷感謝。
由于時(shí)間倉(cāng)促、水平有限，書(shū)中難免有不當(dāng)和漏誤之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
編者
2014年6月
目錄
前言
第1章 太陽(yáng)能電池的基本原理和分類 1
1.1 緒論 1
1.2 太陽(yáng)能電池的基本原理 3
1.2.1 太陽(yáng)能電池的物理原理 4
1.2.2 太陽(yáng)能電池的伏安特性 5
1.2.3 寄生電阻的影響 7
1.2.4 光學(xué)損失和復(fù)合損失 8
1.3 太陽(yáng)常數(shù)和大氣質(zhì)量 10
1.4 晶硅太陽(yáng)能電池的種類和技術(shù)發(fā)展 11
習(xí)題 15
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 15
實(shí)驗(yàn)一 太陽(yáng)能電池板伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn) 15
實(shí)驗(yàn)二 環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn) 19
第2章 太陽(yáng)能電池工藝及檢測(cè) 22
2.1 太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室制備 22
2.1.1 磁控濺射鍍膜 22
2.1.2 真空蒸發(fā)鍍膜 25
2.2 太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化簡(jiǎn)介 26
2.2.1 單晶硅太陽(yáng)能電池 26
2.2.2 多晶硅太陽(yáng)能電池 28
2.2.3 硅帶太陽(yáng)能電池 29
2.3 太陽(yáng)能電池的性能測(cè)試 31
2.3.1 X射線衍射 31
2.3.2 掃描電子顯微鏡 31
2.3.3 X射線光電子能譜 32
2.3.4 光致熒光發(fā)光譜 33
2.3.5 紫外—可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)量薄膜透光率 34
2.3.6 四探針及霍爾效應(yīng)測(cè)試薄膜電學(xué)性能 34
2.3.7 電化學(xué)C-V 35
2.3.8 太陽(yáng)能電池光譜測(cè)試系統(tǒng) 36
習(xí)題 37
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 37
實(shí)驗(yàn)三 太陽(yáng)能電池板的暗伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn) 37
實(shí)驗(yàn)四 太陽(yáng)能電池光譜特性測(cè)試實(shí)驗(yàn) 41
第3章 太陽(yáng)能電池組件及聚光電池 45
3.1 太陽(yáng)能電池組件 45
3.2 聚光太陽(yáng)能電池 48
3.2.1 聚光電池的基本原理 48
3.2.2 聚光電池的技術(shù)參數(shù) 48
3.2.3 聚光器的總類 49
3.2.4 砷化鎵(GaAs)電池 50
3.3 太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)的引入 52
3.3.1 追光系統(tǒng)概述 52
3.3.2 跟蹤裝置 55
3.3.3 四象限閉環(huán)控制系統(tǒng)原理 56
3.3.4 開(kāi)環(huán)及閉、開(kāi)環(huán)相結(jié)合的追光系統(tǒng)原理 58
習(xí)題 64
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 64
實(shí)驗(yàn)五 太陽(yáng)能可變阻抗負(fù)載實(shí)驗(yàn) 64
實(shí)驗(yàn)六 聚光太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) 66
綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 69
實(shí)驗(yàn)七 太陽(yáng)能電池板逐日系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 69
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 75
實(shí)驗(yàn)八 直流步進(jìn)電機(jī)型云臺(tái)自動(dòng)追光電路的設(shè)計(jì) 75
實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 80
實(shí)驗(yàn)九 交流24V電機(jī)雙軸云臺(tái)自動(dòng)追光電路的設(shè)計(jì)與制作 80
第4章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 86
4.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理 86
4.2 太陽(yáng)龍光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 86
4.3 獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 89
4.4 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng) 91
4.1.1 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)組成 91
4.4.2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器要求 92
4.4.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 93
4.5 智能微網(wǎng) 93
4.5.1 智能微網(wǎng)的概念 93
4.5.2 智能微網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn) 93
4.5.3 智能微網(wǎng)運(yùn)行方式 94
4.5.4 智能微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 95
習(xí)題 96
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 96
實(shí)驗(yàn)十 太陽(yáng)能光伏板能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) 96
實(shí)驗(yàn)十 太陽(yáng)能負(fù)載最大輸出實(shí)驗(yàn) 100
綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 103
實(shí)驗(yàn)十二 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 103
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 106
實(shí)驗(yàn)十三 小功率光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 106
第5章 蓄電池 110
5.1 蓄電池概述 110
5.2 蓄電池的基本概念 111
5.2.1 蓄電池的分類 111
5.2.2 蓄電池的電壓 111
5.2.3 蓄電池的容量 111
5.3 鉛酸蓄電池 113
5.3.1 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu) 113
5.3.2 鉛酸蓄電池的工作原理 114
5.3.3 鉛酸蓄電池的充放電特性 116
5.4 VRLA蓄電池 117
5.4.1 VRLA電池的結(jié)構(gòu) 117
5.4.2 VRLA蓄電池的工作原理 118
5.4.3 VRLA蓄電池的密封原理 118
5.4.4 VRLA電池的兩大類技術(shù)——AGM電池和膠體電池 119
5.4.5 VRLA蓄電池的技術(shù)特性 120
5.5 鋰電池 122
5.5.1 鋰電池的結(jié)構(gòu) 122
5.5.2 鋰電池的工作原理 123
5.5.3 鋰電池的特點(diǎn) 123
5.5.4 鋰電池的使用注意事項(xiàng) 124
5.6 蓄電池的使用和維護(hù) 124
5.6.1 蓄電池與控制器的連接與安裝蓄電池的注意事項(xiàng) 124
5.6.2 充電注意事項(xiàng) 124
5.6.3 日常的維護(hù) 125
習(xí)題 125
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 125
實(shí)驗(yàn)十四 太陽(yáng)能電池組件和蓄電池的選擇 125
實(shí)驗(yàn)十五 太陽(yáng)能蓄電池性能測(cè)試實(shí)驗(yàn) 127
第6章 控制器 132
6.1 控制器的基本工作原理 132
6.2 控制器的功能 133
6.3 控制器的分類 133
6.3.1 并聯(lián)型控制器 133
6.3.2 串聯(lián)型控制器 134
6.3.3 脈寬調(diào)制型控制器 135
6.3.4 多路控制型控制器 136
6.3.5 最大功率跟蹤型控制器 136
6.4 光伏控制器的選用 137
6.4.1 光伏控制器的主要技術(shù)參數(shù) 137
6.4.2 光伏控制器的主要性能特點(diǎn) 139
6.4.3 光伏控制器的配置選型 141
習(xí)題 141
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 142
實(shí)驗(yàn)十六 太陽(yáng)能電池控制器工作原理實(shí)驗(yàn) 142
實(shí)驗(yàn)十七 太陽(yáng)能電池控制器充放電保護(hù)實(shí)驗(yàn) 145
綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 149
實(shí)驗(yàn)十八 觸摸屏技術(shù)在光伏發(fā)電監(jiān)控中應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) 149
實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 155
實(shí)驗(yàn)十九 太陽(yáng)能光伏控制器設(shè)計(jì)與制作 155
第7章 光伏逆變器 162
7.1 逆變器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 162
7.1.1 單相電壓型逆變器 162
7.1.2 電壓型三相逆變電路 164
7.2 逆變器的PWM控制 167
7.2.1 PWM控制的基本原理 167
7.2.2 PWM逆變電路的控制萬(wàn)式 168
7.2.3 PWM產(chǎn)生方法 169
習(xí)題 171
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 171
實(shí)驗(yàn)二十 太陽(yáng)能光伏逆變器工作原理分析實(shí)驗(yàn) 171
實(shí)驗(yàn)二十 太陽(yáng)能光伏逆變器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn) 175
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 177
實(shí)驗(yàn)二十二 單相并網(wǎng)型光伏逆變器的設(shè)計(jì) 177
實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 180
實(shí)驗(yàn)二十三 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)逆變器設(shè)計(jì)及制作 180
第8章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用及工程實(shí)例 185
8.1 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在照明領(lǐng)域的應(yīng)用 185
8.1.1 太陽(yáng)能路燈結(jié)構(gòu)組成 185
8.1.2 太陽(yáng)能路燈工作原理 186
8.2 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用 187
8.3 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在光伏發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用 188
8.3.1 大型光伏發(fā)電系統(tǒng)（電站） 188
8.3.2 小型光伏發(fā)電系統(tǒng) 189
8.4 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用 189
8.4.1 太陽(yáng)能汽車和太陽(yáng)能電動(dòng)車 189
8.4.2 太陽(yáng)能游船 192
8.4.3 太陽(yáng)能飛機(jī) 192
8.5 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用 193
8.5.1 太陽(yáng)能光伏建筑一體化 193
8.5.2 太陽(yáng)能光電幕墻 195
8.5.3 光伏建筑一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 196
8.5.4 光伏建筑一體化建筑設(shè)計(jì) 199
8.5.5 光伏建筑一體化光伏系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 204
8.6 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用 205
8.6.1 光伏農(nóng)業(yè)概述 205
8.6.2 太陽(yáng)能發(fā)電在植物補(bǔ)光中的具體應(yīng)用 207
8.7 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在太空領(lǐng)域中的應(yīng)用 209
8.8 太陽(yáng)能光伏技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 210
8.9 光伏發(fā)電系統(tǒng)工程實(shí)例 211
8.9.1 10kW光伏發(fā)電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì) 211
8.9.2 家庭用光伏發(fā)電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì) 217
習(xí)題 219
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 220
實(shí)驗(yàn)二十四 不同負(fù)載對(duì)太陽(yáng)能光伏逆變器的影響實(shí)驗(yàn) 220
實(shí)驗(yàn)二十五 太陽(yáng)能光伏控制器電磁兼容測(cè)試 222
綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 226
實(shí)驗(yàn)二十六 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) 226
實(shí)驗(yàn)二十七 太陽(yáng)能汽車應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) 230
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 232
實(shí)驗(yàn)二十八 太陽(yáng)能多功能電源充電器設(shè)計(jì) 232
實(shí)驗(yàn)二十九 30W太陽(yáng)能LED路燈電路的設(shè)計(jì) 236
實(shí)驗(yàn)三十 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 242
參考文獻(xiàn) 246
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
�。�1）調(diào)研各種類型的太陽(yáng)能電池光譜特性。
（2）閱讀教材中的太陽(yáng)能電池板的工作原理。
三、實(shí)驗(yàn)原理
太陽(yáng)能電池并不能把任何一種光都同樣地轉(zhuǎn)換成電。例如，通常紅光轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤c藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤遣煌�。由于光的顏色（波長(zhǎng)）不同，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤膊煌�，這種特性稱為光譜響應(yīng)特性。光譜響應(yīng)特性的測(cè)量是用一定強(qiáng)度的單色光照射太陽(yáng)能電池，測(cè)量此時(shí)電池的短路電流，然后依次改變單色光的波長(zhǎng)，再重復(fù)測(cè)量得到在各個(gè)波長(zhǎng)下的短路電流，即反映了電池的光譜響應(yīng)特性。太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)又分為絕對(duì)光譜響應(yīng)和相對(duì)光譜響應(yīng)。各種波長(zhǎng)的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到太陽(yáng)能電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長(zhǎng)的分布求得其對(duì)應(yīng)的短路電流變化曲線稱為太陽(yáng)能電池的絕對(duì)光譜響應(yīng)。如果每一波長(zhǎng)以一定等量的輻射光能或等光子數(shù)入射到太陽(yáng)能電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流比較，按波長(zhǎng)的分布求得其比值變化曲線，這就是該太陽(yáng)能電池的相對(duì)光譜響應(yīng)。但是，無(wú)論是絕對(duì)還是相對(duì)光譜響應(yīng)，光譜響應(yīng)曲線峰值越高、越平坦，對(duì)應(yīng)電池的短路電流密度就越大，效率也越高。
從太陽(yáng)能電池的應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池的光譜特性與光源的輻射光譜特性相匹配是非常重要的，這樣可以更充分地利用光能和提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。例如，有的電池在太陽(yáng)光照射下能確定轉(zhuǎn)換效率，但在熒光燈這樣的室內(nèi)光源下就無(wú)法得到有效的光電轉(zhuǎn)換。不同的太陽(yáng)能電池與不同的光源的匹配程度是不一樣的。而光強(qiáng)和光譜的不同，會(huì)引起太陽(yáng)能電池輸出的變動(dòng)。就人眼的感覺(jué)而言，在室外太陽(yáng)光下和在室內(nèi)熒光燈下，其亮度并不覺(jué)得差別很大，但其能量的絕對(duì)值卻相差數(shù)百倍。由于各種太陽(yáng)能電池的光譜特性不同，所以太陽(yáng)能電池的輸出特性隨所用的光源的光譜不同而變化較大。單晶硅、非晶硅、化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的光譜特性如下。
（1）單晶硅太陽(yáng)能電池的光譜特性。單晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)是對(duì)于大于0.7μm的紅外光也有一定的靈敏度。以P型單晶硅為襯底，其上擴(kuò)散N型雜質(zhì)的太陽(yáng)能電池與N型單晶硅為襯底的太陽(yáng)能電池相比，其光譜特性的峰值更偏向左邊（短波長(zhǎng)一方）。另外，對(duì)于前面介紹過(guò)的紫外光太陽(yáng)能電池，它對(duì)從藍(lán)到紫色的短波長(zhǎng)（波長(zhǎng)小于0.5μm）的光有較高的靈敏度，但其制法復(fù)雜、成本高，僅限于空間應(yīng)用。此外，帶狀多晶硅太陽(yáng)能電池的光譜特性也接近于單晶硅太陽(yáng)能電池的光譜特性。
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