太阳能电池阵列模拟器的研究与设计1

光伏

浙江大学

硕士学位论文

太阳能电池阵列模拟器的研究与设计

姓名：韩珏

申请学位级别：硕士

专业：电力电子与电力传动

指导教师：张仲超

20060510

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浙江大学硕士学位论文第一章绪论

第一章绪论

能源足人类社会进步和经济发展的重要物质基础。在当今石化能源日益减少、生态环境遭受破坏的情况下，利用以风能、太阳能为代表的清洁、可再生能源为人类服务，可以推动技术进步，改善现有能源结构，实现人与自然的可持续发展。太阳能电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期，提高研究效率及研究结果的可信性。

１．１世界能源利用概况

能源是人类社会和经济发展的重要物质基础，能源工业的发展规模和速度影响着社会经济的发展。目前，自然界中的能源主要有非可再生能源和可再生能源两种。非可再生能源是指煤、石油、天然气和原予核能等可枯竭的能源；而可再生能源包括太阳能、风能、地热能、辐射能、潮汐能等可持续发展的能源Ｉｌｌ。

日益突出的环境污染问题，很大程度上是由于能源结构不合理造成的。大量使用石化燃料等不可再生能源，使得空气中的Ｃ０２和Ｓ０２急剧增加，造成温室效应及酸雨蔓延。目前，不少发展中国家的空气污染还在进一步恶化。

随着世界经济的不断发展，能源危机和环保的要求，迫使人们更加关注能源的洁净和永续利用的问题。因此，可再生能源的探求与利用己经成为世界各国竞相追逐的对象。自１９８１年８月在内罗华召开联合国新能源和可再生能源会议以来，世界上许多国家已逐渐认识到，过于依赖石化能源将造成严重的环境污染，资源与生态破坏，因而正逐步转向开发可再生能源及其综合利用Ｉ甜。

我国拥有丰富的新能源与可再生能源供开发利用。为了保证人类社会稳定、持久的能源供应，必须优化现有的以资源有限、不可再生的石化能源为基础的世界能源结构，建立资源无限、可以再生、多样化的新的能源结构，走经济社会可持续发展之路。

１．２太阳能的利用

１．２．１太阳能利用概述

在各种呵再生能源中，太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、波浪能等都来自太阳能。与常规能源相比，太阳能这种可再生能源在两方面优势明显：一方面是其输入的能量代价为零，另。方面是排放的污染为零１４７１。这也是在常规

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浙江大学硕士学位论义第一章绪论自然资源日益匾乏、污染排放标准和废物处理法规日益严格的今天，太阳能得到广泛关注的原冈。太阳能利用技术大体有三个方面：光电转换，如光伏发电等；光热转换，如太阳房，太阳能热水器，太阳灶，太阳能空调等；光合作用，这是太阳能的牛物转化，通过生物的光合作用把太阳能变成生物能储存起来纠。１．２．２我国光伏发电发展现状

我国幅员辽阔，大部分地区太阳能资源丰富，具备利用太阳能的环境条件。特别是广大西部地区，由于地处高原，大部分地区日照充分，风力资源好，非常有利于建造独立的太阳能光伏电站，或者风光互补电站，也适合一家～户的小型独立光伏系统。并且西部地区地广人稀，常规电能的使用成本昂贵，使得很多地区至今用电尚未普及。因此结合我国的具体国情，这些无电地区是发展利用太阳能光伏发电的巨大潜在市场。

社会可持续发展的要求和能源危机的频繁出现，使得我国以石化为主的能源结构受到挑战，同时也促进了能源结构的升级更新。这给我国光伏发电产业提供了发展机遇，也为光伏技术的推广提供了巨大舞台，加快了推动光伏技术产业化的进程。

当然和发达国家相比，我国的光伏产业还处于起步阶段，和美、日、德等发达国家还有着很大差距。但是相信随着人们环保意识的提高，政府对新能源利用的重视，新能源的推广和利用将会日渐受到注目和推崇，成为保障社会、经济可持续发展的关键。特别是２００８年北京奥运会提出“绿色奥运”的目标将会是我国新能源推广和利用的契机。根据国家发展和改革委员会的消息，在未来５年中，中国将投资１００亿元人民币用于太阳能的丌发、推广和利用。

目前，中国社会、经济的快速发展为光伏发电市场提供了更好的发展空间和机遇，可以预测在市场和生态环境的共同要求下，我国的光伏产业将会有更大的发展。

１．３太阳能电池

１．３．１太阳能电池简介

人阳能电池单体是用于光电转换的最小单元，它的尺寸一般为４ｃｍ２到ｌＯＯｃｍ２。通常太阳能电池单体的工作电压范围为Ｏ．４５～ｏ．５０ｖ，工作电流范围为２０～２５ｍ～ｃｍ２，一般不能单独作为电源使用。为满足实际应用的需要，须将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，是可以单独作

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浙江大学硕上学位论文第一章绪论为电源使用的最小单元。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ｌ，太阳能电池的标准数量是３６个或４０个（１０ｃｍ×１０ｃｍ），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生１６Ｖ的电压，它正好能为一个额定电压为１２Ｖ的蓄电池进行有效的充电。它具有一定的防腐、防风、防雹、防雨等功能，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，而单个太阳能电池组件不能满足要求时，可把多个组件再经过串联、并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，也可称为太阳能电池阵列或光伏阵列，它可以满足负载所要求的输出功率，如图１一ｌ所示Ｉ．１。

图１．１太阳能电池阵列

１．３．２太阳能电池的外部特性曲线

太阳能电池的＾矿特性曲线包含了其绝大多数技术特性，对研究太阳能电池来说是最重要的技术指标１５Ｉ。太阳能电池，－ｙ特性是指在某一确定的Ｆ１照强度和温度下，太阳能电池的输出电压和输出电流之间的关系。通过＾矿特性曲线可以使分析人员预见太阳能电池如何被环境影响，某个特定负载如何与电池相互作用。Ｊ－ｙ特性曲线也表明太阳能电池既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率。它是一种非线性直流电源，输出电流在大部分工作电压范围内相当恒定，最终在一个足够高的电压之后，电流迅速下降至零。

根据这一特性曲线可以定义出以下几个最重要的量：

１、当ｕ＝Ｏ时可得最大电流，称短路电流Ｉｓｃ（Ｓｈｏｎ—ＣｉｒｃｕｉｔＣｕｒｒｅｎｔ）。所谓短路电流就是将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。测量短路电流的方法足，用内阻小于１欧姆的电流表接在太阳能电池的两端。Ｉｓｃ值与太阳能电池的面积大小有关，面积越大，Ｉｓｃ值越大。一般来说，１ｃｍ２太阳能电池的Ｉｓｃ值约为１６～３０ｍＡ。同一块太阳能电池，其ｌｓｃ

值与入射光的辐照度成『Ｆ比：当环境温度升高时，Ｉｓｃ值略有上升，一般温度每

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浙江大学坝十学位论文第一章绪论１．３．４电池温度对伏安特性的影响

当太刚能电池本身温度发生变化时，其伏安特性也会有相应的变化。图ｌ－４Ｉ删示出，在同一ｆ＿１照强度下，温度不同时太阳能电池阵列的伏安特性衄线酬剐。

图中标出点为不同温度下太阳能电池阵列的最大功率点。由图可见，开路电压ｖｏｃ线性地随电池温度变化，而短路电流Ｉｓｃ则微弱变化。温度对伏安特性的较大影响反映 …… 此处隐藏：5973字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……