光电池范文

光电池篇1

【关键词】光伏电池板;追光;角度;方向;传感器

Abstract：According to the angle of the photovoltaic battery plate light direction is not accurate，leading to the generation efficiency is not ideal problem.Analysis of the reason of this problem，the project personnel proposed automatic light sensor.And the working principle of the sensor，the circuit design，structure design and calculation methods are studied.

Keywords：photovoltaic battery plate;light;angle;direction;sensor

引言

随着科学技术的不断发展和我国能源紧张，太阳能作为简洁环保可再生能源，被国家政府部门大力提倡。但是，人们注重了太阳能板材质的转换效率、储存电能的方法，而忽略了高纬度地区太阳照射角度变化明显的特点，为了提高光伏电池板的转化效率，基于自动追光的、具有角度、方向补偿的传感器可解决这类问题。现在很多追光的太阳能光伏电池板采用时间延时控制技术，缺点是北方地区纬度大，四季光照变化明显。本项目提出了一种光电式自动追光的传感器，它安装方便，价格低廉。

1.光敏元件的工作原理

光敏元件是光电传感器的核心元件，在电路中占有重要的地位。光敏元件的基本转换原理是将被测量参数转换成电信号并将其输出。常用的光电传感器是采用发光二极管作为光源，光源经过透镜聚焦于空间某一点。如果将太阳光作为光源，如果电池板角度不正对太阳方向，太阳光就照不到光敏元件上，电路处于偏置状态，PN结截止，反向电流很小。当太阳正对时，光照到光敏二极管上时，PN结附近产生电子――空穴对，并在外.电场和内电场的共同作用下，漂移过PN结，产生光电流。此时，光电流与光照强度成正比，光敏二极管处于导通状态。

具体方法是在光伏电池板上下左右安装传感器，在受光侧使用光敏二极管，并将信号处理电路集成制作在一块芯片上。它的特点是体积小，可靠性高，工作电源电压范围宽，接口电路的复杂程度大幅度减少，可直接与TTL，LSTTL和CMLS电路芯片连接。

2.光电传感器测量仰角和方向的工作原理

2.1 传感器的结构设计

如图1所示，将光电传感器的冠冕元件安装在太阳能官府电池板的周围，每个传感器与电池板存在一定的角度，即水平方向为α垂直方向为β。与之对称的方向为-α和-β。本文以水平方向为例，上下角度参照操作。

图1 传感器安装位置示意图

2.2 传感器的电路设计

Q1光敏二极管与Q2光敏二极管在位置上相差2α，当太阳照射时角度也相差2α，所以它们在光电元件上取得的信号必是相差2α。通过电路处理可以将太阳光照射角度经Q1光敏二极管与Q2光敏二极管转换得出。方向识别传感器电路如图2所示。图2中UA、UB、UC是LM324运算放大电路的一部分。UA将偏差信号放大;UB、UC是判别阳光的照射角度。当太阳在偏左方照射时，UO1，为1，UO2为0。当太阳在偏右方照射时，UO1，为0，UO2为1。

有了方向识别还要测量出角度的大小。因为电路比较复杂，采用美国Lattice半导体公司推出的ispEXPXRT软件对CPLD器件进行硬件编程，如图3所示，电路图是基于CPLD设计的。将UO1，和UO2端子连接到图3中的X，Y端。当太阳照射角度偏右时，或门C1产生的信号作为D锁存器Q3的置位端只许X产生的正脉冲通过，而D锁存器Q4因为C1作用时Y信号尚在低电平，信号被屏蔽，Q4输出低电平，门电路在加减计数器中作加法运算。当太阳照射角度偏左时，则Y产生的负值信号超前X产生的信号，或门C1产生的信号作为D锁存器Q4的置位端只让Y产生的负脉冲通过，而D锁存器Q3因为C1作用时X信号尚在低电平，信号被屏蔽，Q1输出低电平，门电路在可逆计数器中作减法运算。这样就完成了辨向过程。OUT3是输出，OUT4是进位，Z是控制端输入。

图3 角度测量电路

2.3 驱动电路的设计

为了让光伏电池板更好的追光运动，采用自动方式驱动更加符合实际意义。电机运动受驱动电路的控制，由于光伏电池板的电压不够稳定，驱动电路驱动压降越小越好，因此，设计了下面的驱动电路，将图1中UO1，和UO2端子连接到图4中的In1和In2端子。当太阳在偏左方照射时，UO1，为1，UO2为0。In1为1，In2端子为0，电机带动电池板左转。当太阳在偏右方照射时，UO1，为0，UO2为1，In1为0和In2为1。电机带动电池板右转。当太阳正中照射时，In1和In2端子电压相等，电机静止。

图4 电机驱动电路

3.结束语

本文介绍了基于光电式自动追光传感器的设计方法。设计的电路结构简单，采用元件价格低廉，安装方便，抗干扰能力强的特点，易被采用和推广，也为光伏电池板采用自动追光发电方式，提供新的思路。

参考文献

[1]郝芸.传感器原理与应用[M].电子工业出版社，2002，5.

[2]何希才.传感器及其应用[M].国防工业出版社，2001，5.

[3]梁森.自动检测技术[M].机械工业出版社，2004，6.

[4]刘笃仁.传感器原理及应用技术[M].西安电子科技大学出版社，2003，8.

基金项目：北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目经费资助（项目编号：201411417SJ067）。

作者简介：

周欣鑫，女，大学本科，北京联合大学“启明星”项目负责人。

光电池篇2

在大气质量为AMl.5的条件下测试的结果为：光电电池的最终效率一般为18%到20%。

光电电池的系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。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。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，送往蓄电池中存储起来推动负载工作。

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。

蓄电池一般为铅酸电池，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。

（来源：文章屋网 ）

光电池篇3

关键词 锂离子电池；风电；光电；储能系统

中图分类号 TM61 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0074-03

能源是国民经济可持续发展和国家安全的重要基础。随着经济的发展，对能源的需求量日益增加，而化石能源的大量消耗所造成的环境压力日益突出。节约化石能源，研究开发和大规模利用可再生能源成为世界各国能源安全和可持续发展的重要战略。风/光电作为清洁的可持续发展的新能源被世界所认可，近年来装机容量获得了强劲的增长。但是，目前在我国风光资源的富集地区，电网均比较薄弱，像风电、光伏发电场这样的不稳定能源，对电网调度、电能质量和电网安全稳定性等方面产生了严重的影响。

随着风/光电等可再生能源发电装机容量的增大，电网必将对可再生能源并网技术提出更高的要求，储能系统可以辅助提高风电、光伏发电场并网电力品质，满足电网对可再生能源在电能质量、功率控制、电压调节及电网异常响应等方面的要求，从未来的发展方向来看，是智能电网建设不可或缺的一个重要环节。

1 储能技术现状

在现有的储能技术中，铅酸电池、镍铬电池系统由于循环寿命低和环保问题，目前还难以用于风/光电波动平滑。所以，当前技术条件下，能够满足风/光电应用的储能系统有蓄能储能、空气压缩储能、钠硫电池和液流电池储能装置以及正在兴起的锂电池。抽水蓄能方式可实现大功率、大容量电能储存，但是对场址要求较高。在风/光资源丰富的中国北方大部分地区，都比较干旱，不具备建设抽水储能系统的基本条件。

压缩空气蓄能规模大，但不仅需要气密性好的地下孔洞和巨大的一次性投资费用，此外，还需要大型天然气供应源。大型压缩空气储能系统目前尚未有在风电、光伏等清洁能源电站中使用。

引入电池储能系统是目前一个解决办法。但是，电池储能系统目前技术水平还不具备达到蓄能电站的功率和储能容量的规模。现阶段，若以电池储能系统用于辅助风电、光伏发电场实现峰值转移或提高其调度能力的条件还不具备。从国外储能与风电、光伏发电场结合的示范工程来看，电池储能系统主要用于平滑电场的短期（数十分钟以下）波动，或根据电场预测的出力曲线，配合辅助输出，使电场输出与事先预测接近一致，提高风力/光伏发电的输出可靠度。

2风电、光伏发电场配套储能系统的主要功能

2.1平滑输出

包括抑制风力发电和光伏发电的短期波动（分钟级或秒级）和长期波动（小时级），从而增加可再生能源输出的稳定性。抑制短期波动所要求配置的储能电池的功率和容量较小，而抑制长期波动得到的波形输出更为稳定，峰谷差更小，但其所要求配置储能电池的功率和容量较大。

2.2 跟踪计划发电

根据计划的出力曲线或调度指令，控制储能电池的充放电过程，使得电站的实际功率输出尽可能接近计划出力曲线，增加风光储电站功率输出的稳定性，提高电站的功率输出调节能力。所需配置的储能电池的功率和容量与风/光出力预测的准确性有关，一般情况下，风速或辐照度的波动性和不确定性越大，所要求配置的储能系统的功率和容量越大。

2.3 移峰填谷

即根据系统负荷的峰谷特性，在负荷低谷期储存多余的风能/太阳能，同时还可以从电网吸收功率和能量；在负荷高峰期释放储能电池中储存的能量，从而减少电网负荷的峰谷差，降低电网供电负担，一定程度上还能使风力/光伏发电在负荷高峰期发电出力更稳定。一般要求配置的储能电池的功率和容量较大。

2.4 储电

储存电能，在需要时放出储存的电能供所带负荷使用。根据其条件不同所需储能电池的系统功率和容量也不同。为了实现储电功能需要配置的储能电池的功率和容量较大。

2.5 参与电网调频

是指按照电网调度下达指令进行充、放电，维持电网频率的稳定。所需配置功率和容量由电力系统决定，不能一概而论。

储能装置功率和容量配比不同，其实现的功能也不同。

表1为储能系统功能分析表，由表可见，实现各种功能需要配备的电池容量差别很大，储能电池费用差别也较大。风电、光伏发电项目若100%实现移峰填谷、储能、跟踪计划发电功能，储能系统投资太大。

而作为风电、光伏发电项目来说，最重要也是最实用的功能是出力平滑，所以建议风电、光伏发电项目选择储能系统容量时可参考表1中出力平滑时的功率，在节省项目投资的基础上达到平滑出力的效果。图1为风电出力平滑前后示意图，从图中可以看出，增加储能系统后的风力发电项目可以有效的平滑发电出力曲线，改善电力品质。光伏发电项目的曲线与图1类似。

3 锂离子电池技术原理

如图2所示，锂离子电池分为液态锂离子电池（LIB）和聚合物锂离子电池（PLB）两类。它以含锂的化合物作正极，如钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）或磷酸铁锂（LiFePO4）等二元或三元材料；负极采用锂-碳层间化合物，主要有石墨、软碳、硬碳、钛酸锂等；电解质由溶解在有机碳酸盐中的锂盐组成的。其工作原理如图6所示，充电时，锂原子变成锂离子通过电解质向碳极迁移，在碳极与外部电子结合后作为锂原子储存，放电的时候整个过程可逆。

锂离子电池具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、浅充浅放时使用寿命长、没有环境污染等优点，被称为绿色电池。同时不同技术的锂电池在充电特性和能容上也有差异，部分锂电池充放电电流大，大功率适用于调节输出，部分锂电池适用于储能。因此不同的应用目标也需要选择不同的电池类型。

目前锂离子电池发展迅速，大容量锂离子电池已在电动汽车业开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力，锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。随着锂离子电池制造技术的完善和成本的不断降低，将锂离子电池用于储能非常具有应用前景，许多发达国家都十分重视。

4 锂离子电池在风光电储能系统中的优势

通过对铅酸电池、全钒液流电池、锌澳电池、钠硫电池和锂离子电池的各方面比较（见表2），可以得出下面结论：

铅酸电池是最成熟的蓄电池技术，其使用寿命及放电特性、限制了在大规模储能方面使用，另外环境温度对其容量也有比较大的影响，不适合选作风电、光伏发电储能电池。全钒液流电池储能容量大、可深度充放电，使用寿命长，但其能量密度低、占用空间大，对运行环境温度要求高，需要室内布置并设置通风空调系统，且室内管路布置复杂，维护困难，在经济及技术上不是最佳选择。锌溴电池储能容量大、可深度充放电，使用寿命长，但其放电倍率低，在实现短期稳定出力的应用上有一定局限性，另外目前国内没有应用可借鉴，应用效果还需进一步验证。NaS电池有比能量高，可大电流、高功率放电，充放电效率高。但钠硫储能电池系统需要保持在350℃高温下运行，其运行管理及维护技术要求高，2011年全球唯一量产的大型蓄电池NAS电池的NGK产品发生两次爆炸，因此暂不推荐NaS电池。锂离子电池与其它蓄电池相比的主要优点是储能密度高，转换储能效率高，在浅充浅放时使用寿命长，可大功率充放电，而深度充放电时会使电池寿命严重下降。

基于以上特点，锂电池符合稳定风电、光伏发电场出力的功能目标。锂电池运行环境温度要求较高，正常的运行温度需要保持在5℃～40℃，因此需要设置通风空调系统，而且低温性能差，高温损失率大，单片转换效率高达95%，但串并联后一致性差会造成转换效率下降至85%。目前锂离子电池可采用集装箱模块化设计，安装维护方便，集装箱设置独立的空调系统可保证锂电池的运行环境。但空调系统需要消耗一定的厂用电，相应降低电站经济性。另外锂电池的运行环境内必须采取一定的防爆措施，比如喷洒CO2等措施，需额外增加投资。

与其他传统蓄电池相比，锂离子电池具有比能量高、额定电压高、大电流放电能力强、高功率承受力、自放电率低等优点，其比能量（200Wh/kg）达到了铅酸电池的5倍左右，单体工作电压为3.7V或3.2V，循环寿命在浅充放模式下可以达到3000～5000次，储能效率可以达到90%以上。锂离子电池以其高能量密度、高转换效率和快速反应等特点，非常适合用作风电、光伏发电项目的储能系统电池。

5 结论

通过以上分析，锂离子电池可以较好实现风电、光伏发电工程储能项目的目标。笔者建议选用锂离子电池储能系统来稳定电场出力，而储能系统的容量刚可按照所建风电、光伏发电场装机总容量的15%～30%考虑，在节省项目投资的前提下达到平滑输出曲线，提高电能质量并缓解限电和弃风弃光问题。

参考文献

[1]吴宇平.锂离子电池-应用与实践[M].北京：化学工业出版社，2012.

[2] 李建林，李蓓，惠东.智能电网中的风光储关键技术[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]陈海生.国际电力储能技术分析（五）-锂离子电池[J].北京：工程热物理纵横，2012.

[4]（美）阿里著，刘长浥，等译.风电系统电能质量和稳定性对策[M]。北京：机械工业出版社，2013.

光电池篇4

关键词 建模；SOC；仿真

中图分类号 TM912 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）161-0188-02

近年来随着国民生活水平的提高，能源与环境问题得到越来越多的关注，光伏发电以其显著的能源、环保和经济效益，得到了大力发展支持。为了提高光伏发电系统供电质量，配备储能电池是非常重要的一个措施[ 1 ]。针对适用于光伏发电系统储能的电池：磷酸铁锂电池，其SOC的估算不仅对延长电池使用寿命具有指导意义，而且还为储能变换器切换提供依据。锂电池SOC的估算研究，首先要建立高精度的电池模型。本文采用二阶RC等效电路模型来模拟电池外特性，并使用安时积分法与EKF相结合的SOC估算方法来估算电池SOC[ 2 ]。

1 电池等效电路模型分析

1.1 锂电池等效电路模型

常用电池建模方法有3种：实验建模、电化学建模、电池等效电路建模。等效电路模型利用电源、电阻、电容器件来模拟电池动态特性，目前得到广泛应用[3]。提出的比较成熟的等效电路模型有Rint模型、RC模型、Thevenin模型和PNGV模型等[ 4 ]。等效电路模型能适用于各种电池，且其状态空间方程可以通过等效电路推导出来，便于使用不同的方法进行分析与实验。介于等效电路模型以上众多的优点，本文拟采用二阶RC等效电路模型来模拟磷酸铁锂电池的动态特性。二阶RC模型的参数辨识简单，状态空间方程容易建立，与一阶RC等效电路模型相比[5]，能有效提高电池的动态响应特性，较三阶及以上模型，大大减轻了运算量。

等效电路模型电路图如下图1所示，OCU：电池开路电压；0 R：电池欧姆电阻；1 R、1C并联电路模拟电池电化学极化效应，2R、2C并联电路模拟电池浓差极化效应。

1.2 二阶RC模型状态方程

1.3 模型参数辨识

模拟真实的电池特性前，需要对电路模型参数进行辨识，需要辨识的参数有：OCU、0 R、1 R、1C、2R、2C。常用电池参数辨识方法有：离线参数辨识、在线参数辨识。这里介绍离线参数辨识获得电路模型的参数。

电池在充放电时，相应参数值并不相同。电池模型的参数辨识采用在恒温（25℃）条件下，使用恒流脉冲充、放电的方法。以放电实验为例，具体讲述相应实验步骤。方案采用1C放电倍率，对电池进行循环放电，每次放电360s停止放电，静止1h，电池SOC下降10%，依次循环放电十次，测量电池端电压与电池SOC，由此可得出SOC与OCU的对应值。在MATLAB中建立相应查表程序，即可根据SOC值得到相应状态下的OCU。

3 仿真实验

通过MATLAB上的仿真实验验证电池模型与EKF算法的精度。在MATLAB中搭建电池等效电路模型，采用MATLAB自带电池模拟真实锂电池，等效电路模型与MATLAB自带电池输出电压如图2所示。采用EKF算法估算出的电池SOC与电池SOC真实值的对比结果如图3所示。

4 结论

文中以3.2V/5Ah磷酸铁锂电池作为研究对象，采用二阶RC等效电路模型，对模型参数进行离线辨识，在安时积分法的基础上采用EKF算法对电池进行电量估算，在MATLAB中进行仿真验证。根据仿真结果可知，所搭建的二阶RC等效电路模型能很好的与MATLAB自带的电池模型匹配，采用二阶RC等效电路模型结合EKF算法能很好的对锂电池SOC进行估算。

参考文献

[1]兰国军，栗文义，文博，等.分布式储能在风/光/储系统中的应用研究[J].电气自动化，2014（5）：48-50.

[2]沈丹.电动汽车电池组单体电池管理系统研究[D].上海：同济大学，2008.

[3]汪涵，郑燕萍，蒋元广等.实用型磷酸铁锂电池SOC高准度算法研究[J].电源技术，2011（10）：1198-1200，1207.

光电池篇5

关键词：光伏发电；光伏组件；封装材料；研究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.029

1 引言

经济的发展伴随着能源的消耗，我国对于能源的消耗量越来越大，而我国能源结构不合理的矛盾也日益突出，迫切需要我们予以解决。太阳能是地球上的可再生能源，适度的发展太阳能光伏发电技术，可有效缓解我国能源结构矛盾。有数据显示，太阳能辐射的能量非常之大，完全可以满足全世界对能源需求[1]。

作为光伏发电系统中的关键元器件，光伏组件的质量对于光伏发电系统的发电能力和使用年限有直接相关。因此，对于光伏组件的封装材料必须认真选择，并采用先进可靠的封装技术，才能确保光伏组件具备优良的的光电转换能力，并实现晶硅电池片的稳定可靠使用。

2 光伏组件组成

由于光伏组件的使用年限需达到20-30年，也就是说必须确保光伏组件在使用20年之后，其效率仍不低于80%。这就需要确保光伏组件密封性能好，有足够的电绝缘性能；同时，具有较强的机械强度，效率损失平稳且足够小，对紫外线辐射有很强的耐受性。作为光伏组件的核心，电池片的使用寿命很长。因此，封装材料对于光伏组件的使用寿命起着决定性作用。光伏组件的封装应该具备的特点：界面导电性能不强，粘结强度好，吸湿性能差以及一定的导热能力。高分子树脂是常用的封装材料。

据统计，全世界90%以上的太阳能电池是晶体硅电池。经典的晶体硅电池主要包括玻璃、EVA胶膜、硅电池片和背板、密封条、金属框以及接线盒等。

3 光伏组件功能分析

（1）EVA材料。EVA胶膜是一种热熔胶，在光伏发电系统中起着粘结各组件的作用，同时起到支持组件结构、绝缘保护等作用，确保电池的安全稳定。EVA胶膜开始应用于上世纪80年代，被认为是迄今为止性能最佳的光伏热熔胶。EVA胶膜受紫外线照射后稳定性变差，容易发生黄变老化，可通过添加剂配方进行改性。

（2）玻璃盖板。玻璃盖板通常安装于光伏组件正面最外层，起着抵抗风雪冰雹等外力打击的作用，机械强度非常高，一般为镀膜钢化玻璃，具有非常高的光线通过率，通常透光率可达90%以上。同时可有效的反射红外线，耐受紫外线辐射的能力强。

（3）硅电池片。作为太阳能电池的核心部件，硅电池片的主要作用是完成光能和电能的转换。其中，硅晶电池片的晶片接受光照辐射后，通过受光时带正电的空穴和带负电的电子的移动；晶片受光后负电子和空穴的流出，即可形成电位差，这就是光生伏特效应。由于单一的硅电池片面积小，产生的电流低，通常将许多硅电池片采用串联或并联的方式进行连接，形成一个组件整体。

（4）背板。背板通常安装在太阳能电池的底部，用来阻挡水汽等进入电池内，具有良好的阻隔性，并与建筑物的表面直接接触。好的背板材料需要具备好的阻隔性、耐腐蚀性和耐老化性等。背板是影响光电转换效率的重要因素，背板关键材料决定着背板的质量和寿命。太阳能电池的背板一旦受损，电池内部的其余组件将直接受到外界环境的侵蚀，封装材料很容易发生水解，电池受到腐蚀，因此电池组件的使用寿命和输出效率将大幅度降低，甚至会引发电池组件的绝缘失效而发生事故。目前，国内光伏电站中背板的进口率仍然非常高，我国生产的背板中很多仍然是用外国的氟膜及氟涂料作为原材料进行生产。近年来，随着光伏发电的不断发展，背板材料也在不断地改进，背板材料的综合性能也不断提升。

（5）密封条和边框。密封条主要是三元乙丙橡胶，三元乙丙橡胶的弹性和抗压缩变形和耐老化、臭氧和化学作用的能力强，同时具有较宽的温度范围。光伏组件的边框通常用采用质轻的铝材将电池组件组合成一个整体。可对光伏组件进行固定、封装，提高电池的使用年限，增强抗机械冲击能力。金属框将利于吸收更多的光源，光电效率也随着提高。边框向轻质化、多样化定制等方向发展符合未来的需求。

4 光伏组件发电效率影响因子

光伏组件的发电效率易受多种因素的影响，由于光伏面板直接与外界环境接触，很容易积灰。积灰会大幅度降低太阳的透射率，辐照量减少，从而导致光伏组件输出功率下降，并且透射率随积灰厚度的增加而急剧下降。同时，积灰的吸能作用和可能带有腐蚀性，也会降低光伏组件的光电转换效率。同时，阴影遮挡也会大幅降低辐照强度，从而使光电转换效率降低；安装倾角对于太阳能组件的光电转换能力也有影响，主要是由于不同的倾角使得接受的光照强度不同。

光伏电池发电量的大小随接受的太阳辐照强度的不同而变化。在某些日照不足的地区，要了解电池组件是否能够满足使用条件，需进行低辐照度条件下的电性能测试。而组件的性能不匹配、树叶或其他不透明物体的遮挡等因素会导致组件过热，因此可通过热斑测试来验证热斑对组件电性能的影响[2]。

5 结论

加快光伏发电系统的开发建设，对于纾解我国能源消耗严重、供应偏紧的问题具有重要意义。光伏发电系统的电池组件包含硅电池片、EVA材料、玻璃盖板、背板、密封条和边框等几种关键材料，通过对这几种关键材料功能和进展的分析研究，为光伏组件的发展提供了研究方向。在光伏组件的安装使用过程中，必须注意安装倾角、阴影遮挡和面板积灰对于发电效率的影响，同时做好各组件的质量把控。

参考文献：

[1]刘峰，张俊，李承辉，游效曾.光伏组件封装材料进展[J].无机化学学报，2012，28（03）：429-436.

[2]张臻，单立，王磊，吴晋禄，全鹏，姜猛.光伏组件热斑案例失效分析与影响因素研究[J].太阳能学报，2017（01）：271-278.

光电池篇6

【关键词】光伏电池串联；模型；电流；电压；功率

引言

太阳能虽然具有取之不尽、用之不竭、分布广泛、获取容易和环保清洁等众多优点，但它亦有一些固有的缺陷：能量分散性大、密度低，光照强度因季节、昼夜的变化具有间歇性，而且受气候、地理环境的影响很大。所以为了提高太阳能利用率，除了研究如何提高光伏电池的光电转换效率和提高能量存储效率外，还必须研究如何提高光伏电池组合后的利用率。

在实际运行中，按照所需要的功率等级和电压可以将若干单个光伏电池串并联组成光伏阵列。本文在单片电池直流模型的基础上给出了串联电池的直流模型，在此基础上讨论了串联电池的输出特性及电池内部电流、电压及功率的分配。特别讨论了串联太阳电池中两个子电池具有相等和不相等输出电流时，其电压及功率的分配。

1 光伏电池串联的直流模型

1.1 单片光伏电池直流模型

在引入电池串联直流模型前，先回顾单片电池的直流模型的特点。一个较好的单片光伏电池直流模型等效电路如图1，内电路包括恒流源IL、二极管D、并联电阻Rsh、串联电阻Rs。外电路简化为一负载电阻RL。太阳电池伏安特性可以用下式表示：

下面简单讨论电池输出状态不同时功率及电压分配情况。当电池外接无源负载时，按照电池对外输出状态，将电池输出特性分为三种情况，即对外输出、开路及短路。

（1）当电池开路时，流过外电路的电流I为0，对外输出电压为开路电压Voc，电池对外不做功。但是，并联电阻和二极管上正偏压降为Voc，并且流过二极管及并联电阻的总电流为IL，恒流源对二极管和并联电阻做功，此时，恒流源对二极管和并联电阻做功功率为ILVoc。

（2）当电池处于短路时，对外电路输出电压V为0，电池对外也不做功。恒流源对二极管、并联电阻和串联电阻做功，功率为Isc2Rs。Isc为短路电流，由式（1）可得Isc满足

（2）

（3）电池对外做功时，恒流源同时对外部负载和电池内部的二极管、并联电阻、串联电阻做功。恒流源对内电路做功功率为 ，电池对外电路做功功率为 ；总的做功功率为 ，并且，输出电流小于短路电流；输出电压小于开路电压。电池对外电路做功有一个最大功率点，实际运用电池时，应使电池工作在最大功率点附近。通过对单片电池输出特性的简单讨论，可以看到在电池不同工作点，电池对外做功及内部损耗情况是不同的。

1.2 单片光伏电池近似看作恒流源的条件

对理想的太阳电池，可忽略串联电阻与并联电阻的影响，电池特性方程（1）可简化为

（3）

此时，光生电流等于短路电流，即： 。电池状态处于最

大功率点时，电流Im、电压Vm满足 。并且通常情况下，

。即在光伏电池性能非常好时，最大功率点电流与光电流可相差不大，电池工作点电压低于最大功率点电压时，光伏电池可近似看作是一个恒流源。

1.3 光伏电池串联直流模型

光电池篇7

关键词：量子点 电致发光 红绿蓝三基色调节

中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0065-01

量子点（简称QDs）是指直径等于或小于激子玻尔直径半导体纳米颗粒，其颗粒尺寸在10 nm以内，电子在晶体空间结构上的运动都受到限制，因此，属于一种空维度的半导体纳米材料。量子点在具有相同晶体规则原子排列的同时，又具有很多其他的特性效应，如表面效应、定域效应、量子尺寸效应、量子隧穿效应，这使得量子点物质的结构具有固体物理量子化，促成了微观与宏观在特性上的联系。Ⅱ-Ⅵ族量子点则是由第二族元素和第六主族元素化合后形成的量子点，因具有不同其他物质的可见光区荧光特性，目前已广泛应用于光伏电池、半导体发光材料等领域[1]。

1 量子点太阳电池的物理机理

半导体量子点太阳电池作为新一代太阳电池具有明显的优势，它通过以下两个效应可以显著提高其光电转换效率：首先是来自具有一定能量的光子激发产生较多的电子-空穴对；第二个效应是在带隙里形成过渡带，这样可以与相邻或者相接的带隙有一定的联系，进而来产生电子-空穴对。这两个效应的产生是因为量子点中的能带能级物理化。当一般的太阳能电池中由于热激发或者吸收光后产生的能量激发出的电子并不能满足充足的光伏效应，这是因为只有在吸收的光子能量达到太阳光光谱的某些区域能量阀值才会产生有作用的电离反应。在大多数半导体中用于电子对分离的能量超过了能量守恒的原则，但是在晶体内部要满足能量守恒和动量守恒，而且分离的几率必须和由晶格振动产生的声子散射引起的弛豫几率接近。

2 量子点太阳电池的过渡带结构

过渡带太阳电池能够捕获小于带隙间能量差距的光子量，使太阳能电池在不改变其短路电流的情况下增大其开路电压，因此它是目前新一代太阳电池研究中最具研究方向性的。在过渡带太阳电池的研究方向中，最具代表性的问题是有关于光的吸收和接收。我们希望宽能级的能隙能够吸收具有能量的光子，为了使被吸收的光子输出的并确保热激发电子对热损耗达到最小值，同时要求不同带隙间的的光吸收系数不同，比如价带到导带的吸收系数比价带到过渡带的吸收系数大，其次满足过渡带必须不能够是满带电子密度状态，但是又不能够使激子对的能量密度太低，这样就能够满足电子激发的最基本条件。过渡带材料的结构如图1。过渡带通过一个没有电子密度的带将导带价带区分开，这样使在带间的载流子分离变的很困难，这样可以认为电池的开路电压是通过激子对准费米能级分离提供的，当然开路电压是与高带隙有关，这时在每个带中的每一对激子状态通过它们的准费米能级来描述。在对过渡带方法的强光电转换理论研究中显示：在1个有限的太阳光照下的效率最大值大约为45%，而在全聚光条件下效率大约为62%。过渡带电池的能级可通过纳米量级的半导体量子点激发在相对宽带隙半导体材料来实现――量子点势阱。

3 量子点电致发光器件的研究

（1）量子点的光学特性

量子点的发光性质除了与材料的组分及类型有关外，还与自身颗粒尺寸大小相关，颗粒尺寸越大，发射光波长越大。通过改变Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的化学组成和尺寸大小可以使其亮度发射波长覆盖太阳光中的可见光范围，达到红绿蓝颜色的渐变效果。因此，可以通过改变量子点的尺寸间接可以影响其结构中能隙的宽度，而能隙宽度决定了量子点发射光波的最要参数。在量子点的制备过程中，我们可以人为的改变和调节空间温度，转速，以及物质浓度等条件来改变和调节纳米粒子生长条件，这样可以得到不同量子点的粒径梯度，即能够制备出发射不同波长的光学量子点物质[2]。

量子点具有较宽较连续的受激发光范围，而量子点的发射光谱峰值较窄，可以通过小于其发射波长的任意波长的光波来照射进而激发出量子点，这样使得量子点物质单色性能较好。Ⅱ-Ⅵ族量子点发射光谱可以覆盖整个太阳光中的可见光谱区，发射光谱几乎不会出现重复现象，而在实验中可以使用一种波长的光波同时激发不同的参数的量子点物质。因此，通过这一特性，可以同时标记不同的结构成分，取得不同的结构图像进而完成很多荧光检测等实验。

4 II-VI族半导体纳米晶量子点的合成与结构优化

制备基于阳极-空穴辅助层-电子辅助层-量子点发光层-空穴阻挡层-电子传输层-阴极结构的多层电致发光器件。阳极选用ITO玻璃（当然FTO也是可以的）；空穴辅助层选用 TPD 物质，电子辅助层可以采用敏感材料通过溶液旋涂得到；而量子点发光层采用无氧条件下同样对基片旋涂的方法制备；电子传输层可以选用Alq3物质，通过真空蒸镀制备完成；阴极选用Al，Ca/Al等同样通过真空蒸镀制备。

5 结语

综上所述，量子点作为电致发光器件时由于其表面容易被空气氧化而降低其发光的亮度和强度性能，需要对制备成功的电致发光器件进行优化和改善，尤其对于工艺中出现的物理甩膜和蒸镀通过不断改善分析得到最优条件。但是Ⅱ-Ⅵ族量子点电池和器件具有反应速率快、选择性较高、易于制备和检测等特点，使其在各个化学分析领域具有一定的研究潜能。

光电池篇8

【关键词】光伏发电系统 最大功率点跟踪 恒定电压法 电压补偿

基于光伏发电系统受到光伏电池价格昂贵，成本高昂，且光电转换率较低的客观条件，光伏发电系统的普及和推广一直受到制约，因此光伏系统中的最大功率点跟踪的研究将显得格外的突出和重要。最大功率点跟踪方法分为自寻优和非自寻优两类，电池的最大功率点工作电压基本保持不变，从而提出了基于恒定电压法的最大功率点跟踪方法，但是有着很明显的缺点，就是受温度影响大，在温度变化较大时，不能持续精确地跟踪最大功率点，不能实现最优控制。

本文在恒定电压法的基础上添加一个lookup table模块，来实现对Um的补偿。该方法规避了恒定电压法在温度变化时，由于开路电压变化导致与期望工作电压不匹配而造成的功率波动，改善了光伏阵列的最大功率跟踪的精度，并通过仿真系统进行了验证。

1 基于最大功率点跟踪的光伏发电系统控制原理

基于最大功率点跟踪的光伏发电系统控制原理如图1。通过检测光伏阵列的输出电压，并与给定电压Um进行对比，输出PWM信号控制Boost电路中的MOSFET。

1.1 光伏电池外特性

光伏电池的输出电流有如下表达式：

（1）

式中各参数含义如表1所示。

1.2 光伏电池最大功率点跟踪原理

有很多因素可以影响到光伏电池的输出功率，环境温度、太阳的光照强度、电池本身由于工作或者光照而产生的温度变化等等因素都会影响到光伏电池的输出功率，这就导致了光伏电池不能一直持续工作于最大输出功率点处，如果温度差异过大，那么最大功率点偏移得就越大，可能会造成功率波动严重的问题，这样光伏电池的的工作效率就大大的受到了影响。为了适应环境变幻，以保证光伏电池工作在最大功率点处，提高工作效率，输出更多电能。

在实际系统中，通过对光伏阵列当前输出电压和电流进行监测，通过相乘得到当前阵列的输出功率，将监测到的输出功率与控制器中储存下来的前一时刻阵列的输出功率相比较，如果比前一时刻所储存下来的功率大，就用此时刻的功率替代前一时刻的功率，以大替小，再测，再比，不停的向最大功率点处逼近，便可使输出功率不断的逼近最大功率点，实现一种动态的平衡和追踪。

2 基于恒定电压法的改进型MPPT算法

当太阳光照在光伏电池板上时，由光生伏打效应产生一定的光电流，通过整个系统的控制反馈，送出一个信号与PWM脉冲相比较，PWM再将结果送给Boost电路中的MOSFET，以控制电力场效应管的导通关断时间，从而改变占空比D的大小。通过调节占空比，达到调节升压比的功能，使电压维持在一个恒定的数值，基于此原理的改进型控制原理图如图2所示。

MPPT发出的控制信号经PWM模块转换为脉冲信号，进而调节后级DC/DC电路的占空比D。在设置占空比的时候，使用Upv和参考Um作比较。恒定电压法的缺陷就是只与一固定的Um作比较，实际Um随温度变化，会影响最大功率点跟踪的精度。考虑到恒定电压法的局限性以及控制方法的复杂性，本文采用一个列表模块，即lookup table模块，来实现对温度变化的补偿。在该模块中，在一定的温度范围内设置一个对应的Um，当光伏阵列处在一个温度范围内时，自动的将Um调节至对应的电压。这样就在一定程度上规避了恒定电压法在温度变化时，由于开路电压变化导致与期望工作电压不匹配而造成的功率波动，在一定程度上改善了光伏阵列的最大功率跟踪，提高了最大功率点跟踪的精度，而且也解决了最初的基于恒定电压法的最大功率点跟踪方法在实际应用中，需要手动调节开路电压的不足，实现了自动化控制，提升了系统的适应性。

3 仿真验证

在matlab/simulink中对本文所提出的基于恒定电压法的改进型MPPT算法进行仿真验证。

仿真中具体参数如下：

Um Im Uoc Isc α β Rs

17.2 3.5 21.2 3.926 0.0008 0.078 0.5062

图3是在不同温度和照度条件下的光伏阵列仿真系统的最大功率点跟踪的波形图。

由图3P-t图可知，当温度改变时，未经优化的基于恒定电压法，在进行最大功率点跟踪时，光伏阵列输出功率波动较大，未能十分有效的跟踪最大功率。

图4是在进行改进优化后的P-t波形图。

由细节的图像可以看出，与温度不变的情况相比，功率的波动是仍然存在的，但是已经在一个可接受的范围内，而且波动与之前相比已经相当的小了，当外界的温度剧烈的变化时，如本文中设定的以25℃为阶跃时，已经达到了一种可靠地、具备一定适应性的跟踪水平。这只是一种仿真结果，在实际的应用当中，温度基本不会出现25℃的骤变。但是这样的仿真确实为实际应用提出了一种操作可行性的构想。在实际的应用当中，这个温度的阶跃范围可以根据需要调整，可以设置为更为细化的温度范围。可以使系统具备更高的适应性，满足大部分的对于跟踪精度的需要。

4 结论

本文通过加装查表模块，实现了不同温度、不同照度下，对最大功率点的实时跟踪。Lookup table中的各温度对应的最大功率点输出电压由一组函数实现，通过冒泡比较的方法得到准确的电压值，然后通过记录，将这些值输入查表模块，实现查表功能。仿真结果表明，与温度不变的情况相比，当温度和照度都变化的时候功率的波动是仍然存在的，但是已经在一个可接受的范围内，当外界的温度剧烈的变化时，已经达到了一种可靠地、具备一定适应性的跟踪水平。

参考文献

[1]张耀明.中国太阳能光伏发电产业的现状与前景[J].新能源与新材料，2007，（1）：1-6.

[2]徐鹏威，刘飞，刘邦银，段善旭.几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[J]. 电子电力技术.2007，41（5）：3-5.

[3]周林，武剑，栗秋华，郭珂.光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述[J].高电压技术，2008，（6）：1145-1152.

[4]刘观起，游晓科，杨玉新，杜宝星，赵振云.光伏发电系统最大功率点跟踪方法研究综述[J].陕西电力，2012，2：18-22.

[5]茆美琴，余世杰，苏建徽.带有MPPT功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型[J].系统仿真学报.2005，17（5）：1248-1251.

作者简介

朱健（1993-），男，江苏省淮安市人。大学本科学历。现供职于国网涟水县供电公司。 主要研究方向为电力系统及其自动化。

作者单位