聚光与冷却条件下常规太阳电池的特性

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第3章太阳能电池的特性

第3章太阳能电池的特性太阳能电池的特性光伏电池的特性⼀般包括光伏电池的输⼊输出特性(伏安特性)、照度特性以及温度特性。

1. 伏安特性当太阳光照射到电池上时，电池的电压与电流的关系(伏安特性)可以简单的⽤图2．9所⽰的特性曲线来表⽰。

图中：V oc 为开路电压；Isc 为短路电流；Vpmax 为最佳⼯作电压；Ipmax 为最佳⼯作电流。

最佳⼯作点对应电池的最⼤出⼒Pmax ，其最⼤值由最佳⼯作电压与最佳⼯作电流的乘积得到。

实际使⽤时，电池的⼯作受负载条件、⽇照条件的影响，⼯作点会偏离最佳⼯作点。

1.1 开路电压Voc光伏电池电路将负荷断开测出两端电压，称为开路电压。

1.2 短路电流Isc光伏电池的两端是短路状态时测定的电流，称为短路电流。

1.3 填充因⼦FF实际情况中，PN 结在制造时由于⼯艺原因⽽产⽣缺陷，使光伏电池的漏电流增加。

为考虑这种影响，常将伏安特性加以修正，将特性的弯曲部分曲率加⼤，定义曲线因⼦FF 为Uoc Isc P Uoc Isc Up Ip FF ?=??=max max max曲线因⼦是⼀个⽆单位的量，是衡量电池性能的⼀个重要指标。

曲线因⼦为1被视为理想的电池特性。

⼀般地，曲线因⼦在0．5～O ．8之间。

1.4 转换效率转换效率⽤来表⽰照射在电池上的光能量转换成电能的⼤⼩，它是衡量电池性能的另⼀个重要指标。

但是对于同⼀块电池来说，由于电池的负载的变化会影响其出⼒，导致光伏电池的转换效率发⽣变化。

为了统⼀标准，⼀般公称效率来表⽰电池的转换效率。

即对在地⾯上使⽤的电池，在太阳能辐射通量1000w ／m2、⼤⽓质量Aml.5、环境温度25℃，与负载条件变化时的最⼤电⽓输出的⽐的百分数来表⽰。

⼚家的说明书中电池转换效率就是根据上述测量条件得出的。

2.照度特性光伏电池的出⼒随照度(光的强度)⽽变化。

如图2．10所⽰，短路电流与照度成正⽐；图2．1l所⽰，开路电压随照度按指数函数规律增加，其特点是低照度值时，仍保持⼀定的开路电压。

《太阳能电池特性》课件

硅材料
薄膜太阳能电池使用薄层材料，如铜铟镓硒和镉敏化太阳能电池，具有较低的成本和较高的灵活性。
薄膜材料
使用硫化镉、铜锌硒等多元化合物材料制造的太阳能电池，具有较高的光电转换效率和较低的成本。
多元化合物材料
严格控制原材料质量
确保使用的材料符合要求，避免杂质和污染物对太阳能电池性能的影响。
05
CHAPTER
理想能带结构的特点是导带和价带之间的禁带宽度适中，能够有效地吸收太阳光并产生电子-空穴对。
在太阳能电池中，能带结构决定了电子的激发和传输过程。
不同材料的能带结构不同，因此太阳能电池的转换效率也不同。
在太阳能电池中，光吸收过程产生的电子-空穴对需要被有效地分离和收集。
电荷分离和收集的效率决定了太阳能电池的输出电流和电压。
高效的电荷分离和收集需要良好的电场分布和载流子传输路径。
表面和界面态对电荷分离和收集的影响也是研究的重点。
01
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04
太阳能电池的输出电流和电压是由光吸收、电荷分离与收集等多个过程共同决定的。
电压的产生与能带结构、表面态和界面态等有关。
电流的产生与光吸收过程中产生的电子-空穴对的数量和传输效率有关。
表面处理技术
移动能源
研发便携式太阳能电池产品，如太阳能背包、太阳能充电器等，满足移动能源需求。
建筑集成
将太阳能电池集成到建筑中，实现建筑能源的自给自足，降低建筑能耗。
农业应用
将太阳能电池应用于农业领域，如太阳能灌溉、太阳能温室等，提高农业生产效率。
THANKS
感谢您的观看。
太阳能电池的输出电流和电压受到多种因素的影响，如光照强度、温度等。
03
CHAPTER

聚光太阳能电池的冷却方式及选择

通讯作者简介：刘剑涛（９６一）男，１８，在读硕士，山东曲阜人．主要研究方向为节能技术等．・ａ：ｌｉａｙｌｖｎＥｍｉａｇｒｄ－ｉｅｌ－ｇａｇ
＠ｑ．ｏ．ｑｃｒｎ
基金项目：上海市教育委员会重点学科（５期）Ｊｌ０）第（５３４．
并指出了聚光太阳能电池冷却技术的发展趋势．
关键词：ห้องสมุดไป่ตู้ 阳能电池；冷却技术；聚光
中图分类号：Ｔ９４４Ｍ１．文献标志码：Ａ
ＲｅｅｒｈｏｏｉｇＴｅｈｏｏｙｏｏａｌｓａｃｆＣｏｌｎｃｎｌｇｆＳｌｒＣｅｌｓ
装机容量近４Ｗ，２００Ｇ比０９年的２Ｗ增加了３Ｇ
７％．据欧洲ＪＣ的预测，２３０根Ｒ到００年在总能源
结构中可再生能源占到３％以上，阳能光伏发０太电在世界总电力的供应中达到１％以上；２４０到００年可再生能源占总能耗５％以上，阳能光伏发０太
太阳能是人类取之不尽、之不竭的可再生用
能源，也是地球上最直接、最普遍、最清洁的能源，被公认为未来最理想的替代能源之一．９６年以１９来，界太阳能发电技术得到了高速发展．欧洲世据光伏行业协会发布的数据，００年全球新增太阳２１
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技术采用低成本的反射镜或者透镜，用聚光的利形式使太阳能电池在几倍甚至几百倍光强的条件下工作，在使用相同光伏电池的情况下，能输出更

聚光光伏电池的热平衡与冷却

ＴｈｅｇｌｎｅａｄＣｏｌｎｇｏｏａｌｓｉｎｅｒｔ０ｅＥｎｒｙＢａａｃｎｏｉｆＳｌｒＣｅｌｎＣｏｃｎｔａｉｎ
ＳＵＮｉｎＪａ
（ｃｏｌｆＭａｅｉｌｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ｉｇｅｈｎＣｅａｃＩｓｉｕｅＳｈｏｔｒｓＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＪｎｄｚｅｒｍｉｎｔｔｔ，ｏａＪｎｄｚｅ３０１Ｃｈｎ）ｉｇｅｈｎ３３０，ｉａ
根据计算结果对传热过程中的热阻及电池的串联内阻对电池的温度、电转换效率及电能输出功率的影响光进行了分析。分析结果表明：电池温度随聚光率的增加而升高，电池效率和输出功率随聚光率的增加先增后
１８５
电力与能源
第３２卷第２期
２１０１年４月
聚光光伏电池的热平衡与冷却
荆、健
（景德镇陶瓷学院材料科学与工程，西景德镇江３３０）３０１
摘
要：立了聚光条件下光伏电池的热平衡方程及电学特性模型，用模型对电池的输出特性进行了计算，建利
Ａｂｓｒｃ：Ａａｈｅａｉａｏｄｌｏｓｒｂｎｈｈｍａｎｏｅｈａｔｒｓｉｆｓｌｃｏｌｅｌｎｃｎ— ｔａｔｍｔｍｔｃｌｍｅｆｄｅｃｉｉｇｔｅｔｅｒｌａｄｐｗｒｃａｒｃｅｉｔｃｏｉｏｎｓａｒｃｌｓｉｏｉ

《太阳能电池的特性》课件

电能通过外部电路输出，供用户使用。
转换
光生电效应将光能转换为电能，产生电压和电流。太阳能电池的效率Fra bibliotek0102
03
最大功率点跟踪
太阳能电池的输出功率随光照强度和温度变化，通过最大功率点跟踪技术可实现最大效率输出。
温度影响
随着温度升高，太阳能电池的效率降低，因此需要采取散热措施。
光照强度影响
扶贫项目
光伏电站的建设可以帮助贫困地区发展可再生能源产业，增加就业机会，促进当地经济发展。
06 结论
太阳能电池的重要地位
太阳能电池是可再生能源的重要来源，具有可持续性和环保性。
随着全球能源需求的不断增长，太阳能电池在满足能源需求和减缓环境污染方面发挥着越来越重要的作用。
对未来能源发展的影响
总结词
太阳能电池能够持续使用的年数
详细描述
寿命是衡量太阳能电池耐用性的重要指标。长寿命的太阳能电池能够提供更长时间的无维护电力供应，减少更换和维护成本。
04 太阳能电池的优势与局限性
优势
可持续能源
太阳能是一种永不枯竭的能源，只要有太阳，
就可以持续发电。
环保
太阳能电池不产生任何污染物，不会排放有害气体，是一种绿色、清
商业用太阳能电池板
商业建筑
商业建筑如商场、办公楼等可以利用太阳能电池板发电，降低能源成本，同时也有利于环保。
交通设施
交通设施如公交车站、高速公路服务区等可以利用太阳能电池板供电，提供照明、广告牌等用电需求。
光伏电站
大规模发电
光伏电站利用大面积的太阳能电池板，集中发电并接入国家电网，是国家可再生能源发展战略的重要组成部分。

光伏电池聚光特性

图! "#$%&" 系统实物图
电池阵列工 "H#1*&1.* 光伏方阵 & 组件测试仪测量；作温度用 H<IJ4 红外测温仪测量，还利用 >KL<KM 对建立的电池阵列模型进行模拟计算并将实验测量数据与理论计算值进行分析比较 ’ 实验测量 !C $ 曲线与模拟曲线有一定偏差，因为高光强下，电路中通过
基于槽式聚光热电联供系统，深入分析晶硅电池阵列和砷化镓电池阵列在高倍聚光下的输出特性及输出功率的影响因素 + 研究结果表明，聚光光强下砷化镓电池阵列输出性能优于晶硅电池阵列，高光强会导致光伏电池禁带宽度变窄，短路电流成倍增加，增加输出功率，但同时耗尽层复合率变大，开路电压降低，制约阵列的输出功率；高光强还引起电池温度升高，电池阵列串联内阻增加 + 分析表明聚光作用下电池阵列串联内阻对输出功率影响巨大，串联内阻从 & ! 增加 ! !，四种电池阵列输出功率分别损失 $*,*(- ， *.,’)- ， **,)&- 和 %(,&!- +
图&
不同内阻的四种电池阵列的 !# " 曲线和最大输出功率随串联内阻变化关系
从图 & 可知，聚光光强下，电池阵列内阻高于
单、多晶硅 !# " 特性曲线趋于直线；空间 ’()" ! 时，
** 期
徐永锋等：聚光光强对光伏电池阵列输出性能的影响
-!,*
太阳电池阵列和砷化镓电池阵列在串联内阻高于 !"# ! 时， !$ " 曲线品质变差 % 电池阵列串联内阻的增加会严重影响输出性能，图 & 下边为四种电池阵列最大输出功率 # ’ 随串联内阻 $ ( 变化曲线，晶硅电池阵列的 # ’ 随 $ ( 先大幅度下降，当 $ ( 增至一定值后，而砷化镓电池阵列的 # ’ 随 # ’ 缓慢下降，晶 $ ( 成线性下降 % 如表 ) 所示， $ ( 从 ! ! 增加 * !，硅阵列和砷化镓电池最大输出功率分别下降了 +,",-. ， ,/"0&. ， ,,"&!. 和 #-"!*. % 研究表明高光强下串联内阻对电池阵列输出特性影响巨大，其中砷化空间太阳电池阵列输出性能受 $ ( 影响最大，镓电池阵列受串联内阻的影响较小 % 由测量数据可知，长时间工作高光强下的电池阵列开路电压 " 12 和短路电流 ! (2 比实验室测量值都小 % 为具体研究减小 " 12 和 ! (2 对电池阵列输出性能的影响，模拟计算出工作于 345673 系统的四种电池阵列随 " 12 和 ! (2 下降的 !$ " 曲线和输出功率随 " 12 和 ! (2 变化曲线 %

太阳电池的基本特性及工作原理

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现在就可用电子能带结构来描述金属、绝缘体和半导体之间的差别。电导现象是随电子填充允许带的方式不同而不同。被电子完全占据的允许带（称为满带）上方，隔着很宽的禁带，存在完全空的允许带（称为导带），这时满带的电子即使加电场也不能移动，所以这种物质便成为绝缘体。允许带不完全占满的情况下，电子在很小的电场作用下就能移动到离允许带少许上方的另一个能级，成为自由电子，而使电导率变得很大，这种物质称为导体。所谓半导体，即是天然具有和绝缘体一样的能带结构，但禁带宽度较小的物质。在这种情况下，满带的电子获得室温的热能，就有可能越过禁带跳到导带成为自由电子，它们将有助于物质的导电性。参与这种电导现象的满带能级在大多数情况下位于满带的最高能级，因此可将能带结构简化为图 2.2 。另外，因为这个满带的电子处于各原子的最外层，是参与原子间结合的价电子，所以又把这个满带称为价带。图中省略了导带的上部和价带的下部。半导体结晶在相邻原子间存在着共用价电子的共价键。如图 2.2 所示，一旦从外部获得能量，共价键被破坏后，电子将从价带跃造到导带，同时在价带中留出电子的一个空位。这个空位可由价带中邻键上的电子来占据，而这个电子移动所留下的新的空位又可以由其它电子来填补。这样，我们可以看成是空位在依次地移动，等效于带正电荷的粒子朝着与电子运动方向相反的方向移动，称它为空穴。在半导体中，空穴和导带中的自由电子一样成为导电的带电粒子（即载流子）。电子和空穴在外电场作用下，朝相反方向运动，但是由于电荷符号也相反，因此，作为电流流动方向则相同，对电导率起迭加作用。
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聚光太阳能电池的冷却方式及选择

聚光太阳能电池的冷却方式及选择刘剑涛;尤坤坤;马晓程;曾宪平;任建兴【摘要】分析了聚光太阳能电池冷却技术的研究背景,描述了4种主要冷却技术的相关原理及其应用场合,并指出了聚光太阳能电池冷却技术的发展趋势.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2012(028)002【总页数】5页(P149-152,155)【关键词】太阳能电池;冷却技术;聚光【作者】刘剑涛;尤坤坤;马晓程;曾宪平;任建兴【作者单位】上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090;上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090;上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090;上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090;上海电力学院能源与环境工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM914.4太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，也是地球上最直接、最普遍、最清洁的能源，被公认为未来最理想的替代能源之一.1996年以来，世界太阳能发电技术得到了高速发展.据欧洲光伏行业协会发布的数据，2010年全球新增太阳能光伏装机容量为16 GW，全球太阳能光伏累计装机容量近40 GW，比2009年的23 GW 增加了70%.根据欧洲JRC的预测，到2030年在总能源结构中可再生能源占到30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到10%以上;到2040年可再生能源占总能耗50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80%以上，太阳能发电占到60%以上，显示出重要的战略地位［1］.与此同时，太阳能电池的应用范围也越来越广.据统计，我国的太阳能资源非常丰富，陆地表面每年接收的太阳能总量就相当于1.7×1011t标准煤，而且太阳能具有安全可靠无污染、设备移动方便等优点，因此开发利用太阳能的潜力巨大.1 太阳能电池太阳能电池是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应而进行工作的［2-4］.传统的太阳能发电方式成本高昂，效率较低;聚光太阳能发电技术采用低成本的反射镜或者透镜，利用聚光的形式使太阳能电池在几倍甚至几百倍光强的条件下工作，在使用相同光伏电池的情况下，能输出更多的电能，降低成本，提高电池的效率，因而具有良好的应用前景［5-9］.但在太阳能电池运行的过程中，太阳辐射能除了被吸收转化为电能和被反射外，大部分都被电池吸收转化为热能，使得电池温度逐渐升高，而电池温度的升高会对发电转化效率造成一定的影响.图1为不同温度下太阳能电池的转化效率曲线.由图1可以看出，在相同的聚光比条件下，不同温度下太阳能电池的转化效率是不同的，温度越高，其相应的转化效率就越低(据统计电池组件温度每降低 1 K输出电量增加 0.3% ～0.5%［10］);而且太阳能电池工作在温度较高情况下，其开路电压随温度的升高而大幅下降，会导致充电工作点严重偏移，易使系统充电不足而损坏;此外，随着单位面积的电池板辐射光强的增加，吸收的热量也会增加，电池的温度控制和散热问题将更为突出，太阳能电池长期在高温下工作会因迅速老化而导致使用寿命缩短.图1 不同温度下太阳电池的转化效率因此在聚光条件下，为了保证太阳能电池能在较高效率下工作并有效地延长其使用寿命，需要采用合理的冷却方式对太阳能电池进行冷却.2 聚光太阳能电池的冷却方式传统的聚光太阳能电池的冷却方式分为自然循环冷却和强制循环冷却两种.自然循环冷却系统通常是将铜、铝等高导热材料作为电池背板，并安装肋片、通道等结构加强自然对流换热，对太阳能电池进行降温，工作介质(多为空气或水)通过太阳能背面吸收热量，以达到降温的目的.自然循环冷却安装方便，造价低，但冷却效果有限.强制循环方式和自然循环冷却方式一样，也采用加肋片、通道等结构，不同之处在于其使用强制流动循环系统，有时会在电池正背面同时进行冷却［11］.因为采用强制对流换热，组件背面被制成通风流道，流道的入口(或同时在出入口)设置风机以增强空气流动，但风机的使用会额外消耗一部分电能，其工作介质多采用空气或者透射率较高的液体(比如水).由于聚光太阳能系统的功率和聚光比越来越大，自然循环冷却方式越来越难以满足其散热需求，因此，目前在容量较大的太阳能系统中广泛采用强制循环冷却方式，但自然循环冷却方式在民用和商用的小型太阳能系统中仍占有很大的比例.空气和水是聚光太阳能电池传统冷却方式中最常用的两种介质，无论在自然对流和强制对流的状况下，水的传热性质都要优于空气，因此在合理的设计方式下，空气冷却方式的效率必定比水冷却方式低.2.1 空气冷却方式通常，采用空气冷却，换热性能与空气的流速、流道的长度和高度等有关，优化这些参数可以达到最佳的换热效果.对于一个确定的电池阵列长度L，当空气流道水力直径D满足L/D=20时，冷却效果最好，而且其他因素对该值影响不大［12］. 张晓霞［13］等人设计了一种通过空气冷却降低聚光型太阳能电池温度的数学模型，其方式是在电池板背面的风道内利用风机主动进行空气流动，带走大量热量，达到对电池板冷却的目的.通过计算机模拟可知，与不带翅片轴流式冷却方式相比，带翅片轴流式冷却的电池背部温度要低35～40℃，功率输出提高了15%;自然风冷却温度要低50～60℃，功率输出提高了40%;自然通风散热温度要低100℃，输出功率呈直线上升，提高了近70%.因此，选用优化设计有翅片、有风扇的轴流式冷却方式，可以大幅度提高电池的输出功率，同时由于冷却的作用，也可使太阳能光伏电池在正常的环境温度下工作，延长了其使用寿命.2.2 水冷却方式水冷却系统设计的关键是保证太阳能电池与换热器表面间良好的热传导和电绝缘，同时还要考虑工质的渗漏问题.典型的水冷却系统由换热器、水箱、若干连接阀门等部件组成，其中换热器的结构通常有管板式、流道式和水箱底座式等［14］.水冷却系统如图2所示.图2 水冷方式示意但水冷却方式管路多，连接点多，还需要水箱，潜在的故障点也较多，可靠性不高.此外，由于水的传热性质比空气好很多，因此水冷却的效率要高于空气冷却，但由于可靠性是太阳能发电系统的生命，因而在实行故障率一票否决制的太阳能系统中不适用.2.3 热管冷却技术随着聚光太阳能电池的聚光比和功率的提高，使得单位体积的发热量急剧增加，传统的散热方式在传热量、体积、质量和冷却方式等方面已很难满足要求，因此一些新兴的冷却方式(比如热管冷却技术、微通道冷却技术、射流冲击冷却、液浸冷却技术)开始崭露头角.目前，热管冷却技术在中央处理器(CPU)散热器中已得到普遍应用，而在光伏电池的散热上应用较少.热管是一种高效传热元件，散热能力约为 250 ～1 000kW/m2［15，16］，采用传统的冷却方式时，聚光型太阳能电池的表面温度往往存在一定的不均匀性，导致电池转换效率降低，而热管具有很好的均温性能，电池表面的温度场也比较均匀，而且不需泵输送传热介质，非常适用于聚光条件下的电池冷却.热管冷却系统具有结构简单、冷却效率高、使用寿命长等优点.采用热管冷却时，热管的蒸发端紧贴太阳能电池的背面，通常随着聚光比的增大，蒸发端的温度有所上升;随着蒸汽饱和温度的降低，蒸发端最高温度以及太阳电池表面的平均温度降低.因此，在设计时应选择合适的聚光比，并考虑使蒸汽的饱和温度尽量的低(可以通过提高冷凝段的冷却能力使蒸汽的饱和温度降低).冷凝段暴露在大气中与周围空气进行自然对流换热，可以安装翅片增加散热面积来提高冷凝段的换热效果［1］.由于冷却元件的温度一般要求在20～100℃，热管的设计可选择R-11或R-22以及水作为工作液体［14］.2.4 微通道冷却技术微通道冷却是指在基体上用光刻或其他刻蚀法制成截面尺寸仅有几十至上百微米的槽道，换热介质在这些小槽道中流过，与换热器基体换热的同时也通过基体与别的介质换热.冷却器的基体材料可以是金属、玻璃、硅或其他任何合适的材料.这种换热器的突出优点如下.(1)换热系数大，换热效果很好.由于几何尺寸极小，流体流过通道时的流动状态与常规冷却器有很大区别，雷诺数一般增大一个数量级，因而换热系数明显增大，换热介质与基体之间的温差很小.(2)体积很小，特别适合电子器件的冷却［17］.但由于冷却器的温度梯度和压力损失较大，因此泵或风机的耗功较大.微通道冷却器水冷却系统的设计关键是保证太阳电池与换热器表面间存在良好的热传导和电绝缘.如果能在太阳电池的生产过程中直接在电池背面灼刻微通道，那么无论从冷却效果还是经济性来说都是一种很好的方法［15］.当前对微通道冷却器的研究主要集中在微通道表面温度的分布，流道尺寸对流动阻力和换热效果的影响等方面.图3为目前比较典型的歧管式微通道冷却系统［18］.图3 歧管式微通道冷却器综上所述，空气冷却材料取用方便，是目前最流行的冷却方式.水冷却和空气冷却的原理相似，效率更高，但成本和故障率均较高.热管冷却和微通道冷却技术作为新兴的冷却方式的代表，均具有良好的发展前景，尤其是热管冷却方式，由于其良好的适应性，在目前的聚光电池冷却技术中得到了越来越广泛的应用;微通道冷却由于其材料和生产技术的限制性，获得广泛关注还需要较长的时间.3 冷却方式的选择通常来说，聚光太阳能电池冷却方式的选取需要考虑到各方面的综合因素，主要包括所处地区、设备选型、设备成本、维护成本、聚光比等方面.为了保证电池的正常工作和使用寿命，当冷却过程热阻大于0.1(K·m2)/W时，聚光比不应超过4，此时可用空气自然对流方式对电池进行冷却;但在冷却过程通过一些强化换热措施，例如在强制对流状态下，选用导热性能好的铜或铝做成强化散热翅片背板，加强散热，将换热过程的热阻减少到0.01(K·m2)/W，系统的聚光比就可以增加到20倍;如果冷却过程的热阻进一步降低至0.005(K·m2)/W，组件就可以在聚光比为50倍的条件下安全工作;如果采用水作为工质对电池进行冷却，将热阻降低到0.001(K·m2)/W，聚光比就可以增加到100倍;如果通过相变或其他强化换热手段(如热管、微通道换热等)进行冷却，将热阻进一步降低至0.000 1(K·m2)/W，那末电池可以在1 000倍聚光比下可靠工作［19］.在通常情况下，聚光电池较适用的冷却方式见表1［20］.表1 聚光太阳能电池冷却方式的选择电池类型聚焦倍数/倍冷却方式单个电池1～1 000 空气冷却，热管线性聚光＜25 水冷，液浸电池阵列＜150 微通道，热管≥25 水冷，热管≥150 微通道，射流冲击，液浸鉴于聚光型太阳能电池系统散热的复杂性，具体系统还需要具体分析后才能确定最终采用何种冷却方式，表1仅提供初步的参考方案.在目前的水平和条件下，空气冷却和水冷却方式的商业投资价值更大，而且这两种系统方便与建筑物结合的优势非常明显.但随着技术的发展、电池尺寸的减小，以及原料成本的下降，热管冷却和微通道冷却等新兴系统必定有更广阔的市场，目前热管冷却已经开始由试验阶段进入实际应用阶段.4 结论(1)空气冷却由于取材方便，目前仍是最主要的聚光太阳能电池的冷却方式;(2)相比于空气冷却方式，水冷却的效率得到了大幅度提高，但是成本较高，故障率较多，这也是当前水冷却方式发展的瓶颈之一;(3)热管冷却是目前新兴的冷却方式之一，优点明显，发展前景良好;(4)相比于其他3种冷却方式，微通道冷却技术有着良好的发展前景，其热阻更小，效率更高，但由于材料和技术的限制，得到广泛应用仍需要作进一步的研究.参考文献:【相关文献】［1］王子龙，张华，张海涛，等.聚光型光伏电池冷却热管蒸发端的数值模拟［J］.制冷技术，2000(2):37-42.［2］郭浩，丁丽，刘向阳.太阳能电池的研究现状及发展趋势［J］.许昌学院学报，2006，25(2):38-41.［3］李崇华.太阳能电池工作原理与种类［J］.电气技术，2009(8):128-130.［4］成志秀，王晓丽.太阳能光伏电池综述［J］.信息记录材料，2007，8(2):41-47.［5］吴玉庭，朱宏晔，任建勋，等.聚光与冷却条件下常规太阳电池的特性［J］.清华大学学报，2003，43(8):1 052-1 055.［6］MARY D A，ROBERT H.Clean electricity from photovoltaics［M］.London:ImperialCollege Press，2001:157-159.［7］马世俊.卫星电源技术［M］.北京:宇航出版社，2001:55-58.［8］KIM Ran Y.Dimensional stability of composite in a space thermal environment ［J］.CompositesScience and Technology，2000，60(12-13):2 601-2 608.［9］WANG Si-cheng.Review and trend of solar photovoltaic technology［J］.International Power，1997(4):21-23.［10］何伟，李杰.光伏光热建筑一体化对建筑本能影响的理论研究［J］.暖通空调，2003，33(6):8-11.［11］杨晶晶，刘永生，谷民安，等.太阳能光伏电池冷却技术研究［J］.华东电力，2011，39(1):81-85.［12］BR INKWORTH 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太阳能电池的基本特性

太阳能电池的基本特性袁　镇,贺立龙(西安创联电气科技(集团)有限责任公司　陕西西安　710065)摘　要:能源危机与环境污染是人类正面临的重大挑战,开发新能源和可再生清洁能源是21世纪最具决定影响的技术领域之一。

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源,对太阳能电池的研究与开发也变得日益重要。

从太阳能电池的结构、工作原理出发,系统地论述了表征太阳能电池特性的短路电流、开路电压和填充因子等参数以及外界条件对他们的影响。

关键词:太阳能电池;短路电流;开路电压;填充因子;转换效率中图分类号:TN366 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2007)1616303The B asic Characteristics of Solar CellsYUAN Zhen ,H E Lilong(Xi ′an Chuanglian Electronic Component (Group )Co.L td.,Xi ′an ,710065,China )Abstract :The energy crisis and pollution of environment is serious challenge for human being.It is the most critical and in 2fluential technology areas.Solar energy is a regenerative and clean energy.The research of solar cells becomes more and more important.In this paper the parameters which are used to character the solar cells are systematically discussed based on the structure and working principle of solar cells ,and the effect of environment conditions on these parameters are also discussed.These parameters are short circuit current ,open circuit voltage and fill factor.K eywords :colar cells ;short circuit current ;open circuit voltage ;fill factor ;conversion efficiency收稿日期:20070313 太阳能电池是利用半导体光生伏特效应((Photovol 2taic Effect )做成的半导体器件,也是一种电离辐射效应的应用。

太阳电池的工作原理和基本特性

光生伏特（光伏）效应
光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着内建结电场，其方向是从N区指向P区。
当光照射到结区时，光照产生的电子-空穴对在结电场作用下，电子推向N区，
空穴推向P区；电子在N区积累和空穴在P区积累使PN结两边的电位发生变化，
在光照射下，物体内部原子的束缚电子变成自由电子，形成自由电子和穸穴。在结电场作用下，自由电子向N区运动，穸穴向P区运动，于是在N区和P区分别聚集了电子和穸穴，产生了电动势。接有负载时，负载中就有电流通过。
现在的硅光电池在强光照射下，能产生0.5伏的电动势，每平方厘米工作面积输出24毫安的光电流，相当输出功率10-12毫瓦。
半导体内光电效应
光照射在卉导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内穸穴增多，即激发出光生电子-穸穴对，从而使卉导体材料产生电效应。光子能量必须大于材料的禁带宽度Eg才能产生内光电效应。由此可得内光电效应的临界波长o=1293/Eg (nm)。通常纯净卉导体的禁带宽度为1eV左右。
必须相等。
用时间来计算发光流明的数量是秒数*流明数=流明秒。摄影用的闪光灯的闪光度即以流明秒为单位表示的。
光强对I-V曲线的影响
反向饱和电流J0对I-V曲线的影响
最佳工作电压Vmp 和工作电流Imp 对I-V曲线的影响
测试条件对I_V曲线的影响
标准测试条件(STC standard test condition) 即：欧洲委员会定义的 101 标准，辐射强度 1000W/m2 ，大气质量 AM1.5 ，电池温度 25 ℃ ）
各种环境照度值：单位 lux

太阳辐照度对太阳电池特性的影响文献综述

太阳辐照度对太阳电池特性的影响文献综述摘要：本文综述了太阳辐照度对太阳电池特性的影响的相关文献。

所研究的内容与聚光光伏技术密不可分，所以本文先对聚光光伏技术及其发展做了简单的归纳总结。

接着从太阳电池整列（单晶硅、多晶硅、空间太阳电池、砷化镓太阳电池）、太阳电池组件（晶体硅、多结电池、薄膜太阳电池）等多个方向综述了太阳辐照度对不同太阳电池特性的影响。

得出太阳辐照度的改变会对太阳电池有两个显著的影响：一、随着太阳辐照度的增加，光生电流随之增加，从而导致短路电流I sc线性增加，开路电压V oc对数增加，输出功率P、填充因子FF和转换效率η也随之变化；二、太阳辐照度增加了，电池表面的温度升高，从而使禁带宽度变窄，短路电流I sc小幅度增加，开路电压V oc减小，串联内阻变大，对输出功率P、填充因子FF和转换效率η产生影响。

关键词：太阳辐照度；太阳电池特性；聚光；转换效率1引言现今，能源危机问题日渐严峻，人类迫切需要研究开发新的节能、环保、可持续发展的能源以代替已日渐拮据的传统常规能源。

太阳能光伏发电技术便是在这种趋势下研究出来一种非常重要的新能源利用方式。

现在制约太阳能光伏发电技术大规模的运用的仍是发电成本太高，降低发电成本有两种途径：提高光电转换效率和降低电池组件生产成本。

直接入射到地球表面的太阳辐照能流密度很低，为了获得较高的电流、电压需要大面积的太阳电池。

如果聚光，一可以增加太阳辐照能流密度，从而增加电池输出功率，提高效率等；二又可以用相对便宜的聚光器部分代替昂贵的太阳电池,从而达到降低光伏发电系统成本的目[1]。

因此就能节省下来大量资金，可以使用工艺先进、效率更高而价格较贵的电池来提高整个系统的性能[2]。

正是因为这样的原因，聚光光伏技术具有广阔的应用前景。

聚光的目的就是为了提高太阳辐照度，所以了解太阳辐照度对太阳电池特性的影响非常有必要。

本文是有关不同太阳辐照度对太阳电池特性影响的综述，在与聚光光伏技术有关的文献中对这方面有大量提及，在其他对太阳电池特性研究的文献中也有不少提及。

聚光型光伏电池的冷却方式

2 研究中的光伏电池冷却方式
随着电子芯片的集成度越来越高 ,芯片的散热量也越来越大 ,例如目前 CPU 的散热量最大已达 120 W 左右。针对此类问题 ,许多厂商和研究者进行多年的研发 ,寻找出很多有效的冷却方式 , 比如微通道冷却技术、液体射流冲击冷却技术、热管冷却技术、集成热路、热电子发射制冷技术等 [ 11 ] 。由于光伏电池与电子芯片的散热要求比较相似 ,所以这些技术也可以应用到光伏电池的冷却中。下面将介绍比较热门的微通道冷却技术、液体射流冲击冷却技术、热管冷却技术和液浸冷却技术。 2. 1 微通道冷却技术
RYU 等人 [ 18 ] 设计了歧管式微通道冷却器 , 如图 2。实验表明 ,这种微通道冷却器可以减小温度和压力梯度。在层流流动状态下 ,歧管式微
通道冷却器的热阻比传统微通道冷却器小 50% , 最小可达 3. 1 ×10 - 6 (m2 ·K) /W。
新能源及工艺
图 2 歧管式微通道冷却器
0 前言
目前工业化批量生产的硅太阳能电池光电转化效率大约为 13% ～14% [ 1 ] ,剩余的光能转化为热能 ,因此太阳能电池的散热问题非常突出。
聚光型光伏电池利用菲涅尔透镜或碟式反射镜等将太阳辐射聚焦到太阳能电池上 ,太阳能电池表面按受太阳的辐照强度可以增强 200 ～2000 倍。这样 ,太阳能电池的单位面积输出功率将大幅提高 ,从而使发电成本下降。目前有报道的磷化铟 2镓铟砷 2锗三结电池转化效率已达 41. 1% [ 2 ] 。但是 , 即使这样高的转化效率 , 仍然有 60%左右的能量转化为热量。如果不对电池进行
新能源及工艺

了解太阳能电池的充电和放电特性

了解太阳能电池的充电和放电特性太阳能电池是一种利用太阳光转化为电能的设备，它具有独特的充电和放电特性。

充电是指太阳能电池通过吸收太阳光的能量将其转化为电能的过程，而放电则是指太阳能电池将储存的电能释放出来供电使用的过程。

了解太阳能电池的充电和放电特性对于我们更好地利用太阳能电池具有重要意义。

首先，让我们来了解太阳能电池的充电特性。

太阳能电池是通过光电效应将太阳光能转化为电能的装置。

当太阳光照射到太阳能电池表面时，光子会与太阳能电池中的半导体材料相互作用，激发出电子。

这些激发的电子会在半导体材料中形成电流，从而实现太阳能电池的充电过程。

太阳能电池的充电特性主要受到太阳光的强度、光谱和角度等因素的影响。

光照强度越大，太阳能电池吸收的能量就越多，充电效率也就越高。

而光谱的不同也会影响太阳能电池的充电效果，因为不同波长的光对太阳能电池的吸收效率不同。

此外，太阳能电池的充电效果还与太阳光的入射角度有关，入射角度越大，充电效率越低。

因此，在使用太阳能电池进行充电时，我们应该选择适当的光照强度、光谱和入射角度，以提高充电效率。

接下来，我们来了解太阳能电池的放电特性。

太阳能电池在充电过程中会将太阳光能转化为电能，并将其储存在电池中。

当我们需要使用电能时，太阳能电池会将储存的电能释放出来供电使用，这就是太阳能电池的放电过程。

太阳能电池的放电特性主要取决于电池的电化学性质和电池内部的电子流动。

在放电过程中，太阳能电池的电子会从负极流向正极，形成电流，从而实现电能的释放。

放电过程中，太阳能电池的电压会逐渐降低，直至电池的储存电能全部释放完毕。

太阳能电池的放电特性还受到电池的工作温度、电池的容量和电池的内阻等因素的影响。

较低的工作温度可以提高太阳能电池的放电效率，而较高的工作温度则会降低放电效率。

此外，太阳能电池的容量越大，储存的电能也就越多，放电时间也就越长。

而电池的内阻越小，放电效率也就越高。

因此，在使用太阳能电池进行放电时，我们应该注意控制工作温度、选择合适的电池容量和降低电池的内阻，以提高放电效率。

太阳能电池的工作原理与性能

太阳能电池的工作原理与性能随着环保理念的深入人心，太阳能逐渐成为人们重视和追逐的一个能源发展方向。

太阳能电池是将太阳能直接转化成电能的一种电子器件，具有高效、无污染、可再生等优点，成为未来可持续发展的重要组成部分。

本文将从太阳能电池的工作原理和性能两方面深入论述。

一、太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理基于晶体管和PN结。

PN结就是P型半导体和N型半导体结合处的PN结会在两种半导体中产生电场而形成势垒。

如果在PN结的两端分别连接电极作为外接电路，当阳光射入太阳能电池时，光子的能量被用来激发电流载体。

在“p-n”结的区域内，光电子被击中而产生能量，然后由势垒电场作用，靠近不同电位的电子和空穴被聚集起来，形成电子流进入外电路，使阳极短路而形成一个电路。

太阳能电池是光伏效应的实现器，光伏效应就是将光线直接转化成电子流的现象。

太阳能电池产生电流的原理是，太阳能电池上的n型半导体层有大量的自由电子，p型半导体层有大量的电子空穴，两者之间有一个障垒。

当光线照射到太阳能电池上时，光子和半导体表面产生电子-空穴对，其中电子受到电场作用被吸收到n型半导体中，而空穴则被吸收到p型半导体中，这样产生了电导~电流，然后这个电流通过外部负载进入回路。

当外部电路被关闭时，太阳能电池的电流就会消失。

二、太阳能电池的性能太阳能电池的效率主要取决于光伏转换效率和光损失、反射损失、折射损失、漏电、热损失等的综合影响。

当光线照射在太阳能电池表面时，会有一部分光线被反射回来，其中一部分遗漏到外面，导致了光伏转换效率的下降。

一般而言，太阳能电池的转换效率越高，产生的能量就会越多。

典型的太阳能电池效率通常在15％左右，高效的太阳能电池可以达到限定的40％以上。

另外，太阳能电池的输出电压和电流也是需要考虑的重要性能参数。

在现实中，太阳能电池组在不同的使用环境下获得的输出电压和电流是不同的。

因此，在设计系统的时候，需要分析和计算不同使用环境下的最大输出功率。

聚光光伏电池的热平衡与冷却

电力与能源第32卷第2期2011年4月聚光光伏电池的热平衡与冷却孙健(景德镇陶瓷学院材料科学与工程,江西景德镇 333001)摘要:建立了聚光条件下光伏电池的热平衡方程及电学特性模型,利用模型对电池的输出特性进行了计算,根据计算结果对传热过程中的热阻及电池的串联内阻对电池的温度、光电转换效率及电能输出功率的影响进行了分析。

分析结果表明:电池温度随聚光率的增加而升高,电池效率和输出功率随聚光率的增加先增后降,并存在一个最大输出功率;电池冷却过程的热阻越小、工作温度越低,光电转换效率越高、输出功率越大;电池本身串联内阻越大,电池的效率越低、输出功率越小。

根据分析结果提出,要使硅电池在聚光条件下长期高效、稳定安全的运行,必须对电池进行适当的冷却,要尽可能减小电池的串联内阻。

关键词:光伏电池;聚光率;传热热阻;输出特性;串联内阻中图分类号:T K513.1 文献标志码:A 文章编号:2095-1256(2011)02-0158-04The Energy Balance and C ooling of Solar C ells in ConcentrationS UN J ian(Schoo l of M aterials Science and Engineering,Jing dezhen Ceramic Institute,Jing dezhen333001,China)Abstract:A mathematical mo del o f describing the ther mal and pow er char act eristic of silicon so lar cells in con centration is set up,the out put per for mance o f t he silico n cells ar e calculated by the numerical analysis ap pro ach,the effects o f the heat tr ansfer r esistance and ser ies resistance on the silicon cell temperature,efficien cy and the o ut put pow er ar e analyzed.T he results sho w that the cell temper atur e increases as the co ncentra tion ratio increases,efficiency and elect rical out put pow er o f silicon solar cell incr eases shar ply at the begin ning w ith increasing the co ncentration r atio,then decr eases as the lig ht intensity incr eases.T he lower the heat transfer resistance of silicon so lar cell is decr easing,the low er temperature of so lar cell and the hig her ef ficiency and electr ical o ut put pow er of silico n solar cell.T he efficiency of silicon solar cell decr eases as the series resist ance increases,the out put po wer o f the silico n solar cell becomes low and there is a inflexion w ith the increase of the concentr ation r ation.So,it is necessa ry to reduce the series resistance of silicon solar cell and co ol the sil ico n so lar cell to keep it o per ating steadily,eff icient ly and safely fo r a long t ime.Key words:so lar cell;concentr at ion rat io;heat t ransfer resistance;out put per formance;series r esistant聚光光伏发电采用便宜的聚光器来部分代替昂贵的光伏电池,可充分利用光伏电池的光电转换能力,降低光伏发电的成本。