基于本地光照情況對太陽能電池選型的研究

摘要：太陽能電池板應用越來越廣。詳細介紹了太陽能電池板的選擇方法以及太陽能電池的數學模型和工程模型，結合本地日照情況給出了具體的太陽能電池輸出電能計算，為太陽能電池選型提供一定的參考。

關鍵詞：太陽能 電池板 等效模型 電能計算

0 引言

太陽能發電主要有兩種方式：太陽能熱發電和太陽能光發電。太陽能熱發電主要利用溫差發電，但由于其功率小，技術復雜等，發展較慢，應用面不廣。發展最快的是太陽能光發電。將照射到太陽能電池上的光，產生光伏效應后直接轉換成直流電能輸出，到目前為止，超過100個國家參與太陽能電池的開發和應用。

1 太陽能電池板的選擇方法

在太陽能發電技術中，太陽能電池板是重要的組成部分。目前應用較廣的太陽能電池主要有以下三類：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池。

晶體硅電池是第一代太陽能電池。純硅含有極少量的硼和磷之類的元素，這些元素分別形成P型半導體和電子型半導體，這兩種半導體一旦接觸會產生內置電場，由于存在這種電場，半導體裝置就釋放出大量電子，電子通過晶體硅片電池將光能轉換成電能。在三種硅類電池里，轉換效率最高的是單晶硅電池，技術也最成熟，在實驗室里最高的轉換效率為23%，規模性生產的單晶硅電池的轉換效率為15%。單晶硅太陽能電池的性能參數穩定，價格較貴，適合在陰雨天為主、陽光較少的地區使用。

多晶硅所使用的硅比單晶硅少，其成本低于單晶硅電池，據有獨特的優勢。但是，多晶硅存在著晶粒界面和晶格錯位的明顯缺陷，導致多晶硅電池的光電轉換效率較低，沒有突破20%，以往最高的轉換效率是18%，工業規模生產的轉換效率為10%。多晶硅太陽能電池生產工藝相對較簡單，適合在陽光明媚、日照強烈的地區使用。

本地地處桂林，一年四季中大概有半年以上天氣以炎熱、晴朗為主，光照時間長，所以選擇多晶硅太陽能電池板，成本又相對較低。

2 太陽能電池的等效模型

2.1 理想數學模型

理想的太陽能電池的等效電路可用一個二極管和電流源并聯表示，實際上，串聯光伏電池存在內阻和分流電阻，實際太陽能電池的等效電路模型如圖1所示。

2.2 工程數學模型

在工程建設分析和應用中，工程數學模型僅采用太陽能電池制造商提供的一些標準測試條件（日照強度SB=

1000W/m3，電池溫度TB=25℃）下的重要參數：短路電流 ISC、開路電壓VOC、最大功率點電流Im和最大功率點電壓Vm。工程數學模型中，由于Rsh非常大，所以忽略UD/Rsh項，另外，Rsh遠小于二極管正向導通電阻，可假設Isc=Iph。該工程模型可化為：

太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的1.5倍，才能保證給蓄電池正常充電。如6V蓄電池充電需要用8～9V太陽能電池，12V蓄電池充電需要用到15～18V太陽能電池。

3 太陽能電池輸出電能計算

首先考慮太陽能板的輸出功率。因為日照地點是桂林，若選擇額定功率P為2W，額定電壓U為6V，額定電流I為200mA的太陽能板，每天平均受光理想電壓時間h是8小時。根據資料得，太陽能的發電效率u為0.7，蓄電池的補償值N=1.4，在此基礎上就可以計算到太陽能電池板一天的轉換電量和蓄電池的容量。

假設桂林的有效光照時間是h，那么太陽能電池板一天的光電轉換得到的電量為：

4 結論

由于太陽能取之不盡，用之不竭，無污染等特點，太陽能電池應用領域越來越廣，對其研究也成為面臨的重要問題，文章結合本地具體情況給出了詳細的選型方法，但是光電轉換效率是太陽能電池發展的一個重要制約因素。

參考文獻：

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