化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
太陽能蓄電池與光照時間的關(guān)系
閱讀：1270 發(fā)布時間：2013-10-23太陽能蓄電池與光照時間的關(guān)系
太陽能蓄電池與光照時間的關(guān)系
例如:有一塊單晶硅電池的組件,zui大的輸出功率Pm（額定功率）為25W,峰值電壓（額定電壓）Ump為17.2V,峰值電流（額定電流）為1.4,開路電壓為21V,短路電流為Isc為1.,某地區(qū)有效光照時間為12小時,求太陽能電池一天的發(fā)電量和所需的蓄電池的容量。
已知:Pm=25w ,h=12h ,U=17.2V ,太陽能電池的發(fā)電效率為:u=0.7,蓄電池的補償值為n=1.4
太陽能電池的發(fā)電量:M=Pm×h×u=25×12×0.7=210W 按上訴公式:C=Ph/U=25×12/17.2=17.44Ah
那么實際的蓄電池的有效容量要在C=17.44/1.40=12.46Ah以上 所以在實際中我們可以選擇14Ah左右容量的蓄電池。 按照下面的公式可以簡單的計算出日照時間：
在我國南方和北方的地區(qū)由于地理緯度上的差異,夏季和冬季的太陽日照時間可以根據(jù)下面的公式計算:H=12±0.09ɡ,H表示日照時間、12為日照平均時間、0.09表示地理上的經(jīng)度緯度的差異、ɡ表示所在地的地理緯度、±夏季?。?冬季?。９庹招室话阍谙募救?.8左右,春秋季取0.7,冬季取0.5～0.6 另外日照時間你可以咨詢當(dāng)?shù)氐臍庀蟛块T，一般都會提供，有些也可以查詢。 太陽能取之不盡用之不完而且環(huán)保清潔，在缺少交流電源供電的情況下更有不可替代的作用。太陽能電池和二次充電電池配合使用時可以組成一個獨立的不間斷直流供電系統(tǒng)，可以為一些比如：報警器、草坪燈、庭院入侵報警探頭、交通信號燈、手機充電器、無法提供電源的自動控制設(shè)備等負載提供電能。 一、目前太陽能電池的種類一般有三種材料的種類，即非晶硅、單晶硅和多晶硅。 非晶硅電池是早期產(chǎn)品，具有成本低、產(chǎn)量高等特點。光電的轉(zhuǎn)換效率一般為8%左右，所以價格低廉，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰。
單晶硅和多晶硅電池是一種將硅礦石采用燒結(jié)、拉晶、制極等工藝，再按照相關(guān)的工藝要求進行切割成適當(dāng)?shù)男∑?jīng)焊接線連接在一起形成組片，由于它的基片很薄，所以小功率的電池還需要再安裝在絕緣基板上使用，而大功率的采用強化玻璃將片基層壓于絕緣基板內(nèi)，zui后加上鋁合金框架進行保護所制成的平板電池。
單晶硅電池與多晶硅電池的不同處在于多晶硅的表面有大面積的冰花狀花紋，而單晶硅電池則是細小的顆粒，在它們的表面都鍍有一層藍色或紫色的抗反光膜。單晶硅轉(zhuǎn)換效率一般在10%～15%，而多晶硅的轉(zhuǎn)換效率在12%～16%。 太陽能電池的一個單片為一個PN結(jié)。單片電池的開路電壓在0.45V～0.6V之間,一般情況下電壓為0.5V,電池串聯(lián)的片數(shù)越多電壓越高;單片電池的電流取決于單個PN結(jié)實際受光面積,其短路電流一般為15～30mA/平方厘米，面積越大或并聯(lián)的片數(shù)越多則電流越大。
太陽能電池的zui大功率Pmax=開路電壓×短路電流，這是它們的理想功率，而平時大家衡量太陽能電池的是額定功率Pm。實際中額定功率是小于zui大功率的，主要是由于太陽能電池的輸出效率u只有70%左右。在使用中由于受光強度的不同，所以不同時刻的功率也是不同的，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)它的實際平均功率P=0.7Pm。如果太陽能電池要直接帶動負載，并且要使負載長期穩(wěn)定的工作，則負載的額定功率為Pr=0.7Pm。如果按照負載的功率選擇太陽能電池的功率則電池的功率為：Pm=1.43Pr。就是說太陽能電池的功率要是負載功率的1.43倍。
在選擇太陽能電池的功率時,應(yīng)合理選擇負載的耗電功率,這樣才能使發(fā)電功率與耗電功率處于一種平衡狀態(tài)。當(dāng)然太陽能電池的發(fā)電功率也會受到季節(jié)、氣候、地理環(huán)境和光照時間等多方面因素的制約。
二、蓄電池的使用（這里僅以夏季為例,介紹太陽能電池與蓄電池在一般情況下的使用）
蓄電池是一種儲存電能的容器,常被作為其它電路的“能源基地”。由于太陽能電池所產(chǎn)生的電力有限，因此要盡可能的擴大“基地”的儲電容量，但也不能無限擴大，因為太陽能電池只能在白天發(fā)電，其日發(fā)電量M＝發(fā)電功率（zui大輸出功率）×有效光照時間×發(fā)電時間，由此它的日電量等于輸出電流與有效光照時間的乘積,即:C=IH（Ah）。而蓄電池的容量則使放電時間和放電電流的乘積，因此計算公式為：C=IH（單位Ah，就是額定1A的電流放電一小時）。那么太陽能電池和蓄電池在容量和電量上使如何計算的呢？我們可以通過電功率公式:P=IU演化為:P=Iuh/h=CU/h。
根據(jù)上面的公式可以計算出蓄電池的容量，在計算過程中為了更加準(zhǔn)確，還要考慮蓄電池的充電效率。蓄電池的充電效率一般為65%～80%之間，其充電效率的高低取決于充電的方式，即充電的速率和電池內(nèi)部的活性物質(zhì)的利用率等客觀條件,一般的經(jīng)驗是充電效率的高低按照充電時間率和電流率來分別選取。充電時間越長電流越小，電能安全的轉(zhuǎn)化效率越高，其補償值就越高；充電時間越短則電流越大安全電能的轉(zhuǎn)化越低，如附表：
充電時間段 時間率 電流率 電流補償值 20小時以上 C20 0.05C 1.50—1.55 15小時左右 C15 0.07C 1.45—1.50 10小時左右 C10 0.1C 1.40—1.45 5小時左右 C5 0.2C 1.35—1.40 1小時以下
C1
1C
1.20—1.30
例如:有一塊單晶硅電池的組件，zui大的輸出功率Pm（額定功率）為25W，峰值電壓（額定電壓）Ump為17.2V，峰值電流（額定電流）為1.4，開路電壓為21V，短路電流為Isc為1.，某地區(qū)有效光照時間為12小時，求太陽能電池一天的發(fā)電量和所需的蓄電池的容量。
已知:Pm=25w ,h=12h ,U=17.2V ,太陽能電池的發(fā)電效率為:u=0.7,蓄電池的補償值為n=1.4
太陽能電池的發(fā)電量:M=Pm×h×u=25×12×0.7=210W 按上訴公式:C=Ph/U=25×12/17.2=17.44Ah
那么實際的蓄電池的有效容量要在C=17.44/1.40=12.46Ah以上 所以在實際中我們可以選擇14Ah左右容量的蓄電池。 在我國南方和北方的地區(qū)由于地理緯度上的差異，夏季和冬季的太陽日照時間可以根據(jù)下面的公式計算:H=12±0.09ɡ,H表示日照時間、12為日照平均時間、0.09表示地理上的經(jīng)度緯度的差異、ɡ表示所在地的地理緯度、±夏季取＋,冬季?。９庹招室话阍谙募救?.8左右，春秋季取0.7，冬季取0.5～0.6，這樣有效光照時間就為:h=H×光照效率
另外在選取蓄電池時,也應(yīng)該根據(jù)太陽能電池功率的大小來選用不同的種類的充電電池和蓄電池。小功率的太陽能電池可選用鎳鎘、鎳氫或者鋰電池等;中功率的太陽能電池，可以選用密封的免維護的鉛酸蓄電池，而大功率的太陽能電
池則應(yīng)該選用鉛酸蓄電池或者是蓄電池組。在使用中電池的電壓可以通過串聯(lián)獲得加倍，電流（容量）可以通過并聯(lián)加倍。 但是在應(yīng)用中注意以下幾個問題:
① 不同種類或者新舊程度不同的蓄電池不宜混用 ② 不同容量、不同結(jié)構(gòu)的蓄電池不可串聯(lián)使用 ③ 不同電壓、不同特性的蓄電池不能并聯(lián)使用 三、蓄電池和太陽能電池的配接
目前生產(chǎn)太陽能電池產(chǎn)品種類和規(guī)格很多，對于蓄電池來講一般有6V、12V、24V的。那么如何將太陽能電池和蓄電池配接起來？通常來說太陽能電池的額定輸出電壓要比蓄電池高1.3～1.5倍，這是因為蓄電池的充電效率決定的，因為太陽能電池的充電，不象使用市電給蓄電池充電一樣有較大的選擇余地，況且它在給蓄電池充電的時候功率波動比較大，這要先考慮太陽能電池的成本問題。假如蓄電池的充電時率選擇在C10,充電的補償值定位1.4倍，那么一個額定12V電壓的蓄電池應(yīng)當(dāng)選配的太陽能電池的電壓應(yīng)該在12V×1.4=16.8V左右的太陽能電池，這個電壓值已經(jīng)接近蓄電池的極限充電電壓。用太陽能電池給手機電池充電也是一樣的，充電的電壓越高則充電的功率就會越大，那么其他的充電時間和充電補償值就要另外計算。
在太陽能電池的與蓄電池并聯(lián)充電時,還要注意防止樹木和建筑物的遮擋照射太陽能電池的光線，或在陰天和夜晚時太陽能電池不能發(fā)電，所以在電路中一定要串聯(lián)一個整流二極管防止太陽能電池在電壓下降或者不發(fā)電時蓄電池對太陽能電池逆放電（我們可以提供低壓降的隔離二極管0.8元一個）,并聯(lián)使用二極管時注意選擇內(nèi)阻一致。
對于大功率的太陽能電池組件（小功率就免了）。為防止太陽能電池在強光下由于遮擋造成其中一些因為得不到光照而成為負載產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱受損,在太陽能電池組件輸出端的兩極并聯(lián)一個旁路二極管，旁路二極管的電流值不能低于該塊太陽能組件的電流值。 太陽能電池板的優(yōu)點： 1.運行成本低 2.容易安裝
3.可以在不同的環(huán)境下使用
4.可以根據(jù)實際的負載要求進行設(shè)計 5.維護費用低 6.不需要燃料
7.操作時無噪音，沒有易磨損的零部件，無污染，非常環(huán)保，轉(zhuǎn)換成電能中不產(chǎn)生其它物質(zhì)
8.能在長期無人值守的環(huán)境下正常運行 太陽能電池的特點：
1.按zui惡劣的氣候條件設(shè)計：工作溫度：-30℃～ 95℃ 相對濕度：0-100% zui大風(fēng)速：>200公里/小時
2.太陽能光伏組件具有非常好的輸出特性：短路電流溫度系數(shù)：2.0mA/℃ 開路電壓溫度系數(shù)：-0.078V/℃
3.單晶硅太陽能電池具有很高的光電轉(zhuǎn)換效率，弱光性很強，只需要室外有陽光直接照射到的地方即可使用.