[发明专利]一种太阳能发电系统

说明书

本发明公开了一种太阳能发电系统，包括至少一个太阳能电池、直流输出端和至少一个偏置电压源，偏置电压源与太阳能电池串联；偏置电压源对太阳能电池施加外部反向直流偏置电压。本发明的光电转换效率高，提高了太阳能电池输出功率和系统发电量，可以应用于太阳能并网、离网和储能发电系统中。

[技术领域]

本发明涉及太阳能发电，尤其涉及一种太阳能发电系统。

[背景技术]

太阳能发电系统中，太阳能电池把太阳的光能转换为直流电，通过太阳能电池的串并联提高电压、增大电流，汇流箱、配电柜等实现电气连接功能，逆变器把这种随机变化的直流电转换为与公用电网频率、相位、电压均相同的交流电实现并网发电，或者直接转换为50/60Hz的交流电实现离网发电。传统太阳能光伏发电系统，如图1所示，主要由串联连接的太阳能电池、逆变器、交流电网或负载组成。

太阳能发电系统中使用太阳能电池作为光电转换器件，太阳能电池本质为光电二极管，其等效电路模型为一个电流源与一个普通二极管构成，如图2所示。其中，电阻Rsh为等效并联电阻，电阻Rs为等效串联电阻，Iph为电流源即太阳能电池反向光电流，I为太阳能电池工作电流，V为太阳能电池工作电压，二极管D两端存在太阳能电池内在电场产生的直流电压。太阳能电池是一种将光信号变成电信号的半导体器件，太阳能电池在设计和制作时尽量使表面积相对较大，以接收更多入射光。

太阳能电池的等效物理模型是一个类似于普通二极管的PN结，在衬底上由半导体材料构成，其形成过程为中N区的电子扩散至P型，因而N区带正电荷；同时P区的空穴由于接收电子而被填充，因此P区带负电荷，如图3所示。由形成过程可见，PN结电场的正方向由N区指向P区，这个也称为内在自偏置反向电压。

当前太阳能发电系统中全部使用太阳能电池的光伏效应：当有光照进入PN结时，本征半导体吸收光生电子后把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，并且在内在自偏置反向电压的作用下发生漂移运动，P区的电子被内建电场拉到N区，N区的空穴被拉到P区。因而，P区带正电，N区带负电，形成光伏电压和光生载流子也即光电流，如图4所示。将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光伏电压，如图5所示。这个光电流是一种反向电流。光的强度越大，反向光电流也越大。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。太阳能电池片的内在自偏置电压一般低至0.4-0.8V，根据太阳能电池的不同类型而存在差异，而太阳能太阳一般包含多晶硅、单晶硅、硅基薄膜、铜铟镓硒薄膜、碲化镉薄膜电池等。为了达到更高工作电压，多个电池片串联构成组件、多个组件串联构成组串，当然电池片、组件也可并联使用。为了简化描述起见，本文中把电池片、组件、组串、或多个组串串并联组成的阵列统一称作太阳能电池，多个太阳能电池串联仅提高工作电压，但无法增大工作电流。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种光电转换效率高，使输出电流和输出功率增大的太阳能发电系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种太阳能发电系统，包括至少一个太阳能电池、直流输出端和至少一个偏置电压源，偏置电压源与太阳能电池串联；偏置电压源对太阳能电池施加外部反向直流偏置电压。

以上所述的太阳能发电系统，包括复数个所述的太阳能电池，复数个太阳能电池串联。

以上所述的太阳能发电系统，偏置电压源的数量与太阳能电池的数量相同，每个太阳能电池对应串联一个偏置电压源。

以上所述的太阳能发电系统，偏置电压源对每个太阳能电池施加的外部反向直流偏置电压大于太阳能电池内部的自偏置电压。

以上所述的太阳能发电系统，偏置电压源为直流电源，包括蓄电池、电容、直流-直流功率变换器或交流-直流功率变换器。