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相關知識名詞解說

1.日射

由太陽表面經太空、大氣層至地球表面之幅射能,波長由近紫外線至近紅外線( 300 - 4000 nm)間所有直射、散射及反射等光波之總稱。

地球表面所接收到直射光最強,陰雨天雖無直射光到達,經大氣層、雲層多次反射及散射之幅射能也不容忽視,對光伏組件也能夠有生電作用。

2.日照

在1平方米面積所接受到太陽幅射功率(直射、散射及反射)的量值,人眼無法敏銳感覺到瞬息萬變的日照量,它是非常不穩定的,因此用在光電轉換元件上,就呈現不穩定的生電作用。

上圖為2006/4/23在台中某平地上以10分鐘間隔記錄之瞬間日照量(綠色線)曲線圖,由曲線圖可看出日照量是隨時在改變;如果再以更短時間間隔可推測,日照量同樣地會有劇烈變化。

3.PV(Photovoltaic)

光是一種能量,能將光能轉換為電能即為光伏(Photovoltaic)作用,有因光生電功能的元件通稱為光伏元件或光伏組件,PV一詞已變成通常用語。

早在1954年美國貝爾實驗室發展出第一個以半導體製成光伏元件,距現在已超過50個年頭,由於受到低能源價格牽制,無法普遍應用於民生用途,隨著目前能源價格持續飆漲,再生能源受到重視,基本面有了支撐,市場大量需求導致有更多廠商投入生產、研發,新技術、新材料發現降低製造成本,加上各國政府政策性補貼,21世紀初將是PV產業大放異彩良好時機。

4.太陽能電池(Solar Cells)

能將太陽光能轉換為電能即為太陽能電池(Solar Cells),與光伏作用相同,因此可與光伏元件互用,唯光伏組件通常表示面積較大,由眾多太陽能電池組成之群組。

太陽能電池依材料分成矽與化合物兩大類,目前市面上以矽製品為主,矽製品中單晶矽效率(η)較佳,不過由於純度高,上游製程成本偏高,因此成品單價要比多晶矽貴,因此此製品在量方面已漸被多晶矽超越。目前太陽光電系統上所用模板以單晶矽及多晶矽為主。

 
     
 單晶矽色澤較深且均勻  呈五彩色的多晶矽  可捲曲的非晶矽薄膜

 

 

 

 

 

 

非晶矽薄膜雖然效率低,但價格便宜及可捲曲的特性,在消費性產品上擁有相當大地利基點。多晶矽薄膜可依附於建築材料上,將來的建材不但可發揮本身功能外,尚可有發電功能,化無生命為有生命,的確是一項創新的製品。

其他化合物製品,挾低成本的優勢,很多廠商正不遺餘力地投入研發,成果的分享,將帶來更普及的應用層面,讓我們拭目以待吧!

5.標準測試環境

太陽能光電製品規格的標識,需有一標準測試環境,此環境指周圍溫度25℃,光線日照量1000W/㎡。

光伏組件在實際運用場合隨大氣層影響,日照量隨時變化,相對地輸出也緊跟著改變,當日照量為500W/㎡時,輸出僅有一半輸出,輸出與日照成正比;與周圍溫度會呈現負溫度係數衰減關係,即溫度越高輸出會微量減少,這跟半導體元件同樣情形,此溫度係數大小與太陽電池材料有關。

6.太陽電池模板(Solar Module or Solar Panel)

以太陽電池(Solar Cells)經串、併聯並封裝製成之發電應用單元(unit),又稱為太陽能模組。

眾多半製品太陽電池作陣列式排列,經工廠封裝成模板,外形上可以有多種變化,基本上向陽光面要透光良好玻璃材質,背板如為不透光材質,即為一般型不透光模板;背板如同為透光玻璃,並適當錯開陣列間隔,即為不同半透光程度的BIPV專用半透光模板,可應用在BIPV系統中。

很多封裝廠商接受客戶化訂製,依需求模板外形尺寸彈性封裝。模板在電路上常以 符號來表示。

7.開路電壓(Open Circuit Voltage, Voc)

太陽電池模板或組列於標準測試條件之下開路電壓值(電流為零)。

模板電壓-電流特性曲線:

模板開路電壓會比最大輸出功率點電壓高(Vmpp),與光幅射能大小沒有成線性關係,當置於室內螢光燈光下,即有不小開路電壓,模板一旦接上燈泡,兩端電壓馬上急速下降,此乃其特性也,這項規格用於組成組列後,對於所接相關設備參考數據,例如模板Voc=21V,10個模板組成組列後組列電壓為210V,此電壓是否超過換流器輸入最高額定電壓,如超過將造成換流器小命不保。

8.短路電流(Short Circuit Current, Isc)

太陽電池模板或組列於標準測試條件之下短路電流值(電壓為零)。

將模板輸出兩端予以短路之電流不會大於最大功率點電流(Imax)1.5倍,不像市電短路時達上萬安培電流,不用在意開關設備啟斷容量(Interrupt Capacity)問題;在清潔模板時,可將模板兩端短路並不構成危險,反而較安全(輸出電壓為零)。

9.最大輸出功率(Maximum Power, Pmax)

太陽電池模板於標準測試條件之下最大輸出功率。

最大輸出功率值以標準測試條件為準,當日照量提高,最大輸出功率會提高,這在日照豐富的台灣不是不可能,但當仰角線與直射光無直角關係時,依幾何學受光面積減少,日照雖超過1000W/㎡,但受光面積並不是最大,

10.最大功率點電流(Maximum Power Point Current, Impp)

太陽電池模板於最大輸出功率點時之電流值。
最大功率點由調節電流取得:

電力調節器要取得最大功率點,需調節電流讓電壓與電流乘積(功率)是最大值即為最大功率點。

11.最大功率點電壓(Maximum Power Point Voltage, Vmpp)

太陽電池模板於最大輸出功率點時之電壓值。

模板最大輸出功率點並非固定不變,隨日照量多寡在變化,因此對應之最大功率點電壓也隨時在變化。

12.太陽電池組列(Solar String)

將多片太陽電池模板串聯即為組列(Solar String)。
8個模板串聯的組列:

模板輸出依太陽電池及內部幾只電池串聯來決定,通常約幾拾伏特電壓,在PV系統上顯然太低,無法運用;將模組串聯成組列後,電壓即成倍數增加,假設模板電壓 21伏特,8個模板組成之組列即有 21 x 8=168伏特。

同一組列之任一模板電流皆為同值,當不同電流規格模板串聯時,需以電流最低模板為基準,對較大電流規格模板無形中是一種浪費,因此構成組列的模板,電壓規格可以不同,電流必須相同。

13.太陽電池陣列(Solar Array)

將多串的太陽能組列並聯即為陣列(Solar Array)。
8串4並的PV陣列 :


組列僅能提高電壓,對電流並沒有貢獻,組列並聯成陣列後,電流容量即隨之增加,組列電流假設4A,四組組列並聯後,即成8串4並有4 x4 =16A之陣列電流輸出,因此組列是在提高電壓,陣列在提昇電流。

陣列中當出現不同組列電壓時,會造成組列較高往較低組列內部循流,無形中亦是一種浪費,因此陣列中之每一組列需要相同電壓。

局部遮蔭造成組列電壓不同而形成內部循流 :

在實際運用中可能因某組列有局部遮蔭現象而造成該組列電壓較低,而造成未遮蔭組列電壓較高,產生內部循流,使輸出電流減少,降低利用率,因此在每一組列需以二極體來阻隔此循流,此二極體就稱為阻隔二極體(Blocking Diode)。

阻隔二極體抑制內部循流現象 :

14.仟峰瓦(kWp)

以仟瓦為單位之太陽電池陣列最大輸出功率。

PV陣列由模板串並聯組合,將模板最大功率算術和當做系統仟峰瓦容量,此容量以標準測試環境為基準,在台灣夏季中午日照量偶而會超過1000W/㎡,提高輸出,相對地模板溫度上昇卻使輸出衰減,總體而言要讓陣列持續有仟峰瓦輸出是很困難。

15.最大功率點追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT )

直/交流轉換器以不斷調整輸入電流之方式,使太陽電池組列可隨時保持在最大功率輸出之功能。

最大功率點追蹤是電力調節器重要功能 :

既然日照量受太氣層所影響,模板、組列或陣列最大功率點隨時在變化,電力調節器必須即時偵測陣列電壓與電流變化關係,經過運算準則追蹤最大功率點(MPPT)來調整電流,讓陣列獲得之功率能有最大值的輸出。

16.電力調節器(Power Conditioner)

太陽能組列產生直流電(DC),要轉換成交流(AC),或要調節對蓄電池充電,或是要調節蓄電池的放電,在電路上負有調節功能皆稱為電力調節器。

電力調節器調節調節對象如果是蓄電池,除了上述最大功率點追蹤機能外,尚必須偵測蓄電池電壓,避免對過度充電及放電,降低蓄電池循環壽命,調節器品質對蓄電池壽命有密切關係。

17.PV換流器(PV Inverter)

將太陽能組列直流轉換成交流的一種裝置,也可統稱為電力調節器,它與一般主要改變頻率的換流器是不相同的。

PV換流器有獨立型、併網型及防災型之分,對於規格及特性,必須詳讀產品技術手冊。

併網型換流器由於與當地電力公司並聯,牽涉到在安全與電力系統穩定問題,產品是否有具公信力組織通過認證,在電力公司嚴謹併網相關規範中,一旦缺少認證文件,併網同意書申請將增添變數。

 

 
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