[发明专利]太阳能蓄电池的充电演示系统

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体是指太阳能蓄电池的充电演示系统。

背景技术

十八世纪的工业革命，大大推动了人类社会的生产力水平，使人类进入了机器大生产的工业时代。从此，人类大规模地开采矿产，砍伐森林，开垦草原，满足世界经济的发展。可以说，世界经济的现代化，得益于传统能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在传统能源基础之上的一种经济。随着科学技术日新月异地飞速发展，对能源的需求也在不断增长。自 70 年代的世界石油危机后，人们才真正意识到，供应常规电力所用的石化燃料的储量是有限的。能源危机迫在眉睫，根据对石油储量的综合估算，可支配的传统能源从全球来看，已探明的石油储量只能用到 2040 年，天然气也只能延续 50-60 年左右，即使是储量最丰富的煤炭最多也只能够维持二三百年。就连近代才发展起来的核能发电的原料铀的储量也是有限的，而且还存在安全和污染的难题，同样不能解决世界电力的长期稳定供应问题。因此，如不尽早设法解决常规能源的替代能源，人类迟早将面临燃料枯竭的危险局面。

太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片。当太阳光照射时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子--空穴对。这样，光能就以产生电子--空穴对的形式转变为电能。薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压，这一现象称为光伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。对于半导体 P-N 结，光伏效应更明显。因此，太阳能光伏电池都是由半导体构成的。太阳能电池的基本结构相当于一个大面积二极管，其基本特性也与二极管类似。当用适当波长的太阳光照射到半导体上时，光能被半导体吸收后，在导带和价带中产生非平衡载流子--电子和空穴。半导体内在 P 型和 N 型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向 N 区，空穴驱向 P 区，从而使得 N 区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在 P-N 结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外，还使 P 型层带正电，N 型层带负电，在 N 区与 P 区之间的薄层产生所谓光生伏特电动势。若分别在 P 型层和 N 型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能输出一定的电压、电流和功率。这样，太阳的光能就直接变成了可付诸实用的电能。

有许多材料可以用来做太阳能光伏电池的半导体层，但是能产生高能量转换效率的光伏材料并不多。全世界应用和研究的光伏材料主要包括单晶硅、多晶硅、砷化稼晶体材料以及非晶硅、磅化锡等薄膜材料。从对太阳能光吸收效率、能量转换效率、制造技术的成熟与否以及制造成本等多个因素来看，每种光伏材料各有其有缺点。

因此，很有必要设计一种太阳能蓄电池的充电演示系统。当光照恒定时，由于光生电流 Isc不随光伏电池的工作状态而变化，因此在等效电路中可以看作是一个恒流源，电池的光电流 Isc是当 RL=0Ω 时，所测的电池两端的短路电流，Isc的值与太阳能电池的面积大小有关，面积越大，Isc值越大，当温度升高时，Isc值略有上升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能蓄电池的充电演示系统。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

太阳能蓄电池的充电演示系统，包括等效电路，所述等效电路由 4 个部分组成：电池的光电流 Isc，P-N 结的非线性电阻 Rj，串联电阻 RS，和旁漏电阻 Rsh，Rs主要由电池的体电阻、表面电阻、电极电阻和电极与硅表面间接接触电阻所组成，Rsh为旁漏电阻，由硅片边缘不清洁或体内的缺陷引起，当光照恒定时，由于光生电流 Isc不随光伏电池的工作状态而变化，因此在等效电路中可以看作是一个恒流源，电池的光电流 Isc是当 RL=0Ω 时，所测的电池两端的短路电流，Isc的值与太阳能电池的面积大小有关，面积越大，Isc值越大，当温度升高时，Isc值略有上升。

本发明中，理想的太阳能电池，RS很小，Rsh很大。

由于 RS，Rsh分别串联与并联在电路中，进行理想计算时，可以忽略不计。光伏电池的两端接入负载 R后，光生电流流过负载，从而在负载的两端建立起端电压 V。负载端电压反作用于光伏电池的 P-N 结上，产生一股与光生电流方向相反的电流 ID。