们在纯净的硅材料中掺杂磷原子，磷原子拥有 5 个外层电子，这样纯净的硅材料

就成为了 N 型半导体；假如我们在纯净的材料硅中掺杂有 3 个外层电子硼原子， 这样纯净的硅材料就成为了 P 型半导体。两种半导体材料结合到一起时，形成的 P-N 结在光照下就会产生电势差，太阳能电池就是这样的材料组成的。当太阳光 入射到 P-N 结，并将 P-N 结的另一端短接起来，形成的闭合回路即能形成电流。 光电效应就是在光照条件下，不纯净的半导体材料中产生电势差的现象。它 首先是由光子变换为逃逸电子、光辐射能转化为电能；之后在不纯净的半导体材

料接触面产生电势差的过程。

 太阳能电池工作原理

2 5KW 太阳能发电系统的搭建

2.1 太阳能电池组件的具体搭建

太阳能电池是用来将太阳辐射能转换为电能的器件。太阳能电池和通常所说 的电池是两个完全不同的概念，太阳能电池本身是个能量的装置，其本身并不能 将能量储存起来，它是应用光生伏打效应将太阳能转换成电能的能量转换装置。 现在常见的太阳能电池通常都是由半导体材料制作而成的。

太阳能电池阵列支架装置是将太阳能电池阵列固定在安装位置的一种框架 结构。支架一般用铝合金或不锈钢制作而成，经过镀锌处理后的支架能够使用更 长时间。支架主要分两大类，一种是固定式结构和另一种是自动追踪式结构。有 些固定式结构的支架也能够随着太阳光线的变化在一定范围内做部分调整，这种 支架上安装的各个光伏电池板的倾斜角度都能够通过调整紧固件而改变，以此来 适应不同角度的光线。自动追踪式的太阳能电池组件支架具有随动装置，能够保 持最佳的迎光角度，使得所有电池片功率最大化，这样可以最大限度的利用光能， 但制造成本会变高同时可靠性也会降低。本设计为了降低制造成本、简化控制， 最终选择使用固定式结构支架，选择向南安装。

太阳能电池板选择使用输出功率为 180W 的 GP-SP-180W-5M72 型太阳能电 池组件，本太阳能电池组件的类型为单晶硅型，由于本设计功率 5KW，故需要 至少 28 块标准电池组件，总功率为 28*180W=5040W。考虑到太阳能电池组件 的外形和间距，考虑由南往北平行于楼顶摆放 4 行组件，每行摆放 7 组，总共放 置 28 片单片组件功率为 180W 的单晶硅太阳能电池片。安装支架的同时要仔细 考察楼顶的承重和防水问题，要求组件能够抵抗一定的风速和雷击。本设计采用 材料为不锈钢的镀锌固定式结构支架，将所有太阳能电池板安装并连接起来，在 楼顶承重梁上固定，支架要求按段与屋面的防雷带相连，可做到一定程度下的防 水、抗风、防雷。

2.2  汇流箱设计

太阳辐射能在经过太阳能电池转化为的电能，是直流形式的电能，需要将这 部分电能送入汇流箱。汇流之前前，我们将各路输入的直流电的正极上加入一个 专用的二极管，防止一路太阳能组件因故障击穿后造成其他组件也击穿的严重后 果。各路直流电在汇流箱汇流之后，输出两条直流母线，将直流母线接入光伏逆 变器，由逆变器将直流电逆变成合格的可以并网的交流电，之后并入公共电网， 或直接供给系统附近的负载使用。在箱内，还有一些必要的器件，例如熔断器、文献综述

断路器和防雷器等。熔断器是为了防止瞬时的过电流，如短路电流等，它利用大 电流在瞬时产生的巨大热量而烧断自己断开电路，来保护汇流箱中的其他组件。 断路器用来自动或手动控制电路的通断来控制电路是否工作。并联连接的防雷器 是为了保护汇流箱在遭到雷击时不至于发生严重损坏。