强制电流阴极保护的电源设备
强制电流阴极保护系统设计
强制电流阴极保护系统设计强制电流阴极保护系统是一种使用电流进行阴极保护的措施，通常用于金属结构的防腐。
以下是一个强制电流阴极保护系统的设计方案，包括系统组成和原理。
1. 系统组成：(1) 阴极保护源：通常是一个直流电源，用于提供保护电流。
(2) 电流传输装置：由电缆、连接头等组成，用于将阴极保护源的电流传输到受保护金属结构上。
(3) 保护电流分配装置：用于将阴极保护电流分配到受保护金属结构上的各个部位，以确保整个金属结构均受到保护。
(4) 测量监控装置：用于监测和测量阴极保护电流的大小和金属结构的电位，以便及时调整和控制电流的分配。
(5) 接地系统：用于提供电流回路的接地，形成一个完整的电流回路。
2. 工作原理：强制电流阴极保护系统的工作原理基于阴极保护原理，通过将保护电流引入金属结构，形成一个保护电流环路，从而达到防止金属结构腐蚀的目的。
当阴极保护系统开始工作时，阴极保护源提供直流电流，通过电流传输装置将电流输送到受保护金属结构上。
保护电流分配装置将电流按需分配到各个部位，以保证整个金属结构均受到保护。
测量监控装置实时监测金属结构的电位和保护电流的大小，当发现电位过高或保护电流不足时，会发出警报并调整电流的分配，以实现最佳的阴极保护效果。
接地系统起到了提供电流回路的作用，使得电流能够流经金属结构，形成一个完整的闭合回路。
良好的接地系统也能够有效降低结构上的电位，提高阴极保护的效果。
3. 设计要点：(1) 选择合适的阴极保护源：根据金属结构的大小和防腐要求选择合适的阴极保护源。
一般来说，阴极保护源需要能够提供稳定的直流电流。
(2) 合理布置电流传输装置和保护电流分配装置：根据金属结构的形状和大小，合理布置电流传输装置和保护电流分配装置，确保保护电流能够均匀分配到各个部位。
(3) 选择合适的测量监控装置：选择合适的测量监控装置，能够实时监测电位和电流，并具备报警和调整功能，以确保阴极保护系统的稳定工作。
强制电流阴极保护系统设计
强制电流阴极保护系统设计1. 引言1.1 背景介绍强制电流阴极保护系统是一种常用的金属防腐蚀技术，通过施加外部电流控制金属结构表面的电位，将金属结构的阳极和阴极区域之间形成保护电位差，从而实现对金属结构的防腐蚀保护。
在海洋平台、油气管道、桥梁等工程中，金属结构长期暴露在恶劣的环境中容易受到腐蚀的侵害，因此需要采取阴极保护措施。
强制电流阴极保护系统具有防腐蚀效果好、操作简便、成本低廉等优点，因此受到广泛应用。
本文旨在研究强制电流阴极保护系统的设计原理、设计要素、系统组成部分、操作流程以及参数调整等关键内容，以探讨其在工程实践中的可行性和实际应用价值，同时分析存在的问题，并提出改进方向，展望未来强制电流阴极保护系统在防腐蚀领域的发展前景。
通过对该技术的深入研究和探讨，旨在为相关工程领域的技术人员提供参考和借鉴，推动该技术的进一步应用和发展。
1.2 研究目的本文旨在深入探讨强制电流阴极保护系统设计的相关原理、要素和操作流程，以及系统组成部分和参数调整等内容。
通过对这些内容的详细分析和讨论，旨在为相关领域的研究人员和工程师提供参考和指导，帮助他们更好地理解和应用强制电流阴极保护技术，提高阴极保护系统的设计和运行效率。
具体来说，本文将通过对强制电流阴极保护系统设计原理的介绍，帮助读者了解阴极保护系统工作的基本原理，从而为系统设计提供理论支持。
接着，本文将详细解析设计阴极保护系统所需考虑的要素，包括材料选择、电流密度、涂层方式等因素，帮助读者制定合理的设计方案。
本文还将对系统的组成部分进行详细描述，包括阳极、电源、监测设备等组成部分，帮助读者了解系统的整体结构和功能。
通过对操作流程和参数调整的讨论，本文旨在帮助读者了解如何正确操作和调整阴极保护系统，确保系统运行稳定和有效。
本文的研究目的是为了促进强制电流阴极保护系统设计的进一步发展和应用，提高系统的设计水平和运行效率，从而更好地保护金属结构免受腐蚀的侵害。
管道保护工知识考试(试卷编号141)
管道保护工知识考试(试卷编号141)1.[单选题]区域性阴极保护中一般采用以( )为主,以( )为辅的保护方式。
A)强制电流保护 牺牲阳极保护B)牺牲阳极保护 强制电流保护C)强制电流保 护防腐层保护D)牺牲阳极保护 防腐层保护答案:A解析:2.[单选题]管道阴极保护停运期间，当管地电位自然电位某一段时间的电位偏移超过（ ），需要采取直流干扰防护措施。
A)±20mVB)±50mVC)±100mVD)±200mV答案:C解析:3.[单选题]当输油管道附近地形起伏较大时，可依据（ ）条件判断泄漏油品可能的流动方向，高后果区距离进行调整。
A)输油压力B)地形地貌C)周边人口聚集D)周边环境答案:B解析:4.[单选题]下列不属于管道保护法第三十四条规定，未经管道企业同意，其他单位不得使用的管道附属设施有（ ）。
A)管道专用伴行道路B)管道水工防护设施C)管道专用隧道D)以上皆是答案:D解析:5.[单选题]进入警戒区的人员、车辆要遵从（）的指挥安排，遵守警戒区内的管理规定。
A)领导D)抢险人员答案:C解析:6.[单选题]BE001巡护方式不包括()巡线。
A)步行B)驾车C)驾船D)GPS巡检系统答案:D解析:7.[单选题]巡护关键点应每公里管道不少于（ ）个，且涵盖所有风险点，每点巡查不少于（ ）分钟，详细观察变化情况。
A)2,5B)5,5C)2,10D)5,10答案:A解析:8.[单选题]管道属性或者周边信息发生变化时，应进行（）。
A)资料查询B)数据更新C)管理人员调整D)管理措施调整答案:B解析:9.[单选题]AN006管道完整性评价的方法不包括()。
A)外检测B)管道巡护C)内检测D)压力试验答案:B解析:10.[单选题]管道开挖之前首先采用（）探明管道走向与位置。
A)管道探测仪B)地面检漏仪解析:11.[单选题]减缓误操作风险的措施不包括下列的（）措施。
A)安装预警系统B)员工培训C)防误操作设置D)内检测答案:D解析:12.[单选题]巡护方案应基于（ ）制定，并充分考虑季节变化和地域特征。
强制电流阴极保护系统设计
强制电流阴极保护系统设计强制电流阴极保护系统是一种用于防止金属管道、储罐和其他设施的腐蚀的有效技术。
它通过向金属结构施加一个外部电流，从而使其成为阴极，从而防止金属的腐蚀和腐蚀产生的问题。
本文将介绍强制电流阴极保护系统的设计原理和方法。
一、系统的设计原理强制电流阴极保护系统的设计原理基于电化学保护原理。
金属在电化学条件下容易发生腐蚀，而通过向金属施加一个外部电流，将其变成一个阴极，进而防止金属的腐蚀。
这种通过外加电流改变金属电位的方法来保护金属称为电化学保护。
强制电流阴极保护系统一般采用直流电源，通过接地电极将外部电流引入金属结构中，使其成为一个阴极。
通过控制外部电流的大小和方向，可以有效地防止金属的腐蚀。
系统还需要监测金属结构的电位和外部电流的大小，以便及时调整电流大小和方向，从而实现对金属的有效保护。
1. 电源系统设计强制电流阴极保护系统的电源一般采用直流电源，其输出电流和电压需要根据具体情况来确定。
一般来说，电流的大小需要根据金属结构的大小和特性来确定，一般情况下，外部电流密度需要在2-4A/m²的范围内。
电压的选择需要考虑到电源的稳定性和金属结构的电阻，一般而言，系统的输出电压需要在10-20V之间。
接地系统是强制电流阴极保护系统中非常重要的一部分，它通过接地电极将外部电流引入金属结构中。
接地电极的数量和位置需要根据金属结构的大小和形状来确定，一般情况下，需要确保接地电极的电流密度均匀并且能够覆盖整个金属结构。
强制电流阴极保护系统需要通过监测金属结构的电位和外部电流的大小来实现对金属的有效保护。
监测系统一般包括电位监测装置和电流监测装置。
电位监测装置需要能够实时监测金属结构的电位变化，并且能够发出报警信号。
电流监测装置需要能够实时监测外部电流的大小和方向，并且能够自动调整电流的大小和方向。
强制电流阴极保护系统在设计时需要考虑到其安全性。
系统需要具有过载保护和短路保护功能，以及可以实现对整个系统的远程监控和控制。
埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范
中华人民共和国石油天然气行业标准埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范Design specification of impressed current Cathodic protection for buried steel pipelineSY/T 0036-2000主编单位：中国石油天然气管道勘察设计院参编单位：江汉石油管理局勘察设计研究院批准部门：国家石油和化学工业局石油工业出版社2000北京前言根据原中国石油天然气总公司[98]中油技监字第33号文《关于下达一九九八年石油天然气工业国家标准行业标准制修订项目计划的通知》，《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SYJ 36-89的修订工作由中国石油天然气管道勘察设计院负责主编，由江汉石油管理局勘察设计研究院参加编写。
本次修订按照原标准编制的分工，"辅助阳极"一章仍由江汉石油管理局勘察设计研究院负责，其余各章由中国石油天然气管道勘察设计院负责。
本次修订是在广泛征求设计单位及相关单位的意见，并在总结了近十年来的实践经验和技术发展基础上进行的，本修订版本除保留了原规范行之有效的内容外，还参照国外技术标准补充了新的内容。
本次修订增加了"术语"、"系统调试"，对"保护准则"、"最大保护电位"和"保护电流密度"作了较大修改。
本规范由中国石油天然气集团公司提出，由中国石油天然气集团公司规划设计总院归口。
本规范由中国石油天然气管道勘察设计院负责解释。
本规范从生效之日起，同时代替SYJ 36-89。
本规范于1990年6月首次发布，本次为第1次修订。
主编单位：中国石油天然气管道勘察设计院。
参编单位：江汉石油管理局勘察设计研究院。
主要起草人胡士信徐快贾恒耀1 总则1.0.1 为了统一埋地钢质管道(以下简称管道)强制电流阴极保护系统的设计，制订本规范。
2023422油气管道保护工中级工选择题及答案
中级工理论知识练习题及答案-、单项选择题（每题4个选项，只有1个是正确的，将正确的选项号填入括号内）。
1AAOo1原油的管道输送方式按原油自身的物理性质可分为常温输送、（）和加剂输送。
A.减阻输送B.顺序输送C.伴热输送D.加热输送参考答案:D2.AAOO1输油管道输送方式按输油站输油设备的连接关系可分为“通过油罐式”（）和“从泵到泵式”。
A“密闭输送式”B.“旁接油罐式”C.“敞开输送式”D.“顺序输送式”参考答案:B3.AAOO1低黏、低凝点的油品一般采用（）A.加热输送方式B.磁处理方式C.常温输送方式D.稀释输送方式参考答案:C4.AA002加热输送是使易凝油品的温度保持在（）以上，便于输送。
A.闪点B.凝固点C.露点D.燃点参考答案:B5.AA002“三高”原油可以采用加热输送，还可以采用（）等工艺。
A.加剂输送B.液环输送C.常温输送D.伴热输送参考答案:A6.AA002加热输送可分为直接加热和间接加热两种方法，直接加热法的特点是（）oA.热效率高B.热效率低C.温度控制范围小D.节约能源参考答案:A7.AA003从炼厂向外输送多种油品时，每种油品单独敷设一条管道很不经济,而采用（）工艺则经济效益较好。
A.循环输送B.液环输送C.顺序输送D.连续输送参考答案:C8.AA003顺序输送是指在同一条管道内按照一定顺序，（）以直接接触或间接接触的方式输送几种油品的输送工艺。
A.间断地B.断续地C.连续地D.不连续地参考答案:C9.AA003在输送成品油时，通常总是选择（）的几种油品进行顺序输送。
A.性质相近B.性质不同C.性质各异D.性质差别大参考答案:A10.AA004”旁接油罐式”输送方式的特点是:各站间管路单独构成一个水力系统,各站运行参数的变化在短期内（）,以便于全线的调节及事故处理。
A.不可调节B.不可自行调节C.不可单独调节D.可自行调节参考答案:DI1AAoO4〃从泵到泵式”输送方式中,各站的输量（）A.相等B.不相等C.单独可调D.自行调节参考答案:A12.AA004“通过油罐”输送方式可排除来油中的（），调节上下站输量上的（）,但油品蒸发损耗大。
单位招聘考试管道保护工知识(试卷编号181)
单位招聘考试管道保护工知识(试卷编号181)1.[单选题]因工程建设可能引发地质灾害的，（）应当加强地质灾害监测。
A)监理单位B)设计单位C)建设单位D)施工单位答案:C解析:2.[单选题]以下关于高后果区一区一案说法中正确的是（ ）。
A)一区一案不用审核B)一区一案无需每年修订C)一区一案中识别项有一个就可以D)一区一案中需要写明专职区长信息答案:D解析:3.[单选题]关于内腐蚀风险控制下列说法正确的是（ ）。
A)应对输送介质的腐蚀性进行分析，并依据分析结果选择合适的内腐蚀控制措施B)可通过安装探针、电阻监测装置、直接测量壁厚等方法，来监测关键位置的内腐蚀情况C)内腐蚀减缓措施可按照GB/T23258要求执行D)以上说法均正确答案:D解析:4.[单选题]（ )不是管道运营企业要向第三方施工方告知的内容。
A)管道位置B)管道压力C)联系电话D)油品标号答案:D解析:5.[单选题]新环保法的立法目的是，保护和改善环境，（ ），保障公众健康，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展。
A)防治污染和其他公害B)防治污染C)防治环境污染和生态破坏6.[单选题]AL003砌石工程所用水泥砂浆的强度等级应按设计规定办理,如设计未作规定时,主要结构应不小于()。
A)M5B)M10C)M20D)M30答案:B解析:7.[单选题]公司维抢修中心等应急力量等待公司组织调派，协助事件所属单位实施处置，为（ ）预警行动。
A)黄色B)橙色C)蓝色D)红色答案:B解析:8.[单选题]热收缩带(套)的基材是( )。
A)热熔胶B)辐射交联聚乙烯C)普通聚乙烯D)无溶剂环氧答案:B解析:9.[单选题]堆焊不适用于以下哪种管道缺陷修复（ ）。
A)弯头外表面腐蚀缺陷B)三通外表面腐蚀缺陷C)L415/X60及以上钢级的管材缺陷D)管道外表面金属损失答案:C解析:10.[单选题]目前，长输油气管道阴极保护系统应用较普遍的恒电位仪主要有IHF、（）、PS-1、HDV-4D等恒电位仪。
燃气管道强制电流阴极保护(标准版)
( 安全技术 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改燃气管道强制电流阴极保护(标准版)Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that peoplemake mistakes燃气管道强制电流阴极保护(标准版)管道的强制电流法阴极保护主要由外加直流电源和辅助阳极接地床构成。
基典型系统如图10-32所示。
图10-32管道的强制电流阴极保护系统1—整流器2—连接头3—阳极电缆4—交流输入5—焦炭6—辅助阳极7—参比电极8—管道9—接电压表阴极一、强制电流保护的设备与装置强制电流保护的设备与附属装置，如图10-33所示。
它包括直流电源、辅助阳级、绝缘法兰、测试桩和检查片。
图10-33管道阴极保护示意1—流电源2—整流器3—阳极4—被保护管线5—绝缘法兰6—测试桩7—检查片(一)电源设备阴极保护系统中，需要稳定的直流电源，能保证长期持久的供电。
阴极保护电源是阴极保护的重要设施，低电压、大电流是其特点。
一般情况下应优先考虑市电，或各类站、场稳定可靠的交流电源。
当使用农用电时，必须装有备用电源或不间断供电的专门设备。
对于无市电地区，强制电流阴极保护电源还可以选择太阳能电池、高容量蓄电池、无人管理的密闭循环发电机组等。
这些电源设备都应具备；输出电压、电流可调；可长期连续供电，可靠性高；寿命长；易于维修保养；对环境适应性强；具有过载、防雷、故障保护装置。
1.整流器的类型整流器是一种将交流电转变为直流电的装置。
它结构简单，易于安装，无转动元件，操作维护都方便。
自然空冷式整流器元件的选择取决于所需性能及周围温度和天气的影响。
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强制电流阴极保护的电源设备6.1 强制电流阴极保护系统的组成引言从图4-2的电位一pH图可以看出，当把铁的电位降到下部的免蚀区范围，铁就可以得到阴极保护。
实现阴极保护有两种方法—牺牲阳极和强制电流，本章讨论的是强制电流阴极保护的电源设备，第7章将讨论辅助阳极。
强制电流是通过外部的直流电源向被保护金属构筑物通以阴极电流使之阴极极化实现保护的一种方法。
由此决定了强制电流阴极保护系统的3个组成部分:极化电源、辅助阳极、被保护的阴极。
图6-1是埋地钢质管道强制电流阴极保护系统结构示意图。
图6-1管道的强制电流阴极保护系统6.2 电源设备6.2.1电源设备的基本要求强制电流系统的电源设备是阴极保护的心脏，它将不断地向被保护金属构筑物提供阴极保护电流。
这就决定了可靠性是电源设备的首要问题。
一般来说对强制电源设备的基本要求为:安全可靠;电流电压连续可调;适应当地的工作环境(温度、湿度、日照、风沙);有富裕的电容量;输出阻抗应与管道一阳极地床回路电阻相匹配，操作维护简单;价格合理。
目前用于阴极保护的电源设备类型有:①交流市电的整流设备(整流器、恒电位仪、恒电流仪);②热电发生器(TEG)③密闭循环蒸气发电机((CCVT);④风力发电机;⑤太阳能电池;⑥大容量蓄电池等。
6.2.2 交流供电装置（1)整流器当有交流市电时，整流器是强制电流的首选电源设备。
它由变压和整流两部分组成，进入九十年代后，开关电路的应用，省掉了笨大的变压环节，极大地缩小了整流器的体积。
整流线路多为桥式全波整流，对于单相桥式整流回路，电压较低时，如低于5V，它的整流效率为60%-70%，并带有100Hz:的交流纹波48%。
当功率较大时，如2kW，采用三相桥式全波整流就比较经济，这时得整流效率为80%-90%，带有300Hz的纹波仅为4%。
纹波系数有时用于衡量整流质量，故在国内恒电位仪中均对纹波加以限制，文献【1】介绍，残余纹波对管道的电化学作用并无意义。
只是在有些情况下，因在其他方面有不良影响要加以限制，这些情况有:镀铂钦阳极，因纹波将导致阳极过早失效，应把纹波限制在5%以内;对不对称电缆通信质量有干扰影响时，要把纹波限制在5%以内;在阴极保护水管道中，采用电感应流量计时，应把纹波限制5%以内。
在单相整流器回路中，通常采用扼流圈和电容器LC滤波器进行滤波，降低纹波。
当整流功率大时，选用三相桥式整流降低纹波，比任何滤波回路都有效。
阴极保护用整流器35℃以下环境里，它的功率与环境温度关系不大，当环境温度升高时，它的功率就受到了影响，应向制造商提出通风冷却的要求。
在热带地区，比较大的整流器均应采用油浸冷却方式，且很有必要，因为油冷有利于散热，并对整流器、变压器进行保护。
整流元件有硅、硒、锗三种，其特性列在表6-1中。
表 6-1 整流二极管的特性硒整流元件仅允许有相当低的电流，因此所需空间大。
这些整流元件经常安装在阴极保护装置里，因为它经得起足够高的工作温度且对过载和过压不敏感一。
在交流线路里的快速熔断保险丝和直流输出端的慢速熔断丝足以应付过载情况。
锗整流元件不能用于阴极保护，因为它只能制成低功率的二极管。
有时将锗二极管装在杂散电流的排流器上以切断逆向电流(前苏联ГOCT 16149-70采用锗二极管来排除地下构筑物上的交流感应电压)，但很明显，在过载时易在两个方向上导通。
硅整流元件是阴极保护整流设备中最常用的，它具有很高的电流容量和整流电压，所需空间很小。
现行的硅二极管均为封闭式的，因此不受外界气候的影响，但是硅二极管对超压和过载很敏感，应在变压器和整流元件之间串入特快熔断器，并在输出端提供过载保护。
在正常的气候条件下和低的环境温度下，硅整流器和低效率的硒整流器一样经济。
对于整流参数的选择，因根据保护对象和用途而异:为了避免对周围环境中金属构筑物的干扰影响，整流器的功率多限制在1000W以内(20A/50V)，这对于城市管网的保护尤为重要。
当所需保护电流过大时，可以采用增加保护站的方法来解决;对于杂散电流强干扰区，可能要用大于100A的强制排流器，以应付强大的杂散电流;当使用的辅助阳极有限压要求时，所选整流器的电压要和辅助阳极的击穿电压相吻合。
(2) 恒电位式整流器有时称恒电位仪，它几乎占领了国内90%的阴极保护市场，是一种自动控制的整流器。
它主要适用于构筑物/电解质的电位经常波动的地方，如存在有杂散电流的干扰影响、介质流速的影响(航行中的船)、季节因素等。
采用恒电位仪，是使保护电流随着构筑物/电解质的电位波动不断地进行调整，来维持一个恒定的电位。
恒电位仪是用专门设计的参比电极来采集一个标准的自控讯号源，将采集到的讯号送进比较放大器，通过比较放大后，调整主回路的电流，达到电位恒定的目的。
图6-2是磁饱和恒电位仪原理图，整流器中的电压表是用以调整管道给定电位的。
实测的管/地电位与这个参比电位相比有一个电压差，此电压差通过磁饱和电抗器控制整流器变压器的输出。
如果管/地电位从参比值向正向偏移，则保护电流增加，若向负偏移则减少。
几个并联运行的装置的响应时间必须可调，以避免感应振荡。
当管/地电位恒定时，在铁轨电位很负时，则会经常产生很高的电流峰值。
因此，控制装置的整流元件通常要做成能通过相当于变压器电流两倍的电流。
当前，国内大量使用的是可控硅恒电位仪，典型的恒电位仪性能指标有:①恒电位仪控制调节范围:-0.500V — -2.OOOV;②电位控制精度：≤±5mV；图6-2 磁饱和恒电位仪排流原理图a.负载特性：输出电压、电流在额定值范围内变化，保护电位的变化≤±5mV；b.漂移特性：连续运行，保护电位变化≤±5mV；c.输入特性：当电源电压变化±10%时，保护电位变化≤±5mV；③流经参比电极阳极电流≤3μA；④自动误差报警：保护电位偏离控制电位在30mV以上能自动发出报警信号;⑤限流特性:输出电流超过额定值，以至短路，仪器能自动限制输出电流于预定值上，并发出报警。
过流、短路原因消失后，即自动恢复正常工作;⑥抗交流干扰能力:当参比电极受到24V以下交流电干扰时，仪器正常工作;⑦防雷击余波:阳极、阴极、参比电极能承受20kV，重复周期为1—5s，脉冲宽度约为25μs的脉冲波，时间为lmin，仪器能正常工作。
近几年，微机管理恒电位仪问世，它把管理工作智能化，为无人阴极保护系统提供了保障。
图6-3是KSW-D型恒电位仪原理方框图。
(3)恒电流式整流器图6-3 KSW-D恒电位仪原理方框图有时也称恒电流仪，这种设备的特点是内阻很大，工作时一般不受外部电阻或反向电压的影响，很像一个恒电流稳流器。
这种整流器特别适用于强制排除覆盖层质量相当差的管道上的杂散电流，这种管道的管/地电位通常与排出的电流成比例。
安装恒电流保护装置时，管/地电位即使出现相当小的波动也应予以考虑。
恒电流控制的保护整流器有时用于敷设在正向电车轨道下方的管道的阴极保护。
一般应当将杂散电流朝自然流向排流，即最后在铁轨交叉点的两边若干公里远处实现外加电流阴极保护。
由子测试困难，在油井套管的阴极保护中，对于深层的套管的保护状态无法了解，有时使用电流密度作为套管阴极保护水平的判据。
这时恒电流仪也可在这一领域发挥了自己的作用。
6.2.3 太阳能电池太阳能电池是利用材料的光生伏打效应将光能直接转换成电能的装置。
光生伏打效应大体可分为3种:①金属-半导体接触(如氧化亚铜、硒光电池等);②p-n结接触(如硅、锗、砷化稼、磷化铟、碲化镉、硫化镉太阳电池等);③丹倍感应。
日前常用的多为p-n结接触的太阳能电池。
每种太阳能电池对太阳光都有自己的光谱响应曲线，它表示电池对不同波长的光的灵敏度(光电转换能力)。
表6-2列出了几种太阳能电池材料的光谱响应〔1〕。
表6-2几种太阳能电池材料表商品化的硅太阳能单体电池在太阳光照下(强度1kW/㎡)的开路电压约为0.55V,短路电流约为30—35mA/平方厘米。
工业上应用的硅太阳能电池的效率一般在10%左右，实验室的效率可达15%—18%，硅太阳能电池的工作温度范围约为-100— +120℃。
硅太阳能电池的结构和生产工艺见图6-4。
图6-4硅太阳能电池构造及制造工艺流程a-Si太阳能电池结构;b一太阳能电池组件的制造工艺作为电源装置，太阳能电池要与蓄电池配合使用，当太阳落下后或阴天无太阳时也能保证供电。
图6-5是太阳能电池电源装置的构成。
太阳能电池的设计步骤如下。
①列出设计所需的基本参数。
它们包括:所有负载的名称、额定工作电压、耗电功率、用电时间、有无特殊要求等;现场的地理条件，如地名、纬度、经度L、海拔高度等;气象资料，如逐月平均太阳总辐射量、直接辐射及散射量，年平均气温及极端气温、最长连续阴雨天数、最大风速及冰雹等特殊气候情况。
这些资料一般无法作出长期预测，只能根据当地气象台站10年或20年以上观察的得到的平均值为依据。
②确定负荷大小。
算出所有负载工作电流与平均每天工作小时数乘积之和:③选择蓄电池容量。
蓄电池储备容量的大小主要取决于负载的耗电情况，主要考虑的因素有气候条件、环境温度、系统控制的规律性及系统失效的后果等。
通常储备10天的容量为宜。
蓄电池在太阳电池电源系统中处于浮充状态，充电电流远小于蓄电池要求的正常充电电流，为维持蓄电池的正常寿命，必须对放电深度加以控制，最大为80%。
(6-2)图6-5太阳能电池电源装置方框图(6-3)④决定方阵倾角。
选择方阵倾角时应综合考虑对太阳辐射量的连续性、均匀性和冬季极大性的要求，大体来说，我国南方地区，方阵倾角一般可取比当地纬度增加10°— 15°，在北方地区倾角可比当地纬度增加5°— 10°，纬度较大时，增加的角度可小一些。
在青藏高原，倾角不宜过大，可大致等于当地纬度。
为使方阵支架的设计、安装方便，方阵倾角常取当地的纬度的整数。
⑤计算日辐射量。
倾斜面上的太阳辐射总量由3部分组成:直接辐射分量;天空散射辐射分量;地面反射辐射分量。
(6-4)⑥估算方阵电流。
将倾斜面上太阳辐射量换算成标准日光强平均峰值日照时数:(6-5)则方阵应输出的最小电流为:(6-6)⑦确定最佳电流。
方阵的最佳电流应为夏天的月份输出的电量大于负载的耗电量，冬天的月份输出的电量略小于负载的耗电量。
而耗电程度在蓄电池的放电深度以内。
否则对应蓄电池容量或方阵的倾角进行调整，求得最佳的方阵输出电流。
⑧决定方阵电压。
方阵的电压输出要足够大，以保证全年能有效地对蓄电池充电。
(6-7)⑨确定功率。
标准测试温度(25'C)下方阵的输出功率为:(6-8)太阳能电池的应用在过去的几年里有了很大的进展，1987年世界太阳能电池的产量为29MW，到1995年底已达到84.2MW。