屋顶光伏发电,家用太阳能发电
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太阳能光伏发电的原理

2020-08-29 16:05:09

随着全球经济的快速发展、人类的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,开发新的能源已经成为当前人类面临的迫切课题。 

光伏发电过程.jpg

因为火电需要燃烧煤、石油等化石燃料,一方面化石燃料蕴藏量有限,正面临着枯竭的危险。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物,会导致温室效应和酸雨,恶化地球环境。水电要淹没大量土地,有可能导致生态环境破坏,而且大型水库一旦溃崩,后果将不堪设想,另外,一些国家的水力资源也是有限的,而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的,但万一发生核泄漏,后果同样是可怕的。


上述问题都迫使人们去寻找新的能源。新能源要同时符合两个条件:一是蕴藏丰富,不会枯竭;二是干净,不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源有:太阳能,风能,燃料电池。


照射在地球上的太阳,能量非常巨大,太阳能照射在地球上大约40分钟,便足以供全球人类一年能量的消费。可以说,太阳能是取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电干净,不产生公害。所以太阳能发电是应用广泛,前景光明的理想能源。

 

太阳能光伏发电的原理:


太阳能光伏发电是利用太阳能和半导体材料的电子学特性实现发电的。

1、太阳能光伏发电的原理(光伏发电): 太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

 

2、太阳能发电两种方式:一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。


 a、光—热—电转换方式:通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kW的投资为2000~2500美元。因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。


b、光—电直接转换方式(光伏发电):利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能。光—电转换的基本装置就是太阳能电池。

能产生光伏效应的材料:单晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。晶体硅为基本的电池材料。以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括:单晶硅太阳电池,铸造多晶硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高,稳定性好,但是成本较高;非晶硅太阳电池则具有生产效率高,成本低廉,但是转换效率较低,而且效率衰减得比较快;铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率,而且性能价格比高;薄膜晶体硅太阳能电池处在研发阶段。硅系列太阳能电池中,单晶硅和多晶硅的比例已超过百分之八十。

太阳能电池生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。


3、太阳能光伏发电过程

现以晶体为例描述光发电过程。 当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。当许多个电池串联或并联起来就可以形成有较大输出功率的太阳能电池方阵。


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