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東莞市星火太陽(yáng)能科技股份有限公司

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返回列表 來(lái)源: 光伏人家 發(fā)布日期: 2020.08.23 瀏覽次數(shù):
從太陽(yáng)能是什么到太陽(yáng)能應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)講解,相信很多人對(duì)太陽(yáng)能有了一個(gè)大概的了解了,下面說(shuō)說(shuō)太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)中的光伏發(fā)電,主要兩個(gè)方面:原理及其優(yōu)勢(shì)。

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地面集中式太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用
1、 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理

     光生伏打效應(yīng)在液體和固體物質(zhì)中都會(huì)發(fā)生,但是只有固體(尤其是半導(dǎo)體PN結(jié)器件)在太陽(yáng)光照射下的光電轉(zhuǎn)換效率較高。利用光生伏打效應(yīng)原理制成晶體硅太陽(yáng)能電池,可將太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)換成為電能。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器是太陽(yáng)能電池,又稱(chēng)光伏電池,是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心器件。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為電能的過(guò)程主要包括3個(gè)步驟:

(1)太陽(yáng)能電池吸收一定能量的光子后,半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子一空穴對(duì),稱(chēng)為“光生載流子”,兩者的電極性相反,電子帶負(fù)電,空穴帶正電。

(2)電極性相反的光生載流子被半導(dǎo)體PN結(jié)所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)分離開(kāi)。

(3)光生載流電子和空穴分別被太陽(yáng)能電池的正、負(fù)極收集,并在外電路中產(chǎn)生電流,從而獲得電能。


太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理如下圖所示。當(dāng)光線照射太陽(yáng)能電池表面時(shí),一部分光子被硅材料吸收,光子的能量傳遞給硅原子,使電子發(fā)生躍遷,成為自由電子,在PN結(jié)兩側(cè)集聚形成電位差。當(dāng)外部電路接通時(shí),在該電壓的作用下,將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。

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太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中,系統(tǒng)的總效率η由太陽(yáng)能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負(fù)載的效率等決定。目前,太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率只有17%左右。因此,提高太陽(yáng)能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率、降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位功率造價(jià),是太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。自太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái),晶體硅作為主要材料保持著統(tǒng)治地位。目前對(duì)硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的研究,主要圍繞著加大吸能面(如采用雙面電池減小反射)、運(yùn)用吸雜技術(shù)和鈍化工藝提高硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率、電池超薄型化等方面。
目前,太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下3個(gè)大的方面。

(1)為無(wú)電場(chǎng)合提供電源,主要為廣大無(wú)電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力,為微波中繼站和移動(dòng)電話(huà)基站提供電源等。

(2)太陽(yáng)能日用電子產(chǎn)品,如各類(lèi)太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能路燈和太陽(yáng)能草坪燈等。

(3)并網(wǎng)發(fā)電,即接入國(guó)家電網(wǎng)。我國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)很成熟了,從2013年開(kāi)始,國(guó)家出臺(tái)了一系列的 光伏發(fā)電促進(jìn)政策,鼓勵(lì)有條件的地區(qū)工商業(yè)和戶(hù)用、公共建筑等建設(shè)光伏發(fā)電設(shè)施。
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2、 太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

通過(guò)對(duì)生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能和太陽(yáng)能等幾種常見(jiàn)新能源的對(duì)比分析,可以清晰地看出太陽(yáng)能發(fā)電具有以下獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

(1)光伏發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性:一是太陽(yáng)能取之不盡,用之不竭,而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”,可以隨地取用;二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下,有些太陽(yáng)能的利用已具經(jīng)濟(jì)性。隨著科技的發(fā)展以及人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能技術(shù)的突破,太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更加明顯。如果說(shuō)20世紀(jì)是石油的世紀(jì),那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì)(太陽(yáng)能的世紀(jì))。

從太陽(yáng)能 光伏發(fā)電站建設(shè)成本來(lái)看,隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用和推廣,尤其是上游晶體硅產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電技術(shù)的日趨成熟,建筑房頂、外墻等平臺(tái)的復(fù)合開(kāi)發(fā)利用,每千瓦太陽(yáng)能光伏發(fā)電的建設(shè)成本越來(lái)越低,相比其他可再生能源已具有同樣的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),而且隨著國(guó)家平價(jià)的政策推行,其普及會(huì)越來(lái)會(huì)廣。

(2)太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源。

根據(jù)計(jì)算,一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892x10^24噸,是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的1萬(wàn)倍。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年,相對(duì)于人類(lèi)歷史來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能可源源不斷供給地球的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)限的,這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類(lèi)解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。

(3)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。

太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣,其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染,加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性,是人類(lèi)理想的替代能源。由于傳統(tǒng)化石燃料(煤、石油和天然氣)在使用過(guò)程中排出大量的有毒有害物質(zhì),會(huì)對(duì)水、土壤和大氣造成嚴(yán)重污染,形成溫室效應(yīng)和酸雨,嚴(yán)重危害人類(lèi)的生存環(huán)境和身體健康,因此急需開(kāi)發(fā)出新的比較清潔的替代能源,而太陽(yáng)能作為一種比較理想的清潔能源,正受到世界各國(guó)的日益重視。

從目前各種發(fā)電方式的碳排放率(g/kW·h)來(lái)看,不計(jì)算其上游環(huán)節(jié):煤發(fā)電為275g/kW·h,油發(fā)電為204g/kW·h,天然氣發(fā)電為181g/kW·h,風(fēng)力發(fā)電為20g/kW·h,而太陽(yáng)能光伏發(fā)電則接近零排放。并且,在發(fā)電過(guò)程中沒(méi)有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出,沒(méi)有噪聲,不產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì),不會(huì)污染環(huán)境。

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光伏發(fā)電無(wú)污染
(4)能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)最少。

從能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來(lái)看,太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能,在所有可再生能源利用中,太陽(yáng)能光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)最少、利用最直接。一般來(lái)說(shuō),在整個(gè)生態(tài)環(huán)境的能量流動(dòng)中,隨著轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的增加、轉(zhuǎn)換鏈條的拉長(zhǎng),能量的損失將呈幾何級(jí)增加,并同時(shí)大大增加整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行成本和不穩(wěn)定性。目前,晶體硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率實(shí)用水平為15%-20%,實(shí)驗(yàn)室最高水平已達(dá)35%。

(5)最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保。

從資源條件尤其是土地占用來(lái)看,生物能、風(fēng)能是較為苛刻的,而太陽(yáng)能利用則很靈活。如果說(shuō)太陽(yáng)能 光伏發(fā)電占用土地面積為1,風(fēng)力則是太陽(yáng)能的8-10倍,生物能則達(dá)到100倍。就水電而言,一個(gè)大型水壩的建成往往需要淹沒(méi)數(shù)十平方公里到上百平方公里的土地。相比而言,太陽(yáng)能發(fā)電不需要占用更多的土地,屋頂、墻面都可成為太陽(yáng)能光伏發(fā)電利用的場(chǎng)所,還可利用我國(guó)廣闊的沙漠,通過(guò)在沙漠上建造太陽(yáng)能光伏發(fā)電基地,直接降低沙漠地帶直射到地表的太陽(yáng)輻射,有效降低地表溫度,減小蒸發(fā)量,進(jìn)而使植物的存活和生長(zhǎng)在相當(dāng)程度上成為可能,穩(wěn)固并減少沙丘,又向大自然索取了所需的清潔可再生能源。

(6)可免費(fèi)使用且無(wú)須運(yùn)輸。

人類(lèi)可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的技術(shù)和設(shè)備將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能或電能,就地加以利用,無(wú)須運(yùn)輸,為人類(lèi)造福。而且人類(lèi)利用太陽(yáng)能這一取之不盡的能源也是免費(fèi)的。雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻,但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能對(duì)地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性,可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。

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