太阳能光伏

　　太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。

　　什么是太阳能光伏

　　太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。

　　什么是太阳能光伏技术

　　太阳是能量的天然来源。地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能力，甚至于是它的生存，都是由于直接或间接来自于太阳的能量。我们的地球处在离太阳差不多有一亿英里的地方。它所截取的辐射能少到难以置信 （大约千万分之三），这么小的一点能量， 实际上比整个世界目前现有的发电能力还大十万倍。目前全世界尤其是工业发达国家开始感到能量短缺，因此，人们开始求助于太阳能，以解决能源危机。

　　太阳能每天都能无限供应，而且数量庞大。如果在大的电厂利用，就减少了温室效应，有些能源专家和环境保护的专家则认为，在满足人类今后能量需要方面，太阳能的热影响比任何其他替换品的热影响要小得多。作为一种不污染环境，又取之不尽的新能源，它无处不在。尤其是在电力供力方面，太阳能的利用有被动式利用（光热转换，如太阳能热水器）和光电转换（如光伏发电）两种方式。有专家认为，太阳能发电最终将在电力供应中占20%。

　　太阳能是一种辐射能，太阳能发电意味着---要将太阳光直接转换成电能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。将光能直接转换成电能的过程确切地说应叫光伏效应。不需要借助其它任何机械部件，光线中的能量被半导体器件的电子获得，于是就产生了电能。这种把光能转换成为电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池也同晶体管一样，是由半导体组成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太阳能电池的高纯硅，要经过特殊的提纯处理制作。太阳能电池只要受到阳光或灯光的照射，就能够把光能转变为电能，使电流从一方流向另一方，一般就可发出相当于所接收光能的10~20% 的电来。

　　一般来说，光线越强，产生的电能就越多。为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射，将光能转变为电能，一般在它的上面都蒙上一层可防止光反射的膜， 使太阳能板的表面呈紫色。它的工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压（叫做光生电压）。这种现象就是着名的光生伏打效应。使PN结短路，就会产生电流。

　　太阳能发电的主要优点在于：太阳能电池可以设置在房顶等平时不使用的空间，无噪音、寿命长，而且一旦设置完毕就几乎不要需要调整。现在只要将屋顶上排满太阳能电池，就可以实现家中用电的自给。现今太阳能的主要用途已不再是小规模的，从性质上来说，是专业化的。它从军事领域、通信领域到城市建设领域等都起到了重大的作用。委内瑞拉还推出廉价太阳能车、欧洲科学家研制出轻便的可穿在身上的太阳能电池。目前,太阳能的利用存在着巨大的发展空间，有关的技术有可能在短时间内实现突破。它已被许多发达国家作为其能源战略的一个重要组成部分。

　　1、太阳能电池发电原理

　　太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。

　　当光线照射太阳电池表面时，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，成为自由电子在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。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。

　　2、晶体硅太阳电池的制作过程：

　　“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维，20世纪末．我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳电池是近15年来形成产业化最快。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、太阳电池的应用：

　　上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。在世纪之交前后期间，欧美等先进国家光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。

　　4、太阳电池基本性质：

　　a 、光电转换效率 η% 评估太阳电池好坏的重要因素。

　　目前：实验室 η ≈ 24%，产业化：η ≈ 15%。

　　b、单体电池电压 V：0.4V——0.6V由材料物理特性决定。

　　c、填充因子FF%：评估太阳电池负载能力的重要因素。 FF=(Im×Vm)/(Isc×VOC)

　　其中：Isc—短路电流，Voc—开路电压，Im—最佳工作电流，Vm—最佳工作电压；

　　d、标准光强与环境温度 地面：AM1.5光强，1000W/m2 ，t = 25℃；

　　e、温度对电池性质的影响，例如：在标准状况下,AM1.5光强，t=25℃某电池板输出功率测得为100Wp,如果电池温度升高至45℃时，则电池板输出功率就不到100Wp

　　太阳能电池发电历史

　　自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973年的石油危机和90年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。其发展过程简列如下：

　　1839年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”，即“光伏效应”。

　　1876年 亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。

　　1883年 制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。

　　1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提 出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。

　　1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。

　　1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。

　　1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。

　　1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。

　　1955年 吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。

　　1957年 硅太阳电池效率达8%。

　　1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。

　　1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。

　　1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。

　　1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。

　　1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。

　　1972年 罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%。

　　1972年 美国宇航公司背场电池问世。

　　1973年 砷化镓太阳电池效率达15%。

　　1974年 COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达18%。

　　1975年 非晶硅太阳电池问世。同年，带硅电池效率达6%~%。

　　1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。

　　1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站。

　　1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。

　　1983年 美国建成1MWp光伏电站；冶金硅（外延）电池效率达11.8%。

　　1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。

　　1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。

　　1995年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。

　　1997年 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每户安装3~5kWp。光伏电池。有太阳时光伏屋顶向电网供电，电表反转；无太阳时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。

　　1997年 日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。

　　1997年 欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。

　　1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。

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