光伏发电原理


太阳能发电:

太阳能是一种无限期的可再生能源,因为太阳已经辐射了大约5000万亿千瓦时的能量数十亿年,并将在未来的40亿年继续这样做。太阳能是一种可用于炊具、热水器等的能源。太阳能的主要缺点是在没有阳光的情况下不能生产。使用太阳能电池可将太阳能转化为电能,从而克服了这一限制。
太阳能:
它被定义为来自太阳的辐射光和热,利用设备,如加热器,太阳能炊具,光伏电池将其转换成其他形式的能量,如电能和热量。
太阳能电池板
太阳能电池板是一种对光有响应并能将光能转换为电能的装置。能产生光伏效应的材料有很多种,如:单晶硅、多晶硅、非晶态硅、砷化镓、铜铟硒等。它们的发电原理基本相同。
光伏电池由两层或两层以上的半导体组成,其中一层正电荷,另一层负电荷。
光子击中电池,在那里它被反射、透射或吸收。
当光子被光伏电池的负极层吸收时,光子的能量转移到电池原子中的电子上。
随着能量的增加,电子从原子的外层逃逸出来。自由电子自然地迁移到正极层,在正极层和负极层之间产生电位差。当这两层被连接到一个外部电路时,电子流过电路,产生电流。
现在我们将以晶体硅为例来描述光伏发电的过程。磷型晶体硅可以掺杂磷为n型硅,从而形成p - n结。当光照射到太阳能电池表面时,一些光子被硅材料吸收; 光子能量被转移到硅原子上,导致越来越多的电子移动成为自由电子,在p-n结的两边聚集在一起,并形成电位差。当电路外部连接时,在电压的作用下,电流会流过外部电路,产生一定的输出功率。这个过程的本质是光子能量转化为电能的过程。太阳能发电有两种,一种是光热电转换,另一种是光电直接转换。(1)利用热能发电产生的太阳辐射进行太阳热转换的方法。通常,太阳能集热器将太阳能电池板的热量吸收成工业蒸汽,然后驱动汽轮机。前者是热转换过程。这个过程后是热电转换过程,与普通的火电发电相同。太阳能热发电的缺点是效率低、成本高。估计其投资至少比普通火电厂贵5倍。一个20-1000兆瓦的太阳能热电厂需要投资2.50亿美元,1千瓦,平均投资2000 - 2500美元。因此,它适用于小型特殊场合,且大规模使用经济,无法与普通燃煤电厂或核电站竞争。(2)光电转换模式这种模式利用光电效应直接将太阳能转换成电能。光电转换是太阳能电池的基本设备。太阳能电池是一种通过光伏效应将太阳能直接转化为电能的电池。这是一个半导体光电二极管。当阳光照射到光电二极管上时,光电二极管将太阳能转换成电能并产生电流。太阳能电池板是一种很有前途的新型电源,具有三个主要优点:永久、清洁和灵活。太阳能电池使用寿命长。只要有阳光,太阳能电池就可以长期投资使用。与火电和核能相比,太阳能电池不会造成环境污染。太阳能电池可以大、中、小,从容量为100万千瓦的中型电站到仅供一个家庭使用的太阳能电池,这是其它能源无法比拟的。

光伏电池的优点:

  • 环境可持续性:光伏电池产生清洁的绿色能源,不会排放COx、NOx等有害气体。此外,它们不产生的噪音污染,使他们成为住宅区的理想电源。
  • 经济可行性: 电池的运行和维护成本非常低。产生的太阳能电池板的成本只是初始成本,即购买和安装。
  • 可接入: 与传统输电线路相比,太阳能电池板很容易安装,可以在偏远地区或人烟稀少的地区以更低的成本接入。它们易于安装,不会对住宅生活方式造成任何干扰。
  • 可再生能源: 自然界的能源是免费且丰富的。
  • 成本: 太阳能电池板没有机械运动部件,除了一些高度先进的阳光跟踪机械基地。因此,太阳能电池板的维护和维修价格是微不足道的。

光伏电池的缺点:

  • 与其它可再生能源相比,太阳能电池板的效率较低。
  • 来自太阳的能量是间歇性的和不可预测的,只有在有阳光的情况下才能被利用。此外,在多云的天气,发电量也会减少。
  • 太阳能的远距离传输效率低,且不易携带。产生的电流本质上是直流电,将直流电转换为交流电需要使用其他设备,如逆变器。
  • 光伏电池板是脆弱的,相对容易损坏。需要额外的保险费用,以确保对投资的保障。

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