武漢太陽能光伏發(fā)電轉換成為電能的過程主要步驟
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caicha.net.cn 發(fā)布時間:2022/10/20 15:15:36
從太陽能是什么到太陽能應用的相關技術講解,相信很多人對太陽能有了一個大概的了解了,下面
武漢光伏發(fā)電,
武漢屋頂光伏發(fā)電,
武漢太陽能光伏發(fā)電來說說太陽能應用技術中的光伏發(fā)電,主要兩個方面:原理及其優(yōu)勢。
1、太陽能光伏發(fā)電原理
光生伏打效應在液體和固體物質(zhì)中都會發(fā)生,但是只有固體(尤其是半導體PN結器件)在太陽光照射下的光電轉換效率較高。利用光生伏打效應原理制成晶體硅太陽能電池,可將太陽的光能直接轉換成為電能。太陽能光伏發(fā)電的能量轉換器是太陽能電池,又稱光伏電池,是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎和器件。太陽能轉換成為電能的過程主要包括3個步驟:
(1)太陽能電池吸收能量的光子后,半導體內(nèi)產(chǎn)生電子一空穴對,稱為“光生載流子”,兩者的電極性相反,電子帶負電,空穴帶正電。
(2)電極性相反的光生載流子被半導體PN結所產(chǎn)生的靜電場分離開。
(3)光生載流電子和空穴分別被太陽能電池的正、負極收集,并在外電路中產(chǎn)生電流,從而獲得電能。
太陽能光伏發(fā)電原理如下圖所示。當光線照射太陽能電池表面時,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結兩側集聚形成電位差。當外部電路接通時,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路產(chǎn)生的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是光子能量轉換成電能的過程。
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中,系統(tǒng)的總效率η由太陽能電池組件的光電轉換效率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等決定。目前,太陽能電池的光電轉換效率只有17%左右。因此,提高太陽能電池組件的光電轉換效率、降低太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位功率造價,是太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點和難點。自太陽能電池問世以來,晶體硅作為主要材料保持著統(tǒng)治地位。目前對硅太陽能電池轉換效率的研究,主要圍繞著加大吸能面(如采用雙面電池減小反射)、運用吸雜技術和鈍化工藝提高硅太陽能電池的轉換效率、電池超薄型化等方面。
目前,太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應用于以下3個大的方面。
(1)為無電場合提供電源,主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力,為微波中繼站和移動電話基站提供電源等。
(2)太陽能日用電子產(chǎn)品,如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等。
(3)并網(wǎng)發(fā)電,即接入電網(wǎng)。
2、太陽能發(fā)電的優(yōu)勢
通過對生物質(zhì)能、水能、風能和太陽能等幾種常見新能源的對比分析,可以清晰地看出太陽能發(fā)電具有以下獨特優(yōu)勢。
(1)光伏發(fā)電具有經(jīng)濟優(yōu)勢
可以從兩個方面看太陽能利用的經(jīng)濟性:一是太陽能取之不盡,用之不竭,而且在接收太陽能時不征收任何“稅”,可以隨地取用;二是在目前的技術發(fā)展水平下,有些太陽能的利用已具經(jīng)濟性。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能技術的突破,太陽能利用的經(jīng)濟性將會更加明顯。
從太陽能光伏發(fā)電站建設成本來看,隨著太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應用和推廣,尤其是上游晶體硅產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電技術的日趨成熟,建筑房頂、外墻等平臺的復合開發(fā)利用,每千瓦太陽能光伏發(fā)電的建設成本越來越低,相比其他可再生能源已具有同樣的經(jīng)濟優(yōu)勢,而且隨著平價的政策推行,其普及會越來越廣。
(2)太陽能是取之不盡的可再生能源
根據(jù)計算,一年內(nèi)到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892x10^24噸,是目前世界主要能源探明儲量的1萬倍。太陽的壽命至少尚有40億年,相對于人類歷 史來說,太陽能可不斷供給地球的時間可以說是無限的,這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的有效途徑。
(3)對環(huán)境沒有污染
太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣,其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染,加之其儲量的無限性,是人類理 想的替代能源。由于傳統(tǒng)化石燃料(煤、石油和天然氣)在使用過程中排出大量的有毒有害物質(zhì),會對水、土壤和大氣造成嚴重污染,形成溫室效應和酸雨,嚴重危害人類的生存環(huán)境和身體健康,因此急需開發(fā)出新的比較清潔的替代能源,而太陽能作為一種比較理 想的清潔能源,正受到世界各國的日益重視。
從目前各種發(fā)電方式的碳排放率(g/kW·h)來看,不計算其上游環(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,風力發(fā)電為20g/kW·h,而太陽能光伏發(fā)電則接近零排放。并且,在發(fā)電過程中沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出,沒有噪聲,不產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì),不會污染環(huán)境。
(4)能量轉換環(huán)節(jié)少
從能量轉換環(huán)節(jié)來看,太陽能光伏發(fā)電是直接將太陽輻射能轉換為電能,在所有可再生能源利用中,太陽能光伏發(fā)電的轉換環(huán)節(jié)少、利用直接。一般來說,在整個生態(tài)環(huán)境的能量流動中,隨著轉換環(huán)節(jié)的增加、轉換鏈條的拉長,能量的損失將呈幾何級增加,并同時大大增加整個系統(tǒng)的建設、運行成本和不穩(wěn)定性。目前,晶體硅太陽能電池的光電轉換效率實用水平為15%-20%,實驗室高水平已達35%。
(5)經(jīng)濟、環(huán)保
從資源條件尤其是土地占用來看,生物能、風能是較為苛刻的,而太陽能利用則很靈活。如果說太陽能光伏發(fā)電占用土地面積為1,風力則是太陽能的8-10倍,生物能則達到100倍。就水電而言,一個大型水壩的建成往往需要淹沒數(shù)十平方公里到上百平方公里的土地。相比而言,太陽能發(fā)電不需要占用更多的土地,屋頂、墻面都可成為太陽能光伏發(fā)電利用的場所,還可利用我國廣闊的沙漠,通過在沙漠上建造太陽能光伏發(fā)電基地,直接降低沙漠地帶直射到地表的太陽輻射,有效降低地表溫度,減小蒸發(fā)量,進而使植物的存活和生長在相當程度上成為可能,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)使用且無須運輸
人類可以通過專門的技術和設備將太陽能轉化為熱能或電能,就地加以利用,無須運輸,為人類造福。而且人類利用太陽能這一取之不盡的能源也是免費的。雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻,但相對于其他能源來說,太陽能對地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性,可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。