為什么太陽能會(huì)發(fā)電

【專家解說】：【太陽能電池發(fā)電原理】　　太陽電池是一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч?，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。 　　當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。 [編輯本段]【晶體硅太陽電池的制作過程】 　　“硅”是我們這個(gè)星球上儲(chǔ)藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維，20世紀(jì)末．我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快。生產(chǎn)過程大致可分為五個(gè)步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。 　　太陽能光伏 　　光伏板組件是一種暴露在陽光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電。 光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺(tái)及建筑物表面均會(huì)使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。 　　太陽熱能 　　現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡猓ㄖ镆嗫衫锰柕墓夂蜔崮?，方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。 　　優(yōu)點(diǎn)： 　　(1)普遍：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。 　　(2)無害：開發(fā)利用太陽能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。 　　(3)巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億t標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。 　　(4)長(zhǎng)久：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。 　　缺點(diǎn)： 　　(1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1／5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。 　　(2)不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。 　　(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。 　　　　　　太陽能發(fā)電 　　即直接將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，并將電能存儲(chǔ)在電容器中，以備需要時(shí)使用。 　　太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 　　太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括1、太陽能控制器(光伏控制器和風(fēng)光互補(bǔ)控制器)對(duì)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲(chǔ)存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池?？刂破鞯男阅懿缓脮r(shí)，對(duì)蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統(tǒng)的可靠性。2、太陽能蓄電池組的任務(wù)是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負(fù)載用電。3、太陽能逆變器負(fù)責(zé)把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負(fù)荷使用。太陽能逆變器是光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。由于使用地區(qū)相對(duì)落后、偏僻，維護(hù)困難，為了提高光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，保證電站的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源發(fā)電成本較高，太陽能逆變器的高效運(yùn)行也顯得非常重要。 　　太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類 A、光伏組件 B、風(fēng)機(jī) C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、風(fēng)力/光伏發(fā)電控制與逆變器一體化電源。 　　太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 　　可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列、風(fēng)力機(jī)以及燃料電池等產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過蓄電池儲(chǔ)能，通過并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。 　　因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負(fù)載的電源，降低整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。同時(shí)，可再生能源并網(wǎng)系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向，代表了21世紀(jì)最具吸引力的能源利用技術(shù)。 　　太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要產(chǎn)品分類 A、光伏并網(wǎng)逆變器 B、小型風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)逆變器 C、大型風(fēng)機(jī)變流器 （雙饋?zhàn)兞髌鳎β首兞髌鳎? 空間太陽能電源 　　第一個(gè)空間太陽電池載于1958年發(fā)射的Vangtuard I，體裝式結(jié)構(gòu)，單晶Si襯底，效率約10%（28℃）。到了1970年代，人們改善了電池結(jié)構(gòu)，采用BSF、光刻技術(shù)及更好減反射膜等技術(shù)，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽電池大約每5.5年全球產(chǎn)量翻番；而空間太陽電池在空間環(huán)境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由于80年代太陽電池的理論得到迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了地面和空間太陽電池性能的改善。到了90年代，薄膜電池和Ⅲ-Ⅴ電池的研究發(fā)展很快，而且聚光陣結(jié)構(gòu)也變得更經(jīng)濟(jì)，空間太陽電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。在繼續(xù)研究更高性能的太陽電池，主要有兩種途徑：研究聚光電池和多帶隙電池。 　　× 空間太陽電池主要性能 　　電池效率 　　由于太陽電池在不同光強(qiáng)或光譜條件下效率一般不同，對(duì)于空間太陽電池一般采用AM0光譜（1.367KW/㎡），對(duì)于地面應(yīng)用一般采用AM1.5光譜（即地面中午晴空太陽光，1.000 KWm-2）作為測(cè)試電池效率的標(biāo)準(zhǔn)光源。太陽電池在AM0光譜效率一般低于AM1.5光譜效率2～4個(gè)百分點(diǎn)，例如一個(gè)AM0效率為16%的Si太陽電池AM1.5效率約為19%）。 　　◎ 25℃，AM0條件下太陽電池效率 　　電池類型 面積（cm2） 效率（%） 電池結(jié)構(gòu) 　　一般Si太陽電池 64cm2 14.6 單結(jié)太陽電池 　　先進(jìn)Si太陽電池 4cm2 20.8 單結(jié)太陽電池 　　GaAs太陽電池 4cm2 21.8 單結(jié)太陽電池 　　InP太陽電池 4cm2 19.9 單結(jié)太陽電池 　　GaInP/GaAs 4cm2 26.9 單片疊層雙結(jié)太陽電池 　　GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5 單片疊層雙結(jié)太陽電池 　　GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0 單片疊層三結(jié)太陽電池 　　◎ 聚光電池 　　GaAs太陽電池 0.07 24.6 100X 　　GaInP/GaAs 0.25 26.4 50X，單片疊層雙結(jié)太陽電池 　　GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X，機(jī)械堆疊太陽電池 　　空間太陽電池在大氣層外工作，在近地球軌道太陽平均輻照強(qiáng)度基本不變，通常稱為AM0輻照，其光譜分布接近5800K黑體輻射光譜，強(qiáng)度1353mW/cm2。因此空間太陽電池多采用AM0光譜設(shè)計(jì)和測(cè)試。 　　空間太陽電池通常具有較高的效率，以便在空間發(fā)射的重量、體積受限制的條件下，能獲得特定的功率輸出。特別在一些特定的發(fā)射任務(wù)中，如微小衛(wèi)星（重量在50～100公斤）上應(yīng)用，要求單位面積或單位重量的比功率更高。 　　抗輻照性能 　　空間太陽電池在地球大氣層外工作，必然會(huì)受到高能帶電粒子的輻照，引起電池性能的衰減，主要原因是由于電子或質(zhì)子輻射使少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度減小。其光電參數(shù)衰減的程度取決于太陽電池的材料和結(jié)構(gòu)。還有反向偏壓、低溫和熱效應(yīng)等因素也是電池性能衰減的重要原因，尤其對(duì)疊層太陽電池，由于熱脹系數(shù)顯著不同，電池性能衰減可能更嚴(yán)重。 　　× 空間太陽電池的可靠性 　　光伏電源的可靠性對(duì)整個(gè)發(fā)射任務(wù)的成功起關(guān)鍵作用，與地面應(yīng)用相比，太陽電池/陣的費(fèi)用高低并不重要，因?yàn)榭臻g電源系統(tǒng)的平衡費(fèi)用更高，可靠性是最重要的?？臻g太陽電池陣必須經(jīng)過一系列機(jī)械、熱學(xué)、電學(xué)等苛刻的可靠性檢驗(yàn)。× 太陽能路燈 太陽能路燈 太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。 [編輯本段]【太陽能電池】 　　太陽能電池發(fā)電原理 　　太陽能電池是一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч?，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。 　　當(dāng)光線照射太陽能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P－N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。 　　太陽簡(jiǎn)介 　　太陽是離地球最近的一顆恒星,也是太陽的中心天體,它的質(zhì)量占太陽系總質(zhì)量的99.865%。太陽也是太陽系里惟一自己發(fā)光的天體,它給地球帶來光和熱。如果沒有太陽光的照射,地面的溫度將會(huì)很快地降低到接近絕對(duì)零度。由于太陽光的照射,地面平均溫度才會(huì)保持在14℃左右,形成了人類和絕大部分生物生存的條件。除了原子能、地?zé)岷突鹕奖l(fā)的能量外,地面上大部分能源均直接或間接同太陽有關(guān)。 　　太陽是一個(gè)主要由氫和氦組成的熾熱的氣體火球,半徑為6.96×105km(是地球半徑的109倍)，質(zhì)量約為1.99×1027t(是地球質(zhì)量的33萬倍)，平均密度約為地球的1/4。太陽表面的有效溫度為5762K,而內(nèi)部中心區(qū)域的溫度則高達(dá)幾千萬度。太陽的能量主要來源于氫聚變成氦的聚變反應(yīng),每秒有6.57×1011kg的氫聚合生成6.53×1011kg的氦,連續(xù)產(chǎn)生3.90×1023kW能量。這些能量以電磁波的形式,以3×105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接受到太陽總輻射的二十二億分之一,即有1.77×1014kW達(dá)到地球大氣層上邊緣(“上界”),由于穿越大氣層時(shí)的衰減,最后約8.5×1013kW到達(dá)地球表面,這個(gè)數(shù)量相當(dāng)于全世界發(fā)電量的幾十萬倍。 　　根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算,氫的儲(chǔ)量足夠維持600億年,而地球內(nèi)部組織因熱核反應(yīng)聚合成氦,它的壽命約為50億年,因此,從這個(gè)意義上講,可以說太陽的能量是取之不盡、用之不竭的。 　　太陽的結(jié)構(gòu)和能量傳遞方式簡(jiǎn)要說明如下。 　　太陽的質(zhì)量很大,在太陽自身的重力作用下,太陽物質(zhì)向核心聚集,核心中心的密度和溫度很高,使得能夠發(fā)生原子核反應(yīng)。這些核反應(yīng)是太陽的能源,所產(chǎn)生的能量連續(xù)不斷地向空間輻射,并且控制著太陽的活動(dòng)。根據(jù)各種間接和直接的資料,認(rèn)為太陽從中心到邊緣可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)、對(duì)流區(qū)和太陽大氣。 　　(1)核反應(yīng)區(qū) 　　在太陽半徑25%(即0.25R)的區(qū)域內(nèi),是太陽的核心,集中了太陽一半以上的質(zhì)量。此處溫度大約1500萬度(K),壓力約為2500億大氣壓(1atm=101325Pa),密度接近158g/cm3。這部分產(chǎn)生的能量占太陽產(chǎn)生的總能量的99%,并以對(duì)流和輻射方式向外輻射。氫聚合時(shí)放出伽瑪射線,這種射線通過較冷區(qū)域時(shí),消耗能量,增加波長(zhǎng),變成X射線或紫外線及可見光。 　　(2)輻射區(qū) 　　在核反應(yīng)區(qū)的外面是輻射區(qū),所屬范圍從0.25～0.8R,溫度下降到13萬度,密度下降為0.079g/cm3。在太陽核心產(chǎn)生的能量通過這個(gè)區(qū)域由輻射傳輸出去。 　　(3)對(duì)流區(qū) 　　在輻射區(qū)的外面是對(duì)流區(qū)(對(duì)流層),所屬范圍從0.8～1.0R,溫度下降為5000K,密度為10－8g/cm3。在對(duì)流區(qū)內(nèi),能量主要靠對(duì)流傳播。對(duì)流區(qū)及其里面的部分是看不見的,它們的性質(zhì)只能靠同觀測(cè)相符合的理論計(jì)算來確定。 　　(4)太陽大氣 　　大致可以分為光球、色球、日冕等層次,各層次的物理性質(zhì)有明顯區(qū)別。太陽大氣的最底層稱為光球,太陽的全部光能幾乎全從這個(gè)層次發(fā)出。太陽的連續(xù)光譜基本上就是光球的光譜,太陽光譜內(nèi)的吸收線基本上也是在這一層內(nèi)形成的。光球的厚度約為500km。色球是太陽大氣的中層,是光球向外的延伸,一直可延伸到幾千公里的高度。太陽大氣的最外層稱為日冕,是冕是極端稀薄的氣體殼,可以延伸到幾個(gè)太陽半徑之遠(yuǎn)。嚴(yán)格說來,上述太陽大氣的分層僅有形式的意義,實(shí)際上各層之間并不存在著明顯的界限,它們的溫度、密度隨著高度是連續(xù)地改變的。 　　可見,太陽并不是一個(gè)一定溫度的黑體,而是許多層不同波長(zhǎng)放射、吸收的輻射體。不過,在描述太陽時(shí),通常將太陽看作溫度為6000K、波長(zhǎng)為0.3～3.0μm的黑色輻射體。 　　太陽能發(fā)電 　　未來太陽能的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電的方式有多種。目前已實(shí)用的主要有以下兩種。 　　①光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。 　?、诠狻娹D(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽能電池?！　∠Ｍ軐?duì)你有幫助！?。。?！內(nèi)容很多，還有其他你需要的 ?。?！