武漢太陽能光伏發電轉換成為電能的過程主要步驟

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，下面武漢光伏發電,武漢屋頂光伏發電,武漢太陽能光伏發電來說說太陽能應用技術中的光伏發電，主要兩個方面：原理及其優勢。

1、太陽能光伏發電原理

光生伏打效應在液體和固體物質中都會發生，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，是太陽能光伏發電系統的基礎和器件。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，半導體內產生電子一空穴對，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，并在外電路中產生電流，從而獲得電能。

太陽能光伏發電原理如下圖所示。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生的輸出功率。這個過程的實質是光子能量轉換成電能的過程。

在太陽能發電系統中，系統的總效率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、降低太陽能光伏發電系統的單位功率造價，是太陽能光伏發電產業化的重點和難點。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，太陽能光伏發電系統主要應用于以下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居民生活生產提供電力，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)并網發電，即接入電網。

2、太陽能發電的優勢

通過對生物質能、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電具有以下獨特優勢。

(1)光伏發電具有經濟優勢

可以從兩個方面看太陽能利用的經濟性：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展水平下，有些太陽能的利用已具經濟性。隨著科技的發展以及人類開發利用太陽能技術的突破，太陽能利用的經濟性將會更加明顯。

從太陽能光伏發電站建設成本來看，隨著太陽能光伏發電的大規模應用和推廣，尤其是上游晶體硅產業和光伏發電技術的日趨成熟，建筑房頂、外墻等平臺的復合開發利用，每千瓦太陽能光伏發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濟優勢，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

根據計算，一年內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，這就決定了開發利用太陽能將是人類解決常規能源匱乏、枯竭的有效途徑。

(3)對環境沒有污染

太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發利用時幾乎不產生任何污染，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，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境和身體健康，因此急需開發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。

從目前各種發電方式的碳排放率(g/kW·h)來看，不計算其上游環節：煤發電為275g/kW·h,油發電為204g/kW·h,天然氣發電為181g/kW·h,風力發電為20g/kW·h,而太陽能光伏發電則接近零排放。并且，在發電過程中沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒有噪聲，不產生對人體有害的物質，不會污染環境。

(4)能量轉換環節少

從能量轉換環節來看，太陽能光伏發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，太陽能光伏發電的轉換環節少、利用直接。一般來說，在整個生態環境的能量流動中，隨著轉換環節的增加、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的建設、運行成本和不穩定性。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)經濟、環保

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十平方公里到上百平方公里的土地。相比而言，太陽能發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，減小蒸發量，進而使植物的存活和生長在相當程度上成為可能，穩固并減少沙丘，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地區具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規能源缺乏的地區解決能源問題提供了美好前景。

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