太阳能发电简介

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1、太阳能发电简介太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子 核在超高温时 聚变释放的巨大能量， 人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后， 再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的商业用的一般是：多晶硅 ：14-16% 单晶硅：15-18% 非晶硅 ：6-10%这是我们市场一般通用的！30%左右。美国最先进的技术也仅仅在30% 实验值可能高些！硅薄膜太阳能电池转化率世界纪录被刷新3015一个由日

2、本多家研究机构人员组成的研究小组日前宣称，他们开发出的一种三结薄膜硅太阳能电池获得了13.6%的稳定转化效率，成功打破了此前报道的13.44%的世界纪录。研究人员称，如果进行一些合理化改进，其效率可达14% 以上。相关论文发表在 应用物理快报 杂志上。该研究小组由日本最大的几个研究中心抽调的人员组成，其中包括先进工业科学和技术研究所（AIST）、光伏发电技术研究协会（PVTEC ）、夏普、松下和三菱。AIST研究员佐井田村说， 新研究获得了两个重要成果。一是开发出具有先进光捕获能力的薄膜硅太阳能电池；二是在只有 4 微米厚的微晶吸收层上实现了每平方厘米34.1 毫安的光电流密度。太阳能电池的效

3、率有多种不同类型，通常不同类型效率之间很难进行直接比较。这个研究使用的是稳定的光电转换效率（PCE ）。佐井田村指出，太阳能电池只要暴露在光照、湿度、温度等条件下，转换效率就会发生一定程度的衰减，因此大多数太阳能电池都通过“初始”效率来进行评价。如果电池是像晶体硅这样的材料，性能上还相对稳定；而如果涉及无定形硅即非晶硅，情况将完全不同，在经过暴晒后其导电性能会显著衰退，这种特性被称为SWE 效应。许多因素都可能导致光诱导降解硅太阳能电池，一种应对措施是在衬底采用蜂窝结构。 此前蜂窝状纹理大多用于单结太阳能电池，其仅由一个半导体材料制成，只吸收一个波长的光。而在新研究中，科学家发现这种结构同样可

4、用于多结太阳能电池，这类电池可以吸收多个波长的光，比单结电池具有更优异的陷光性能。 为进一步提高效率，他们还对蜂窝纹理进行了精细的控制，并加入了一种蛾眼结构的防反射膜。为了作出公正的比较，研究人员对暴露在阳光中一段时间的太阳能电池进行测试。结果表明，这种电池的初始效率可达14.5%，稳定效率也有 13.6%。尽管刷新了一项新的纪录，研究人员认为该电池还有很大的改进空间，在提高太阳能电池顶部层的性能，并解决光谱失配问题之后，其稳定效率将有望突破14% 。英开发出低成本塑料太阳能电池太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子 核在超高温时 聚变释放的巨大能量，人类所需能

5、量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、 石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后， 再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。理想能源新能源要同时符合两个条件： 一是蕴藏丰富不会枯竭； 二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是 燃料电池 。另外， 风力发电 也可算是辅助性的新能源。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40 分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可太阳能屋顶发电站(2 张) 以说，太阳能是真正取之不

6、尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：无枯竭危险；绝对干净（无公害）；不受 资源分布 地域的限制；可在用电处就近发电；能源质量高；使用者从感情上容易接受；获取能源花费的时间短。不足之处是：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同的

7、电网联网。太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅 、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低， 但价格最便宜， 今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到12 美元时，便足以同其他的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，只能限于在卫星上使用。类型编辑太阳能发电有两大类型：一类是太阳光发电（亦称太阳能太

8、阳能发电原理图光发电） ，另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、 光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。 一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电， 真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机 （如汽轮机）带动发电机发电， 与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。原理编辑太阳能的利用还不是很普

9、及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题， 但是太阳能电池 在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是 太阳内部 或者表面的黑子连续不断的核聚变 反应过程产生的能量。 地球轨道上的平均 太阳辐射 强度为 1369w/ 。地球赤道的 周长 为40000km ， 从 而 可计算 出， 地 球 获得 的 能 量可 达173000TW 。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2 ，地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为0.20kw/ ，相当于有 102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源 总量相当于现在人类所利用的

10、能源的一万多倍，但太阳能的能量密度 低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量 的 22 亿分之一，但已高达173,000TW ， 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、 水能、海洋温差能 、波浪能 和生物质能以及部分潮汐能 都是来源于太阳；即使是地球上的 化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大， 狭义的太阳能则限于 太阳辐射能 的光热、光电和光化学的直接转换。结

11、构编辑太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件（Solar cells ） 是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置， 在广大的无电力网地区， 该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目 前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是“光伏-建筑（照明）一体化 “技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统， 控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统

12、终端。太阳能电池与 蓄电池 组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。电池单元由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统， 称为电池组件（阵列） 。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P 型和 N 型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N 结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子 即电子和空穴。同于P-N 结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度 J，短路电流 Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上

13、负载，理论上讲由P-N 结、连接电路和负载形成的回路，就有“光生电流 “流过， 太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。理论研究表明， 太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷（需电量）决定。储存单元太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池 的特性影响着系统的工作效率和特性。 蓄电池技术是十分成熟的， 但其容量要受到末端需电量，日照时间（发电时间）的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。控制器控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。 而充电控制通常采用 脉冲宽度调制 技术即 PWM 控制方式，

14、使整个系统始终运行于最大功率点Pm 附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障， 如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司 研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的 “向日葵 “式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。逆变器逆变器 按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM 处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率 f，额定电压UN 等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。发电系统反充二极管太阳能光伏发电系统的防反充二极管又称阻塞二极管，在太阳电池组件中其作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨和

15、夜晚不发电或出现短路故障时， 擂电池组通过太阳电池方阵放电。防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中， 起单向导通作用。 因此它必须保证回路中有最大电流，而且要承受最大反向电压的冲击。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。 一块板的话可以不用任何二极管，因为控制器本来就可防反冲。板子串联的话，需要安装旁路二极管，如果是并联的话就要装个防反冲二极管，防止板子直接冲电。 防反充二极管只是保护作用，不会影响发电效果。效率在太阳能发电系统中，系统的总效率ese由电池组件的PV 转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、 逆变器及照明负载等其

16、它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率， 降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。 太阳能电池问世以来， 晶体硅作为主角材料保持着统治地位。对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。几种太阳能电池的转换效率见表 1。转换效率实验室典型电池商品薄膜电池各种太阳能电池max(%) 各种太阳能电池 （%) 单晶硅 24.4 多晶硅 16.6 多晶硅 18.6 铜铟镓硒18.8 GaAs（单结）25.7 碲化镉16.0 a-si（单结）13 铜铟硒 14.1 充分利用太阳能是绿色照明的重要内容之一。而真正意义上的绿色照明至少还包括：照明系统的高效率，高稳定性，高效节能的绿色光源等。设计成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面（顶） 、墙壁及门窗等，实现了 “光伏-建筑照明一体化（ BIPV)“ 。1997 年 6月，美国宣布了以总统命名的“太阳能百万屋顶计划 “，在 2010 年以