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太阳能热发电技术 王冬青9787512342316中国电力出版社

发布时间:2024-02-09 22:49:44

  1. 太阳能发电是什么原理
  2. 太阳能电池的工作原理
  3. 太阳能板工作的原理是什么

一、太阳能发电是什么原理

太阳能发电原理 太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子,如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子,就成为带负电的n型半导体;若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子,形成带正电的p型半导体。当p型和n型结合在一起时,接触面就会形成电势差,成为太阳能电池。当太阳光照射到p-n结后,空穴由n极区往p极区移动,电子由p极区向n极区移动,形成电流。

制作时,多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后,制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等,就形成p-n结。然后采用丝网印刷,将精配好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂一层防反射涂层,电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件,就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框,正面覆盖玻璃,反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备,就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电,需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储,也可输入公共电网。发电系统成本中,电池组件约占50%,电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。

太阳能电池芯片

太阳能电池芯片是具有光电效应的半导体器件,半导体的pn结被光照后产生电流,当光直射太阳能电池芯片,其中一部分被反射,一部分被吸收。一部分透过电池芯片、被吸收的光激发被束缚的高能级状态下的电子,使之成为自由电子,这些自由电子在晶体内向各方向移动,余下空穴(电子以前的位置)。空穴也围绕晶体飘移,自由电子(-)在n结聚集,空穴(+)在p结聚集,当外部环路被闭合,电流产生。

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220v或 110v,还需要配置逆变器。各部分的作用为:

(一)太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。(二)太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。(三)蓄电池:一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。(四)逆变器:在很多场合,都需要提供220vac、110vac的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12vdc、24vdc、48vdc。为能向220vac的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用dc-ac逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到dc-dc逆变器,如将24vdc的电能转换成5vdc的电能(注意,不是简单的降压)。

太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素:

q1、 太阳能发电系统在哪里使用?该地日光辐射情况如何?

q2、 系统的负载功率多大?

q3、 系统的输出电压是多少,直流还是交流?

q4、 系统每天需要工作多少小时?

q5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气,系统需连续供电多少天?

q6、 负载的情况,纯电阻性、电容性还是电感性,启动电流多大?

q7、 系统需求的数量?

二、太阳能电池的工作原理

原理:

太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结内建电场的作用下,光生空穴流向p区,光生电子流向n区,接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换:

光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。

前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。

一座1000mw的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kw的投资为2000~2500美元。因此,只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

光—电直接转换:

太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波,如红外线、紫外线、可见光等等。

当这些射线照射在不同导体或半导体上,光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短,频率越高,所具有的能量就越高,例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。

但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能,值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关,只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时,电流才能产生。

能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关,譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155ev,因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。

太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式,发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体,不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、cdte薄膜电池、cigs薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。

其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率,在实验室所研发的硅基太阳能电池中,单晶硅电池效率为25.0%,多晶硅电池效率为20.4%,cigs薄膜电池效率达19.6%,cdte薄膜电池效率达16.7%,非晶硅(无定形硅)薄膜电池的效率为10.1%

太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件,其基本构造是运用p型与n型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”,它是不导电的,但如果在半导体中掺入不同的杂质,就可以做成p型与n型半导体,再利用p型半导体有个空穴(p型半导体少了一个带负电荷的电子,可视为多了一个正电荷)。

与n型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流,所以当太阳光照射时,光能将硅原子中的电子激发出来,而产生电子和空穴的对流,这些电子和空穴均会受到内建电位的影响,分别被n型及p型半导体吸引,而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来,形成一个回路,这就是太阳电池发电的原理。

简单的说,太阳光电的发电原理,是利用太阳电池吸收0.4μm~1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光,将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。

扩展资料:

太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性。具体解释如下

1、太阳能电池的极性

硅太阳能电池的一般制成p+/n型结构或n+/p型结构,p+和n+,表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型;n和p,表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。

2、太阳电池的性能参数

太阳电池的性能参数由开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、转换效率等组成。这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志。

3太阳能电池的伏安特性

p-n结太阳能电池包含一个形成于表面的浅p-n结、一个条状及指状的正面欧姆接触、一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正面的抗反射层。

当电池暴露于太阳光谱时,能量小于禁带宽度eg的光子对电池输出并无贡献。能量大于禁带宽度eg的光子才会对电池输出贡献能量eg,小于eg的能量则会以热的形式消耗掉。因此,在太阳能电池的设计和制造过程中,必须考虑这部分热量对电池稳定性、寿命等的影响。

参考资料:百度百科-----太阳能电池

三、太阳能板工作的原理是什么

太阳能板怎么发电?它的工作原理是什么?这个视频解开了我的疑惑