看下圖，很多人都可以說(shuō)這是太陽(yáng)能發(fā)電裝置，但太陽(yáng)能發(fā)電的原理和為什么它遲遲不能普及，你能不能一一列舉？咱們今天就來(lái)看看吧。
太陽(yáng)輻射系統(tǒng)光伏陣列
1。
太陽(yáng)怎樣發(fā)電？
太陽(yáng)發(fā)電是指把地球外部天體的能量(主要是太陽(yáng)能)轉(zhuǎn)換成人類(lèi)可以利用的電能的過(guò)程。太陽(yáng)發(fā)電主要有兩種形式：光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。
就光熱發(fā)電而言，由于太陽(yáng)能熱水器的普及，大家可能比較熟悉。太陽(yáng)光熱發(fā)電過(guò)程可以歸納為：光—熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程。
用大量的反射器或透射器把太陽(yáng)光集中起來(lái)，加熱工質(zhì)(介質(zhì)物質(zhì))，然后高溫工質(zhì)通過(guò)熱交換系統(tǒng)，把水加熱成高溫高壓蒸汽，然后高參數(shù)蒸汽進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組做功并輸出電能。
由于它的發(fā)電過(guò)程需要充足的直射光和充足的水源，因此在光熱系統(tǒng)建設(shè)中，對(duì)地面和建筑地區(qū)的自然資源要求也比較嚴(yán)格。然而，其發(fā)電的穩(wěn)定性和可持續(xù)性?xún)?yōu)勢(shì)，卻是光伏發(fā)電所沒(méi)有的。
資料來(lái)源：莫一波，楊靈，黃柳燕，徐瓊鷹，陳海峰.對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的各種技術(shù)研究的綜述.東方電氣，2018,32(01):78-82.
光伏發(fā)電與光熱發(fā)電相比，對(duì)自然資源要求不高，而且它能更充分地利用總的太陽(yáng)輻射，而且對(duì)地形的兼容性更好，因而具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，是太陽(yáng)光利用的主要方式。
光電發(fā)電系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：逆變器(將直流電轉(zhuǎn)換成交流電)、太陽(yáng)能電池(將光能轉(zhuǎn)換成電能)、控制器(充放電控制)、蓄電池(節(jié)省或提供電能)。
在這些因素中，太陽(yáng)能電池(PV)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量和成本直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。
來(lái)源：高習(xí)斌，李建寧.[J]，上海電氣股份有限公司光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)綜述，2013/3/45-52.
2。
什么是常用太陽(yáng)能電池？
從1954年太陽(yáng)能電池發(fā)明到現(xiàn)在，電池的種類(lèi)逐漸豐富起來(lái)，并且有了多樣化的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換效率有了顯著的提高。市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池按制造材料可分為三種：晶硅太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池和光電化學(xué)太陽(yáng)能電池。
晶體硅光電池起步最早，市場(chǎng)份額最高。基于半導(dǎo)體P-N結(jié)的晶硅太陽(yáng)能電池，接受太陽(yáng)光照射，產(chǎn)生一種將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的“光伏效應(yīng)”。
N結(jié)是P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體在交界處附近組合而成的結(jié)點(diǎn)。半導(dǎo)體中的載流子特性決定了P-N結(jié)的特性。
在P型半導(dǎo)體中存在大量可移動(dòng)的空穴載體，而N型半導(dǎo)體中幾乎沒(méi)有空穴，這是由于濃度差導(dǎo)致空穴從P向N型擴(kuò)散。
類(lèi)似地，N型半導(dǎo)體中存在大量的自由電子載體，而P型半導(dǎo)體中幾乎沒(méi)有，兩者之間存在著自由電子濃度差，導(dǎo)致N型半導(dǎo)體中電子向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散。
在N區(qū)和P區(qū)的交界處，空穴和電子會(huì)合并合成，從而在交界處附近形成一段沒(méi)有載體的距離，即形成空間電荷區(qū)。
在P型半導(dǎo)體一側(cè)的空間電荷為負(fù)離子，N型半導(dǎo)體一側(cè)的空間電荷為正離子，而正離子在其邊界處產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。這場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)阻止了載流子的進(jìn)一步擴(kuò)散，但迫使部分載流子沿?cái)U(kuò)散運(yùn)動(dòng)的反方向移動(dòng)。
在漂移和擴(kuò)散達(dá)到平衡的時(shí)候，就會(huì)形成一個(gè)阻擋層。擋板層稱(chēng)為P-N結(jié)。
形成P—N結(jié)
資料：閻金鐸主編.《中國(guó)中學(xué)教學(xué)百科全書(shū)》.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)出版社.1990.第217頁(yè)。
陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能電池的P-N結(jié)上時(shí)，半導(dǎo)體材料對(duì)光子的本征吸收產(chǎn)生光生空穴電子對(duì)，并且在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，光生電子會(huì)向N端移動(dòng)，而光生空穴則會(huì)向P端移動(dòng)。在P區(qū)內(nèi)，隨著光生電子在N區(qū)邊界的累積，P區(qū)與N區(qū)間形成了電勢(shì)差。
在將PN兩端連接成回路之后，在電路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電流，由N端指向P端。隨著空穴電子對(duì)的增加，電勢(shì)差增大，電流增強(qiáng)；
資料來(lái)源：莫一波，楊靈，黃柳燕，徐瓊鷹，陳海峰.對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的各種技術(shù)研究的綜述.東方電氣，2018,32(01):78-82.
相對(duì)于單晶硅太陽(yáng)能電池，薄膜太陽(yáng)能電池起步較晚，市場(chǎng)接受程度也不及光化學(xué)太陽(yáng)能電池。
采用半導(dǎo)體薄膜作基板制作的薄膜太陽(yáng)能電池能量消耗小，可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅為微米，適用于光伏建筑一體化。
現(xiàn)在市面上的薄膜太陽(yáng)能電池主要有硅基、碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池，與晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理類(lèi)似。
普通光電化學(xué)太陽(yáng)能電池是染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池。染色敏化納米晶太陽(yáng)能電池是由光陽(yáng)極、染料敏化劑、電極和氧化還原電解質(zhì)等組成，其原理來(lái)源于人類(lèi)模仿植物的光合作用，利用染料敏化劑優(yōu)良的吸收性能，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。
鈣鈦礦和量子阱半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池是未來(lái)太陽(yáng)能電池發(fā)展的新方向。
太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理和結(jié)構(gòu)與染料敏化電池相似，以鈣鈦礦(CH3NH3PbX3(X=Br,I))為光吸收層，鈣鈦礦層的兩端接觸面分別與N型半導(dǎo)體形成P-I-N結(jié)構(gòu)(即N-I-P反型結(jié)構(gòu))。
量子阱半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池是發(fā)展高效III-Ⅴ族復(fù)合半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的有效途徑，也是提高疊層電池轉(zhuǎn)換效率的有效方法。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，科學(xué)家們通過(guò)調(diào)整電池中量子阱半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池中不同元素的含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
來(lái)自衛(wèi)星的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備
來(lái)自|網(wǎng)絡(luò)。
伴隨著太陽(yáng)能電池的繁榮，航空業(yè)也在蓬勃發(fā)展。與普通太陽(yáng)能電池相比，用于空間站的太陽(yáng)能電池具有長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)電、高效、零排放、能夠承受各種沖擊等優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)空間站用太陽(yáng)能光伏電池主要以晶硅太陽(yáng)能電池為主，經(jīng)濟(jì)性好，運(yùn)行穩(wěn)定。
同時(shí)，單結(jié)型砷化鎵太陽(yáng)電池和多結(jié)級(jí)聯(lián)砷化鎵太陽(yáng)電池在空間站上的應(yīng)用和發(fā)展也比較迅速，但由于由不同組分組成的太陽(yáng)能電池的優(yōu)缺點(diǎn)不同，各型太陽(yáng)能電池在太空中的作用也不一樣。
3。
為什么太陽(yáng)能發(fā)電不能普及？
對(duì)此，也許大家會(huì)感到疑惑：太陽(yáng)能已經(jīng)發(fā)展了一百多年，而且取得了這么多的成果，那么為什么全部到2020年了，太陽(yáng)能還沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用于民用發(fā)電？
其原因可分為兩類(lèi)：環(huán)境因素和成本因素。從環(huán)境角度看，太陽(yáng)能發(fā)電需要足夠的直射光，而且需要持續(xù)的光照，所以太陽(yáng)能發(fā)電受到氣候的限制較大。并非所有地區(qū)都適合安裝太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，也并非每個(gè)季節(jié)都適合安裝。
在成本方面，光伏發(fā)電單片太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率極低，所以為了提高效率，必須增加采光面積，顯然這不僅導(dǎo)致發(fā)電建設(shè)成本很高，而且作為民用發(fā)電，電費(fèi)昂貴，性?xún)r(jià)比不高。
為了降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本，可在整個(gè)光伏發(fā)電過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。但雖然每一步都有降低成本的空間，但仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，包括材料、設(shè)備、電池、電池組件、兆瓦級(jí)光伏電站等各種技術(shù)還沒(méi)有完全成熟。
所以太陽(yáng)能發(fā)電的普及也依賴(lài)于技術(shù)創(chuàng)新，以獲得高效、廉價(jià)、易制造的太陽(yáng)能電池。
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