太陽能發(fā)電的原理

1、太陽能發(fā)電的原理太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流 2 20V或110V,還需要配置逆變器。各部分的作用為：（一）太陽能電池板： 太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電 系統(tǒng)中價值最高的部分。 其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能, 或送往蓄電池中存儲起來, 或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質量和成本；（二）太陽能控制器： 太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài), 并對蓄電池起 到過充電保護、 過放電保護的作用。 在溫差較大的地方, 合格的控制器還應具備溫度補償的 功能。其他附加功能如光控開關、時控開關

2、都應當是控制器的可選項；（三）蓄電池： 一般為鉛酸電池, 小微型系統(tǒng)中, 也可用鎳氫電池、 鎳鎘電池或鋰電池。 其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來,到需要的時候再釋放出來。（四）逆變器：在很多場合，都需要提供220VAG 110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是 12VDG 24VDG 48VDG為能向220VAG的電器提供電能，需要將太陽能 發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用 DG-AG逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDG的電能轉換成5VDG的電能（注意,不是簡單的降壓）。太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設計需

3、要考慮如下因素：Q1、 太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射情況如何？Q2、 系統(tǒng)的負載功率多大？Q3、 系統(tǒng)的輸出電壓是多少,直流還是交流？Q4、 系統(tǒng)每天需要工作多少小時？Q5、 如遇到沒有日光照射的陰雨天氣,系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天？Q6、 負載的情況,純電阻性、電容性還是電感性,啟動電流多大？ Q7、 系統(tǒng)需求的數量。太陽能發(fā)電：其實并不貴本期提示無錫尚德太陽能電力公司總經理施正榮博士在澳大利亞學習工作了14年。他歸國創(chuàng)業(yè),惟一目的就是發(fā)展我國的太陽能電力產業(yè)。他說： “社會上有一個誤會,一再地說太陽 能發(fā)電的成本較高。 據我看來, 如果大家用環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的標準來計算,與火電相比,太

4、陽能發(fā)電, 并不算昂貴。如果國家當機立斷, 推出鼓勵發(fā)展綠色能源的產業(yè)政策, 隨著 技術的進步,太陽能發(fā)電的成本,還將進一步降低?！彼倪@番話引起了記者的好奇,記者采訪了許多專家， 請他們共同探討： 該怎么做， 才能讓太陽能電力盡量為人類和環(huán)境造福。產業(yè)應用消納研發(fā)成本中科院電工所研究員馬勝紅說 , 一項新技術 , 在發(fā)展的不同階段 , 有不同的應用需求。 同其他可再生能源發(fā)電技術相比 , 光伏發(fā)電在解決邊遠地區(qū)分散的村落和農牧戶供電方面有 突出的技術和經濟優(yōu)勢 ,將在解決我國 3000 萬遠離電網的群眾供電發(fā)揮主要作用。 在一些特 殊領域 , 光伏發(fā)電已經迅速崛起 , 在航天電源、 通訊機站

5、無人值守電源、 管道陰極保護、 軍事 野戰(zhàn)電源、 玩具、鐘表、街燈、庭院燈以及最近興起的環(huán)保建筑等許多領域,已經顯示出 “比較優(yōu)勢” 。產業(yè)上的應用能夠消納不少研究成本 , 進而推動技術研究的深入 , 找到更合適的材 料和降低成本的解決方案?；拭魈柲芗瘓F原本專心經營光熱業(yè)務 , 其太陽能真空管熱水器在我國的市場占有率 第一。 公司總裁黃鳴說： “我們最近也在考慮向光電方向進軍 , 我們已經推出太陽能照明' 業(yè)務 ,在山東日照市做了一個樣板工程。我相信,只要產業(yè)鼓勵政策明朗 ,太陽能發(fā)電成本會在應用的推動下迅速下降?！敝袊柲軐W會秘書長孟憲淦介紹說 , 我國是太陽能資源豐富 的國家之

6、一。我國有荒漠面積 108萬平方公里 , 主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)。 1平 方公里面積可安裝 100兆瓦光伏陣列 ,每年可發(fā)電 1.5 億度;如果開發(fā)利用 1%的荒漠 ,就可以 發(fā)出相當于我國 2003 年全年的耗電量。在我國電力干線周圍有適合于大規(guī)模安裝光伏發(fā)電 開發(fā)的浩瀚荒漠 , 開發(fā)利用荒漠太陽能資源對于我國有著深遠的戰(zhàn)略意義。學習目前歐洲、 日本的經驗 , 實施屋頂光伏項目 , 也是十分重要的出路。無錫尚德公司目前把許多精力花在“用戶培養(yǎng)”上 , 他們花費大量心血進行產業(yè)鏈的 整合和激發(fā)。 公司每年的年會實際上是太陽能電池產業(yè)上下游廠商的一次激情大碰撞。 公司 副總經理季廣峰說

7、： “我們現(xiàn)在準備對建筑設計師、 房地產開發(fā)商和政府官員進行太陽能電 力的知識培訓。 只要大家花點精力 , 對太陽能電力的原理和產業(yè)前景稍作了解 , 肯定就會毫不 懷疑這個產業(yè)的前景和必要性。 而且, 我們公司也準備投資上游的硅片產業(yè) ,這樣既能保證將 來有充足穩(wěn)定的生產原料 , 又能在一定程度上降低成本?！奔夹g進步促進成本降低過去使用硅作為太陽能電池材料 , 而我國目前生產硅片的能力還太低 , 多數材料都依 靠進口 , 導致太陽能電池成本太高。 要使太陽能發(fā)電得到大規(guī)模推廣 , 科學家必須降低太陽能 電池材料的成本 , 或找到更廉價的太陽能電池材料。中國太陽能學會光伏專業(yè)委員會主任趙玉文說

8、, 太陽能電池目前的價格大約為 3.15 美元/瓦, 并網系統(tǒng)價格為 6 美元/ 瓦, 發(fā)電成本為 0.25 美元/瓦。最近完成的 8 兆瓦并網光伏 系統(tǒng)的前期研究表明 , 目前完全商業(yè)化運作的并網光伏發(fā)電上網電價大約為每度電3.4 元 ,尚無法同火電、 風電等競爭。 但是世界上近期的大規(guī)模市場發(fā)展和快速的技術進步正在使光 伏系統(tǒng)設備和發(fā)電成本有效降低 ,預計到 2010年光伏系統(tǒng)將降到 3美元/ 瓦左右 ,發(fā)電成本將 下降到每度 0.1 美元也就是人民幣 1 塊錢左右。他說：“當前火電成本日漸上漲, 發(fā)展太陽電力能正逢其時?！笔┱龢s說：“全世界的科學家絞盡腦汁 ,都在尋找從技術上降低成本的方

9、案, 方向是多元的,最常規(guī)的渠道是尋找、組織新材料 , 提高光電轉化效率。有人一看 15%、17%,就以為效 率低得不行' ,實際上 ,只要提高一個百分點 ,成本就能下降很多 ,競爭力就提升了。 我們無 錫尚德公司正在致力于這方面的研究?！敝锌圃喊雽w所所長李晉閩透露 , 該所最近在太陽能電池研究上也取得了重大突破 他們利用某些 化學半導體' 材料, 大大提高了光電轉換效率 ;加上對整個系統(tǒng)進行了精心整 合, 在模擬空間的環(huán)境下 , 能夠實現(xiàn) 26%的轉化效率 , 而在地面環(huán)境下 , 其轉換效率能超過 3 0%。這樣 , 成本就不是問題。轉換觀念是當務之急幾位太陽能方面的專家前

10、不久起草了 “關于制定階梯電價和促進我國光伏發(fā)電發(fā)展的 議案”建議稿 , 起草人之一、中國太陽能學會光伏專業(yè)委員會常務理事王斯成說：“從資源 的數量、 分布的普遍性、 技術的可靠性來看 ,光伏發(fā)電比其他可再生能源更具有優(yōu)越性,目前成本較高的障礙正在隨著技術進步和大規(guī)模生產而減小, 光伏發(fā)電將成為未來電力的重要構成是勿庸質疑的?！睂＜医ㄗh , 我國的目標應該在 2020 年使光伏發(fā)電的累計裝機容量達到 3 0000 兆瓦 , 使光伏發(fā)電量達到屆時全國發(fā)電量的1%。雖然這個指標同歐、 美、日國家的目標相比差距還相當大 , 但要想達到這個目標 , 要排 除諸多障礙。專家指出 ,在世界上許多國家 ,光

11、伏發(fā)電已經進入商業(yè)化發(fā)展軌道 ; 在荒漠大規(guī) 模并網和光伏建筑一體化領域具有良好的長遠發(fā)展前景, 是可再生能源應用的重要組成部分。近年來全球光伏發(fā)電產業(yè)以平均30%以上的速率迅猛增長 ,2002 年的系統(tǒng)產值達到 35億多美元。預計在各國減排行動和優(yōu)惠政策的拉動下, 產業(yè)發(fā)展將進一步加快。我國只要出臺相應政策、培育規(guī)范的規(guī)模市場、加大投入、加速能力建設, 我國企業(yè)完全有條件依托國內市場挺進國際市場 , 進入國際十強。, 德、趙玉文說：“但其發(fā)展的先決條件就是政府出臺行之有效的激勵政策。近年來日、美等發(fā)達國家光伏產業(yè)迅猛發(fā)展的事實證明, 政府采用優(yōu)惠政策扶持光伏發(fā)電市場 , 靠規(guī)模市場拉動產業(yè)發(fā)

12、展、 推動技術進步 , 依賴技術進步和規(guī)模生產降低生產成本 , 通過提高質量 和降低價格贏得更大市場的方針和策略是正確的和成功的, 值得我國借鑒?！碧柲馨l(fā)電潛力巨大 太陽能電池產業(yè)將大有所為在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中， 技術最復雜的組成部分應屬太陽能電池。 可以說， 太陽能電池是太陽 能發(fā)電系統(tǒng)的核心，其開發(fā)、生產直接影響到太陽能發(fā)電的普及和發(fā)展。太陽能電池的主要原理是通過使用半導體材料，將較薄的N型半導體置于較厚的 P型半導體上，當光子撞擊該裝置的表面時，P型和N型半導體的接合面有電子擴散產生電流，可利用上下兩端的金屬導體將電流引出利用。太陽能電池的種類根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅

13、太陽能電池； 2、以無機鹽如砷化鎵III - V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池； 3、功能高分 子材料制備的太陽能電池； 4、納米晶太陽能電池等。硅是最理想的太陽能電池材料， 這是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。 在以上電池 中單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟，光電轉化效率可達23.3 。在制作過程中，一般采用表面織構化、 發(fā)射區(qū)鈍化、 分區(qū)摻雜等技術。但由于單晶硅材料價格及相 應的繁瑣工藝影響， 單晶硅成本價格居高不下， 大幅降低成本非常困難， 無法實現(xiàn)太陽能發(fā) 電的大規(guī)模普及。隨著新材料的不斷開發(fā)和相關技術的發(fā)展， 以其它材料為基礎的太陽能電池也愈來愈顯 示出

14、誘人的前景。 目前國際低成本大規(guī)模生產技術的研究主要集中在多晶硅、大面積薄膜非晶硅、CdTe電池、CIS電池的制造技術，川一 V族化合物半導體高效光電池，非晶硅及結晶 硅混合型薄膜光電池等方面。如果說單晶硅的特點是效率高、成本高，其它材料電池的難題無疑是低成本、轉化弱。 與單晶硅太陽能電池相比， 除多晶硅、 碲化鎘等外， 其它材料電池的光電轉化效率普遍未超 過 15 。我國太陽能電池的發(fā)展我國于 1958 年開始研究太陽能電池， 1971 年首次應用于我國發(fā) 射的衛(wèi)星上。 1973年開始將太陽能電池用于地面。由于受到價格和產量的限制，市場發(fā)展 很緩慢，除了作為衛(wèi)星電源，在地面上太陽能電池僅用于

15、小功率電源系統(tǒng)，如航標燈、 鐵路信號系統(tǒng)等。2002 年，國家有關部委啟動了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計劃”，通過光伏和小型風力發(fā) 電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。 這一項目的啟動大大刺激了太陽能發(fā)電產業(yè)， 國內建 起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產量迅速增加。目前太陽能電池已經開始廣泛用于通信、 交通、 民用產品等各個領域， 光伏發(fā)電不但列 入到國家的攻關計劃， 而且列入國家電力建設計劃， 同時也在一些重大工程項目中得到應用。 目前，光伏發(fā)電已遍及我國西部各省區(qū)，以及中部和東部的部分省、直轄市、自治區(qū)，總投 入已經超過 30 億元。太陽能電池高效和低價統(tǒng)一始終是國際開發(fā)的目標。 與

16、此相同， 我國產品生產、 推廣的 根本問題也集結于此。草原、海島、沙漠等無電地區(qū)需求巨大，但價格的可承受性、生產規(guī) 模不足和產品針對性較弱等方面的問題十分突出。 而在城市電力系統(tǒng)中， 高昂的一次性投資 成本無疑更為產品推廣增加了難度。因此，提高效率，降低成本，擴大規(guī)模應是現(xiàn)今開發(fā)、 生產太陽能電池的主題。在具體操作方面： 多晶硅太陽能電池的研究應把攻關與引進結合起來， 盡快建立一條年 生產能力為兆瓦級的生產線； 單晶硅太陽能電池重點提高組件的效率， 降低生產成本； 加速 開發(fā)新型太陽能電池。 具體標準： 兆瓦級多晶硅太陽能電池組件生產線的建立主要技術經濟 指標：組件效率13%，組件壽命2025年；單晶硅太陽能電池組件生產線的技術改造主要 技術經濟指標：組件效率 14%15%，組件壽命2025年。要在現(xiàn)有技術條件下快速發(fā)展， 太陽能電池行業(yè)應盡快實現(xiàn)小型光電源產業(yè)化； 著重開 發(fā) 100 千瓦容量以下的獨立運行光伏電站系列化、規(guī)范化、商品化研究并網光伏發(fā)電技術， 并為大規(guī)模應用做好前期準備。在具體標準方面：小功率光伏電源產業(yè)化功率范圍： 千瓦級、 百瓦級產業(yè)規(guī)模：總容量 大于 1 兆瓦系統(tǒng)造價：比“八五”平均價格降低30%以上太陽能；獨立運行光伏電站系列化、規(guī)范化、商品化。功率范圍： 1 0千