散文網(wǎng) » 科技 »學(xué)習(xí) » 光伏發(fā)電知多少

光伏發(fā)電知多少

2023-10-07 16:36 作者:電氣設(shè)計李老師 0人讀過 | 我要投稿

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。主要由太陽電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達800兆瓦時，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達5.6×1012千瓦小時，相當(dāng)于世界上能耗的40倍。正是由于太陽能的這些獨特優(yōu)勢，20世紀(jì)80年代后，太陽能電池的種類不斷增多、應(yīng)用范圍日益廣闊、市場規(guī)模也逐步擴大。

一、原理

光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內(nèi)部的庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導(dǎo)體;若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到P-N結(jié)后，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。

光電效應(yīng)是物理學(xué)中一個重要而神奇的現(xiàn)象。在高于某特定頻率的電磁波(該頻率稱為極限頻率threshold frequency)照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子吸收能量后逸出而形成電流，即光生電。

多晶硅經(jīng)過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴散微量的硼、磷等，就形成P-N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設(shè)備，就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。為了將直流電轉(zhuǎn)化交流電，需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲，也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中，電池組件約占50%，電流轉(zhuǎn)換器、安裝費、其他輔助部件以及其他費用占另外 50%。

二、優(yōu)缺點

無論從世界還是從中國來看，常規(guī)能源都是很有限的。中國的一次性能源儲量遠遠低于世界的平均水平，大約只有世界總儲量的10%。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。

與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點主要體現(xiàn)于:

①無枯竭危險;

②安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈(無公害);

③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢;例如，無電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū);

④無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電;

⑤能源質(zhì)量高;

⑥使用者從感情上容易接受;

⑦建設(shè)周期短，獲取能源花費的時間短。

但是，太陽能電池板的生產(chǎn)卻具有高污染、高能耗的特點，在現(xiàn)有的條件下，生產(chǎn)國內(nèi)自己使用的電池板還說得過去，不過大量出口等于污染中國，造福世界了，據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)一塊1m×1.5m的太陽能板必須燃燒超過40公斤煤，但即使中國最沒有效率的火力發(fā)電廠也能夠用這些煤生產(chǎn)130千瓦時的電(一般一塊1mx1.6m的太陽能板一年發(fā)電量在250千瓦時以上)--這足夠讓2.2瓦的發(fā)光二極管(LED)燈泡按照每天工作12小時計算發(fā)光30年。

①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積;

②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。

③相對于火力發(fā)電，發(fā)電機會成本高。

④光伏板制造過程中不環(huán)保。

三、系統(tǒng)分類

1、獨立光伏發(fā)電

獨立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。獨立光伏電站包括邊遠地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽能戶用電源系統(tǒng)，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2、并網(wǎng)光伏發(fā)電

并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民建筑;不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。

并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長、占地面積大，還沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。

3、分布式光伏發(fā)電