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      1. 光伏發電的原理與優缺點是什么?

        時間:2021年05月21日 11:11:45 點擊次數:1075來源:原創

        太陽能作為現在一種新的能源,是人們現在重要的一種能源資源,如今人們的環保意識在逐漸的加強,太陽能有節能環保的特點,所以受到大家普遍的認可,那么光伏發電的原理是什么?光伏發電系統有哪些優點與缺點,今天跟大家詳細解答。

        光伏發電的原理與優缺點

        光伏發電的原理

        光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。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,能克服金屬內部引力做功,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型半導體。當P型和N型結合在一起時,接觸面就會形成電勢差,成為太陽能電池。當太陽光照射到P-N結后,空穴由P極區往N極區移動,電子由N極區向P極區移動,形成電流。

        多晶硅經過鑄錠、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。然后采用絲網印刷,將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線,經過燒結,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備,就可以組成發電系統。為了將直流電轉化交流電,需要安裝電流轉換器。發電后可用蓄電池存儲,也可輸入公共電網。發電系統成本中,電池組件約占50%,電流轉換器、安裝費、其他輔助部件以及其他費用占另外50%。

        光伏發電的原理

        光伏發電的優缺點

        1、優點

        太陽能光伏發電過程簡單,沒有機械轉動部件,不消耗燃料,不排放包括溫室氣體在內的任何物質,無噪聲、無污染;太陽能資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭。因此,與風力發電、生物質能發電和核電等新型發電技術相比,光伏發電是一種最具可持續發展理想特征(最豐富的資源和最潔凈的發電過程)的可再生能源發電技術,具有以下主要優點。

        ①太陽能資源取之不盡,用之不竭,照射到地球上的太陽能要比人類目前消耗的能量大6000倍。而且太陽能在地球上分布廣泛,只要有光照的地方就可以使用光伏發電系統,不受地域、海拔等因素的限制。

        ②太陽能資源隨處可得,可就近供電,不必長距離輸送,避免了長距離輸電線路所造成的電能損失。

        ③光伏發電的能量轉換過程簡單,是直接從光能到電能的轉換,沒有中間過程(如熱能轉換為機械能、機械能轉換為電磁能等)和機械運動,不存在機械磨損。根據熱力學分析,光伏發電具有很高的理論發電效率,可達80%以上,技術開發潛力巨大。

        ④光伏發電本身不使用燃料,不排放包括溫室氣體和其它廢氣在內的任何物質,不污染空氣,不產生噪聲,對環境友好,不會遭受能源危機或燃料市場不穩定而造成的沖擊,是真正綠色環保的新型可再生能源。

        ⑤光伏發電過程不需要冷卻水,可以安裝在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發電還可以很方便地與建筑物結合,構成光伏建筑一體化發電系統,不需要單獨占地,可節省寶貴的土地資源。

        ⑥光伏發電無機械傳動部件,操作、維護簡單,運行穩定可靠。一套光伏發電系統只要有太陽能電池組件就能發電,加之自動控制技術的廣泛采用,基本上可實現無人值守,維護成本低。

        ⑦光伏發電系統工作性能穩定可靠,使用壽命長(30年以上)。晶體硅太陽能電池壽命可長達20~35年。在光伏發電系統中,只要設計合理、選型適當,蓄電池的壽命也可長達10~15年。

        ⑧太陽能電池組件結構簡單,體積小、重量輕,便于運輸和安裝。光伏發電系統建設周期短,而且根據用電負荷容量可大可小,方便靈活,極易組合、擴容。

        太陽能電池是一種大有前途的新型電源,具有永久性、清潔性和靈活性三大優點。太陽能光伏發電與火力發電、核能發電相比,太陽能電池不會引起環境污染;太陽能電池可以大中小并舉,大到百萬千瓦的中型電站,小到只供一戶用電的獨立太陽能發電系統,這些特點是其他電源無法比擬的。

        光伏發電的優缺點

        2、缺點

        當然,太陽能光伏發電也有它的不足和缺點,歸納起來有以下幾點。

        ①能量密度低。盡管太陽投向地球的能量總和極其巨大,但由于地球表面積也很大,而且地球表面大部分被海洋覆蓋,真正能夠到達陸地表面的太陽能只有到達地球范圍太陽輻射能量的10%左右,致使在陸地單位面積上能夠直接獲得的太陽能量較少。通常以太陽輻照度來表示,地球表面輻照度最高值約為1.2kw/㎡,且絕大多數地區和大多數日照時間內都低于1kw/㎡。太陽能的利用實際上是低密度能量的收集、利用。

        ②占地面積大。由于太陽能能量密度低,這就使得光伏發電系統的占地面積會很大,每10kw光伏發電功率占地約需100㎡,平均每平方米面積發電功率為100w。隨著光伏建筑一體化發電技術的成熟和發展,越來越多的光伏發電系統可以利用建筑物、構筑物的屋頂和立面,將逐漸克服光伏發電占地面積大的不足。

        ③轉換效率低。光伏發電的最基本單元是太陽能電池組件。光伏發電的轉換效率指光能轉換為電能的比率。目前晶體硅光伏電池轉換效率為13%~17%,非晶硅光伏電池只有5%~8%。由于光電轉換效率太低,從而使光伏發電功率密度低,難以形成高功率發電系統。因此,太陽能電池的轉換效率低是阻礙光伏發電大面積推廣的瓶頸。

        ④間歇性工作。在地球表面,光伏發電系統只能在白天發電,晚上不能發電,除非在太空中沒有晝夜之分的情況下,太陽能電池才可以連續發電,這與人們的用電需求不符。

        ⑤受氣候環境因素影響大。太陽能光伏發電的能源直接來源于太陽光的照射,而地球表面上的太陽照射受氣候的影響很大,長期的雨雪天、陰天、霧天甚至云層的變化都會嚴重影響系統的發電狀態。另外,環境因素的影響也很大,比較突出的一點是,空氣中的顆粒物(如灰塵)等沉落在太陽能電池組件的表面,阻擋了部分光線的照射,這樣會使電池組件轉換效率降低,從而造成發電量減少甚至電池板的損壞。

        ⑥地域依賴性強。地理位置不同,氣候不同,使各地區日照資源相差很大。光伏發電系統只有應用在太陽能資源豐富的地區,其效果才會好。

        ⑦系統成本高。由于太陽能光伏發電的效率較低,到目前為止,光伏發電的成本仍然是其他常規發電方式(如火力和水力發電)的幾倍,這是制約其廣泛應用的最主要因素。但是也應看到,隨著太陽能電池產能的不斷擴大及電池片光電轉換效率的不斷提高,光伏發電系統的成本也下降得非???。太陽能電池組件的價格幾十年來已經從最初的每瓦70多美元下降至目前的每瓦2美元左右。

        ⑧晶體硅電池的制造過程高污染、高能耗。晶體硅電池的主要原料是純凈的硅。硅是地球上含量僅次于氧的元素,主要存在形式是沙子(sio2)。從硅砂一步步變成純度為99.9999%以上的晶體硅,要經過多道化學和物理工序的處理,不僅要消耗大量能源,還會造成一定的環境污染。

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