太阳能电池|都2020年了太阳能发电咋还没普及？先看看光是怎么变成电的！
本文图片
审核专家：吴宝俊
理论物理博士
看到下面的这个图 ， 很多人都能说出这是太阳能发电装置 ， 但是太阳能发电的原理以及迟迟未普及的原因 ， 你也能逐一道来吗？今天我们来一探究竟 。
本文图片
太阳能发电系统光伏阵列
来源｜网络
1
太阳能如何发电？
太阳能发电是将来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）转化为人类可利用的电能的过程 。 太阳能发电主要包括:光热发电与光伏发电两种形式 。
对于光热发电 ， 因为太阳能热水器的普及 ， 大家可能会比较熟悉 。 太阳能光热发电过程可总结为：光—热—电的转换过程 。
利用大量反射镜或者透射镜将太阳光聚集并加热工质（媒介物质） ， 随后高温工质经过热交换系统 ， 将水加热为高温高压蒸汽 ， 最后高参数蒸汽进入汽轮发电机组中做功并输出电力 。
因其发电过程要求充足的直射光线和充足的水源 ， 因此在光热系统建设对地势与建设区域自然资源的要求也相对苛刻 。 不过 ， 其发电稳定性与可持续性的优势 ， 却是光伏发电所不具有的 。
本文图片
来源｜莫一波,杨灵,黄柳燕,徐琼鹰,陈海峰.各种太阳能发电技术研究综述[J].东方电气评论,2018,32(01):78-82.
相比于光热发电 ， 光伏发电对自然资源要求不高 ， 加之其可以更加充分利用太阳辐射总量 ， 且对地形兼容性较好 ， 因此具有相当大的优势 ， 是太阳光利用的主要途径 。
光伏发电系统主要由逆变器（将直流电转变为交流电）、太阳能电池（将光能转化为电能）、控制器（控制充放电）、蓄电池（储蓄或提供电能）四个部分组成 。
其中 ， 太阳能电池（光伏阵列）是光伏发电系统的关键部分 ， 其质量和成本直接决定整个发电系统的质量和成本 。
本文图片
来源｜高习斌,李建宁.光伏发电系统技术综述[J].上海电气技术,2013,6(03):45-52.
2
常见的太阳能电池有哪些？
自1954年太阳能电池发明至今 ， 太阳能电池种类逐渐丰富 ， 且结构多样 ， 转换效率明显提高 。 按照生产材料不同 ， 市场上的太阳能电池可分为3个类型：晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和光电化学太阳能电池 。
晶硅太阳能电池起步最早 ， 市场占有率最高 。 晶硅太阳能电池基于半导体P-N结 ， 接受太阳光照射产生“光伏效应” ， 直接将光能转化为电能 。
P-N结是指P型半导体和N型半导体结合时 ， 两者交界处附近的区域 。 P-N结的特性由半导体中的载流子特性决定 。
P型半导体中存在大量可以移动的空穴载流子而N型半导体中几乎没有空穴 ， 因为浓度差而导致空穴由P区扩散至N区 。
同样 ， N型半导体中存在大量自由电子载流子而P型半导体则几乎没有 ， 二者存在的自由电子浓度差 ， 导致电子由N区扩散至P区 。
空穴和电子在N区与P区的交界附近相遇并复合 ， 导致在界面附近有一段距离缺少载流子 ， 即形成了一个空间电荷区 。
P型半导体一边的空间电荷是负离子 ，N型半导体一边的空间电荷是正离子 ， 正负离子在交界附近产生一个内电场 。 这个电场阻止载流子进一步扩散 ， 却迫使部分载流子沿与扩散运动相反的方向漂移 。
当漂移与扩散达到平衡状态 ， 便形成了一个阻挡层 。 该阻挡层就是P-N结 。
本文图片
P-N结的形成
来源｜阎金铎 主编.中国中学教学百科全书·物理卷.沈阳：沈阳出版社.1990.第217页.
当太阳光照在太阳能电池的P-N结上 ， 半导体材料对光子本征吸收产生光生空穴电子对 ， 并在内电场作用下 ， 光生电子向N端移动 ， 光生空穴向P端移动 。 随着光生电子在N区边界积累 ， 光生空穴在P区积累 ， P区与N区之间形成电势差 。
当PN两端连接成回路后 ， 电路中便产生了一个由N端指向P端的电流 。 光照产生的空穴电子对越多 ， 电势差越大 ， 电流越强 。
本文图片
来源｜莫一波,杨灵,黄柳燕,徐琼鹰,陈海峰.各种太阳能发电技术研究综述[J].东方电气评论,2018,32(01):78-82.
与晶硅太阳能电池相比 ， 薄膜太阳能电池与光化学太阳能电池起步较晚 ， 市场接受程度不及晶硅太阳能电池 。
推荐阅读
- 教育|2020年央广网教育峰会：谢龙
- 考试|分析：从2020年税务师考试情况预测2021考试方向
- 消防|梁平区举行2020年度微型消防站岗位练兵比武竞赛
- 成本|2020年全球生活成本排行榜出炉，英国城市无一进前十？英国大学：你确定吗？
- 闽南网|2020年11月全国疫情中高风险地区查询 最新名单更新
- 商业|11天4982亿 2020年天猫双11收官
- 全球|?天猫：2020年双11全球狂欢季总成交4982亿元
- 毕业生就业工作推进会|重庆市某高校2020年毕业生就业工作推进会顺利召开
- 华创会|2020年华创会已收到46个国家和地区200余海外代表报名
- 消防|重庆丰都启动2020年119宣传月 千余在校师生上演消防逃生“全体验”