光電發(fā)電是一項(xiàng)利用半導(dǎo)體界面的光生伏效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)中電池是該技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。將太陽能電池串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)，可以形成大面積的太陽能電池組件，再與功率控制器等部分相配合，構(gòu)成光伏發(fā)電裝置。
1.光電效應(yīng)。
若光照射到太陽電池并吸收到界面層，具有足夠能量的光子能使P型硅和N型硅中的電子與共價(jià)鍵產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在空間電荷場(chǎng)作用下，界面層附近的電子和空穴將彼此分離開來。在P區(qū)中，電子向帶正電荷的N區(qū)和空穴移動(dòng)。由于界面層的電荷分離，可以在P區(qū)與N區(qū)間產(chǎn)生一個(gè)外部可測(cè)電壓。這時(shí)可以在硅片兩側(cè)加一個(gè)電極，然后連接到伏特計(jì)。對(duì)于單晶硅太陽電池，典型的開路電壓數(shù)值是0.5~0.6V。界面層中光線產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)越多，電流越大。接觸層吸收的光能越多，即界面層即電池面積越大，在電池中產(chǎn)生的電流也越大。
2.原理
陽光照射到一個(gè)半導(dǎo)體p-n結(jié)，并形成了一個(gè)新的空穴-電子對(duì)。在pn結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴從n區(qū)流向p區(qū)，電子從p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后形成電流。光電效應(yīng)太陽能電池就是這樣工作的。
(1)光-熱-電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能來發(fā)電，一般由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)蒸汽，然后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前者為光熱轉(zhuǎn)換過程，后者為熱電式轉(zhuǎn)換過程，與一般熱能發(fā)電類似.其缺點(diǎn)是效率較低，成本較高，估計(jì)其投資至少比一般熱電廠貴5~10倍。
(2)光-電直接轉(zhuǎn)換方式這種方式是利用光電效應(yīng)，把太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的基本裝置是太陽能電池。太陽電池是一種利用光生伏效效應(yīng)將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，它是一種半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照射在光電二極管上時(shí)，光電二極管將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能，產(chǎn)生電流。將多個(gè)電池串并聯(lián)起來，可形成較大輸出功率的太陽電池方陣。太陽電池是一種很有前途的新型電源，具有永久的清潔、靈活三大優(yōu)點(diǎn)。太陽能電池壽命長(zhǎng)，只要陽光存在，就可一次性投資，并可長(zhǎng)期使用；與熱能相比，核能發(fā)電不會(huì)造成環(huán)境污染。
3.制度的構(gòu)成。
光電系統(tǒng)主要包括太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等。它的部分裝置有：
電池組：在有光(不管是陽光還是其他發(fā)光體產(chǎn)生光照)的情況下，電池吸收光能，電池的兩端發(fā)生積聚異號(hào)電荷，即產(chǎn)生“光生電壓”，即產(chǎn)生“光生電壓”。利用光生伏特效應(yīng)，太陽能電池兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，使光能轉(zhuǎn)化為電能，是能量轉(zhuǎn)換的裝置。太陽電池通常是硅電池，主要有三種類型：?jiǎn)尉Ч杼栯姵?、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池?/span>
蓄能器：其作用是將太陽能電池方陣在光照射下儲(chǔ)存電能，隨時(shí)向負(fù)荷提供電力。太陽電池發(fā)電所用的蓄電池組的基本要求如下：a.自放電率低；b.壽命長(zhǎng)；c.深放電能力強(qiáng)；d.充電效率高；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f.工作溫度范圍寬；g.廉價(jià)。
控制裝置：可自動(dòng)防止蓄電池過充、過放電。因?yàn)殡姵氐难h(huán)充放電次數(shù)和放電深度是決定電池壽命的重要因素，所以對(duì)電池充放電控制器進(jìn)行過充電和放電控制是必需的。
變頻裝置：是把直流轉(zhuǎn)化為交流電的裝置。因?yàn)樘栯姵睾托铍姵囟际侵绷麟娫?，在?fù)載為交流負(fù)荷時(shí)，必須使用逆變器。逆變電源按運(yùn)行方式，可以分為獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)逆變器。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，獨(dú)立運(yùn)行，給獨(dú)立負(fù)荷供電。逆變器是一種用于太陽能電池并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)反相器的輸出波形，可以分為正弦和方波兩種。方波逆變電路簡(jiǎn)單，成本低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦特及諧波要求較低的系統(tǒng)。正交逆變器成本高，但可用于多種負(fù)載。
4.制度分類。
PV系統(tǒng)分為獨(dú)立PV系統(tǒng).并網(wǎng)PV系統(tǒng)和分布式PV系統(tǒng)。
(1)獨(dú)立光伏發(fā)電又稱離網(wǎng)光伏發(fā)電。本實(shí)用新型主要由太陽能電池組件.控制器.蓄電池組成，要給交流負(fù)荷供電，也要配置交流逆變器。單機(jī)光伏電站包括偏遠(yuǎn)地區(qū)的鄉(xiāng)村供電系統(tǒng)、太陽能戶用電源系統(tǒng)、通訊信號(hào)電源.陰極保護(hù).太陽能路燈及其他各類可獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
(2)太陽能組件所產(chǎn)生的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)化為符合市電電網(wǎng)要求的交流電后，直接接入公共電網(wǎng)。
可將電池組分為無電池組和無電池組。帶電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可調(diào)度，可按需并網(wǎng)和退出，同時(shí)還具有備用電源的功能，在因故停電時(shí)可緊急供電。居住區(qū)通常安裝有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；無蓄電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般不具有可調(diào)度和備用電源的功能，一般安裝在較大的系統(tǒng)上。光伏并網(wǎng)發(fā)電中的大型集中式并網(wǎng)式光伏電站一般都是全國(guó)性的電站，其主要特征是把發(fā)電量直接送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但是這類電站投資大，工期長(zhǎng)，占地面積大，尚未得到很大發(fā)展。與分散式小型光伏并網(wǎng)，尤其是光伏建筑一體化光伏發(fā)電，因其投資小.建設(shè)快.占地少.政策扶持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是光伏并網(wǎng)發(fā)電的主流。
分布光伏發(fā)電系統(tǒng)，也叫分散型光伏發(fā)電系統(tǒng)，是指在用戶現(xiàn)場(chǎng)或其附近或附近配置較小的光伏電站，以滿足特定用戶的需要，支持現(xiàn)有配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，或同時(shí)滿足上述兩者的要求。光電池組件.PV方陣支架.直流匯流箱.直流配電箱.直流配電柜.并網(wǎng)逆變器.交流配電柜等設(shè)備.此外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。它的工作方式為在太陽輻射條件下，將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，經(jīng)集中式直流集流箱內(nèi)送至直流配電柜，將并網(wǎng)逆變電源逆轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨碡?fù)載，將多余或不足的電能轉(zhuǎn)化為所連接的電網(wǎng)。
5.光伏發(fā)電的好處。
相對(duì)于一般的發(fā)電系統(tǒng)，太陽能光伏發(fā)電具有以下優(yōu)勢(shì)：
太陽電力被認(rèn)為是最理想的新能源。
①沒有耗盡危險(xiǎn)；②安全可靠、無噪音、無污染排放外，絕對(duì)清潔(無公害)；③不受資源分布地域的限制，可以利用建筑屋頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)；④無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路，即可提供電力供應(yīng)；⑤能源質(zhì)量高；④用戶從情感上容易接受；獲得能量所花的時(shí)間很短。
6.適用范圍。
一、用戶太陽能供電：(1)在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)，10-100W的小型電源，適用于高原.海島.牧區(qū).邊防哨所等軍民生活用電，例如照明.電視.錄音機(jī)等；(2)3-5KW的家用屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；(3)太陽能水泵：解決在沒有電力供應(yīng)地區(qū)用深水井飲水。
二.運(yùn)輸領(lǐng)域，例如航標(biāo)燈.交通/鐵路信號(hào)燈.交通警告/標(biāo)志燈.宇翔路燈.高空作業(yè)障燈.高速公路/鐵路無線電話亭.無人值班的道班供電等。
三.通訊/通信領(lǐng)域：太陽能微波無人值班中繼站.光纜維護(hù)站.無線電/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村的光電載波電話系統(tǒng).小型通信設(shè)備.GPS供電等。
四.石油.海洋.氣象領(lǐng)域：用于石油管道和水閘的陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng).石油鉆臺(tái)的生存和應(yīng)急電源.海洋探測(cè)設(shè)備.氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。
五.家用照明電源：如庭院燈.路燈.手提燈.野營(yíng)燈.登山燈.垂釣燈.黑光燈.割膠燈.節(jié)能燈等。
六.光伏電站：10KW-50MW獨(dú)立光伏電站.風(fēng)光(柴電)互補(bǔ)電站.各種大型停車場(chǎng)充電站等。
七.太陽能建筑。
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