太阳能应用技术中的光伏发电主要两个方面：原理及其优势

从什么是太阳能到太阳能应用的相关技术，相信很多人对太阳能都有一个大概的了解。说说太阳能应用技术中的光伏发电，主要从原理和优势两个方面说。

地面聚光太阳能应用

1、太阳能光伏发电原理

光伏效应发生在液体和固体物质中，但只有固体（尤其是半导体PN结器件）在阳光下具有更高的光电转换效率。晶体硅太阳能电池是利用光伏效应原理制成的，它可以将太阳的光能直接转化为电能。太阳能光伏发电的换能器是太阳能电池，又称光伏电池太阳能发电原理，是太阳能光伏发电系统的基础和核心器件。太阳能转化为电能的过程主要包括三个步骤：

(1)太阳能电池吸收一定能量的光子后，在半导体中产生电子-空穴对，称为“光生载流子”。两者极性相反，电子为负带电，空穴为正电。

(2)相反极性的光生载流子被半导体PN结产生的静电场分开。

(3)光生载流电子和空穴分别被太阳能电池正负极收集，在外电路中产生电流获得电能。

太阳能光伏发电原理如下图所示。当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子跃迁成为自由电子，在两侧积累PN结形成电位差。当外部电路导通时，在这个电压的作用下，会有电流流过外部电路，产生一定的输出功率。这个过程的本质是将光子能量转化为电能的过程。

在太阳能发电系统中，系统总效率η由太阳能电池组件的光电转换效率、控制器效率、电池效率、逆变器效率和负载效率决定。目前，太阳能电池的光电转换效率仅为17%左右。因此，提高太阳能电池组件的光电转换效率，降低太阳能光伏发电系统的单位电能成本是太阳能光伏发电产业化的重点和难点。自太阳能电池问世以来，晶体硅一直保持其作为主要材料的主导地位。目前对硅太阳能电池转换效率的研究主要集中在增加能量吸收面（如使用双面电池减少反射）、利用吸杂技术和钝化技术提高硅太阳能电池的转换效率、和超薄电池等方面。

目前太阳能光伏发电系统主要应用在以下三大方面。

(1)为无电地区供电，主要为无电地区居民的生活和生产，微波中继站、手机基站等提供电力。

(2)太阳能日用电子产品，如各种太阳能充电器、太阳能路灯、太阳能草坪灯等。

(3)并网发电就是接入国家电网。我国光伏并网发电非常成熟。2013年以来，国家出台了一系列光伏发电推广政策，鼓励有条件的地区建设工业、商业、家庭、公共建筑光伏发电设施。

2、太阳能发电的优势

通过比较分析生物质能、水能、风能、太阳能等几种常见的新能源，可以明显看出太阳能发电具有以下独特优势。

(1)光伏发电具有经济优势

太阳能利用的经济性可以从两个方面看：一是太阳能取之不尽，用之不竭，接受太阳能不征收“税”，随处可使用；在技​​术发展层面，一些太阳能利用已经变得经济。随着科学技术的发展和人类开发利用太阳能技术的突破，太阳能利用的经济性将更加明显。如果说 20 世纪是石油的世纪，那么 21 世纪就是可再生能源的世纪（太阳能的世纪）。

从太阳能光伏电站建设成本来看，随着太阳能光伏发电的大规模应用和推广，特别是上游晶体硅产业和光伏发电技术的日益成熟，太阳能光伏发电的复合发展搭建屋顶、外墙等平台 每千瓦太阳能光伏发电的建设成本越来越低。与其他可再生能源相比，具有同等的经济优势，而且随着国家平价政策的实施，其普及程度将越来越广泛。

(2)太阳能是取之不尽的可再生能源

据测算，一年内到达地球表面的太阳能总量约为1.892x10^24吨标准煤，是世界主要能源探明储量的1万倍。太阳的寿命至少有40亿年。与人类历史相比，太阳能持续供应地球的时间可以说是无穷无尽的。这决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源短缺和枯竭的最有效途径。方式。

(3)对环境无污染

太阳能与风能、潮汐能等清洁能源一样，在开发利用过程中几乎不产生任何污染。此外，其无限的储量使其成为人类理想的替代能源。由于传统化石燃料（煤、石油和天然气）在使用过程中会排放大量有毒有害物质，会对水、土壤和大气造成严重污染，形成温室效应和酸雨，严重危害人居环境和环境。人类的健康。因此，迫切需要开发新的、相对清洁的替代能源，太阳能作为一种理想的清洁能源越来越受到世界各国的重视。

从目前各种发电方式的碳排放率（g/kW·h）来看，不包括上游环节：煤炭发电275g/kW·h，石油发电204g/kW·h，天然气发电发电量为275g/kW·h。 181g/kW·h，风力发电20g/kW·h，太阳能光伏发电接近零排放。此外，发电过程中无废渣、废物、废水、废气，无噪音，无对人体有害物质，对环境无污染。

光伏发电无污染

(4)最少能量转换过程

从能量转换的角度来看，太阳能光伏发电直接将太阳辐射能转化为电能。在所有可再生能源利用中，太阳能光伏发电的转换环节最少，利用最直接。一般来说，在整个生态环境的能量流中，随着转换环节的增加和转换链的延长，能量损失会呈几何级增长，同时整个生态系统的建设、运行成本和不稳定性都会增加。系统将大大增加。 目前晶体硅太阳能电池光电转换效率的实用水平为15%-20%，实验室最高水平已达到35%。

(5)最经济环保的

从资源条件来看，尤其是占地，生物质能和风能要求更高，而太阳能则非常灵活。如果太阳能光伏发电的土地面积为1，风能是太阳能的8-10倍，生物质能是100倍。就水电而言，建造一座大坝往往需要淹没几十平方公里到几百平方公里的土地。相比之下，太阳能发电不需要占用更多的土地，屋顶和墙壁都可以作为太阳能光伏发电的场所，而且我国广阔的沙漠也可以通过建设太阳能光伏发电基地来直接减少沙漠化。在沙漠上。地表的直接太阳辐射能有效降低地表温度，减少蒸发量，从而在相当程度上使植物的生存和生长成为可能，稳定和减少沙丘太阳能发电原理，从自然。 .

(6)免费使用，无需运费

人类可以通过专门的技术和设备将太阳能转化为热能或电能，无需交通工具，就地利用，造福人类。而太阳能这种取之不尽，用之不竭的能源，对人类来说也是免费的。尽管由于纬度和气候条件的不同，太阳辐射并不均匀，但与其他能源相比，太阳能在地球上大部分地区都是通用的，可以就地利用。这为缺乏常规能源的国家和地区解决能源问题提供了广阔的前景。