物理科普 太阳能与太阳能发电技术.pptVIP

台州学院讲稿2013.05太阳能与太阳能发电技术SolarEnergy太阳能*对于人类来讲，太阳能取之不尽，用之不竭，无污染。每秒辐射到陆地表面的能量相当于全球1年内消耗总能量的3.5万倍；其中植物吸收的占0.015%，转化为燃料的不到0.002%。*太阳能主要利用方式*太阳能电池组太阳能控制器蓄电池逆变器光伏发电系统组成：光伏发电系统示意图太阳能光伏发电*半导体硅的光电效应光子穿透至PN结附近，能量被电子吸收。若光子能量大于电子的逸出功，电子摆脱束缚成为自由电子，同时产生一个带正电的空穴。PN结具有由N指向P的电场，电子向N运动，空穴向P运动。表面电极为负，背电极为正。当与外负载连接时形成电流。太阳能电池晶体硅太阳电池原理示意(?代表电子；o代表空穴；光子能量hv)*单晶硅电池所谓单晶，指的是太阳能电池内的硅原子结晶非常完整，由单一的结晶构成电池的细胞元。由于完整的结晶，自由电子和空穴在内部的移动不会受到阻碍，不容易发生自由电子与空穴复合的情况，所以单晶硅电池效率高。太阳能电池类型以硅为基础的电池：单晶硅，多晶硅，非晶硅太阳能电池板*单晶硅电池由于完整的结晶，硅原子之间的化学键非常坚固，不容易因为紫外线破坏化学键而产生悬浮键，悬浮键会阻碍自由电子的移动，甚至捕捉自由电子，造成电流下降。所以单晶硅电池光电转换效率不易随时间衰退。硅在自然界含量丰富，如沙子、硅石、二氧化硅等，但沙子杂质较多，去除杂质成本较高。原料通常选择杂质含量较低（10%以下）的石英。太阳能电池类型*太阳能电池类型第一步是去除杂质，石英经多道程序后得SiHCl3（三氯氢硅），经气相沉积（时间成本大）得到纯硅，对纯硅加以熔化，再冷却使得硅原子慢慢结晶。冷凝过程中加入硼可以得到P型半导体。冷凝完成后用钻石锯切片（此过程浪费材料），完成后在P型半导体表面覆盖磷并加热使磷扩散到P型半导体中，原来的P型半导体上层形成N型半导体，形成PN结。制造过程花费成本高，所以单晶硅价格昂贵。代表性生产厂家：荷兰ShellSolar、西班牙Iso-foton，印度Microsol等。*多晶硅电池多晶硅优先考虑成本，其次是效率。降低成本方法：（1）纯化过程没有完全去除杂质；（2）快速结晶；（3）避免切片造成的浪费。制造工艺不同导致结晶构造不同，多晶硅的结晶颗粒较小，化学键不牢，存在许多悬浮键。光电转换效率下降，且效率会随着时间衰减。太阳能电池类型*非晶硅电池材料选用SiH4（四氢化硅），虽然该材料吸光效果和光导效果很好，但其结晶构造比多晶硅还差。存在问题：悬浮键较多，自由电子与空穴复合速率非常快；结晶构造不规则阻碍电子、空穴移动，使得扩散范围变短。解决方法：非晶硅电池做的很薄，减少自由电子和空穴复合非晶硅电池最大优点成本低，缺点是效率低且随时间衰减。广泛使用小功率市场，在发电市场不具竞争力。太阳能电池类型*太阳能光伏发电——离网光伏系统太阳能电池发电，蓄电池贮能，独立为负载供电，不联接公网。广泛应用于太阳能建筑、微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路等。也可用于无电山区、村庄、海岛。不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般5年需更换）；免维护，无污染。*系统可分为：直流供电系统和交直流供电系统两种。太阳能光伏发电——离网光伏系统控制器作用控制蓄电池组的放电、充电过程，防止过冲和过放；最优化能量管理（最佳工作点跟踪、温度补偿等）；光伏系统工作状态显示；光伏系统信息存储等。直流供电系统*太阳能光伏发电——离网光伏系统交直流供电系统*应用实例太阳能路灯太阳能车站太阳能交通灯*应用实例*太阳能光伏发电——并网光伏系统两种主要类型集中式大型并网光伏系统（大型并网光伏电站）分散式小型并网光伏系统（住宅并网光伏系统）并网光伏电站投资巨大、建设期长，需要复杂的控制和配电设备，占用大片土地，目前其发电成本远高于目前市场电价。住宅并网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋顶并网光伏系统，投资小，有诸多优越性，在发达国家备受青睐，发展迅速。*太阳能光伏发电——并网光伏系统住宅并网光伏系统的主要特点，是所发的电能可直接分配到负载上，多余或不足的电力通过联接电网来调节。根据系统是否允许向电网馈电，可分为可逆流与不可逆流并网光伏发电系统*可逆流系统：光伏系统电力剩余时送入电网，电力不足时由电网供电。不可逆流系统：光伏系统的发电量始终小于或等于负荷用电量，电力不足由电网供电，即光伏系统与电网形成并联向负载供电。可逆流系统不可逆流系统太阳能光伏发电——并网光