太阳能发电概述

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1、第一章太陽能發電概述1.1太陽能電池和太陽能發電1.2太陽能發電發展史1.3太陽光發電和環保的關係1.4太陽能發電的過去、現在和未來1.5太陽能發電的現狀與趨勢太陽能發電原理與應用1.1太陽能電池和太陽能發電1.1.1太陽能太陽能的熱能利用和光能利用是其兩個最重要的應用領域，之所以特別引人注目，是由太陽能的特殊性所決定的。太陽能具有如下優點：1儲量巨大；2不會枯竭；3清潔能源；4不受地域限制。2到達地球的太陽能，在大氣圈外的太陽光強度為1.38kW/m，其中有30%向宇宙反射，殘餘的70%可到達地球。太陽的壽命據推算達幾十億年，8所以太

2、陽能可稱為無窮大能源。由於太陽距地球約1.5×10km，故有害的放射能不會對地球產生影響。此外，太陽能不會產生CO2等有害物質，不會引起地球暖化，是一種清潔能源。火力發電或原子能發電所需的燃料常受到地域限制，而太陽能沒有地域性的差別，是一種無所不在的能源。在這方面它和電腦的互聯網有些相似。太陽能的缺點是能量密度低、容易受氣候條件的影響，不具備蓄電功能等。因此，對於大容量的太陽能發電裝置，需要附加儲能設備，例如蓄電池組，或把太陽能發電系統和交流電網聯網進行能量互補。此外，太陽能發電本身雖然沒有對環境造成污染，但太陽能電池、電力電子變換裝置

3、的製造過程仍會產生環境污染，這在綜合發電效益時也應加以考慮。1.1.2太陽能變為電能太陽能電池主要由半導體矽製成。半導體的導電性能介於導體和絕緣體之002第一章｜太陽能發電概述太陽光電極N型半導體P型半導體電極流過電流圖1-1光生電原理間。在半導體上照射光後，由於其吸收光能會激發出電子和電洞（正電荷），導致半導體中有電流流過，這可稱為「光發電效應」或簡稱「光電效應」。下面就矽晶體做成的半導體加以說明。眾所皆知，摻有磷雜質的矽含有多餘電子，稱為N型半導體；摻有硼雜質的矽含有多餘正電荷，稱為P型半導體。若將兩者結合，稱為PN接面，這就是半導

4、體器件的最基本結構。太陽能電池同樣是利用了PN接面的光電效應。在PN接面中，P型半導體的電子受到拉力，N型半導體的正電荷受到拉力，在接面處形成正負抵銷的區域，形成阻擋層。此時，若有光照射，則激發電子自由運動流向N型半導體；正電荷則集結於P型半導體，進而產生了電位勢。如果外接燈泡（負荷），就有電流流動。光生電的工作原理如圖1-1所示。1.1.3利用太陽能進行分散型發電和供電1對難於供電的無電地區，如上所述，由於太陽能具有不受地域限制、無處不在的特點，可將太陽能發電用於遠離大陸的海島燈塔、距離城市遠的山區小屋、山頂的無線電轉播臺等最能發揮太

5、陽能發電優勢的地區。2能減少輸電損耗。由於太陽能發電是分散型發電，一般只需滿足本區域用電，無需遠距離送電，故減少了輸電損耗。003太陽能發電原理與應用3對城市供電高峰時的平峰貢獻。發電設備建設週期很長，運作以後無法在短時間內增加尖峰負荷所需電力。而且城市供電的負荷十分不均衡，例如，白天比夜晚的用電量大，一般中午13∼15時為峰值；夏季由於空調用電量要比冬季用電量增大很多。其應對的方法，如核電就用抽水蓄能電站來平峰，黑夜負荷低時，就利用多餘的電力抽水蓄能；白天負荷高時，用蓄能水力發電以削平電力峰值。太陽能發電就可以在城市電力高峰時，與交流

6、電網並網，以補足峰值負荷的不足，產生「平峰」作用。而且太陽能發電的電力負荷曲線剛好與城市電力的需求相吻合。例如，太陽能發電輸出最大功率剛好是中午12∼15時，太陽能發電也是夏季比冬季高。目前，國外「太陽能空調器」產品已實用化，太陽能發電提供的容量約等於空調器功率的50%，主要產生「平峰」作用（詳見後章）。4電源多樣化，可以安全可靠地供電。一般能源有火力、水力、核電等；新能源則有風力、太陽能等。多種能源發、供電，對一個國家的安全、可靠供電有利，將不會依賴特定的燃料供給。特別是發生自然災害之際，學校、醫院、公園都需事先設置緊急的太陽能發電備

7、用電源。1.1.4小結太陽光發電系統有如下優點：1直接利用太陽能；2光電直接變換；3分散型發電系統。現具體將其特點匯總於表1-1。004第一章｜太陽能發電概述表1-1太陽光發電系統特點•儲量大、清潔能源直接利用太陽能•無所不在•能量密度低、受氣候影響、無蓄電功能•陰雨天也可發電（發電量降低）•構造簡單、無運動零件、使用方便、可無人化管理光電直接變換•以模組為單位選擇容量•可作為建材，代替屋頂和窗•製造所需能耗低，只要2～3年即可收回投資•無需供電、輸電設備分散型發電系統•聯網以後對城市用電有平峰作用•作為新能源之一，對供電可靠性做出貢獻

8、1.2太陽能發電發展史1.2.1太陽能電池開發史太陽能發電發展史如表1-2所示。太陽光發電的歷史可以追溯到1800年，伯克萊氏發現對某種半導體材料照射光後，會引起其電流－電壓曲線改變。最終，發現了光電效應，