太陽能作為現(xiàn)在一種新的能源，是人們現(xiàn)在重要的一種能源資源，如今人們的環(huán)保意識(shí)在逐漸的加強(qiáng)，太陽能有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，所以受到大家普遍的認(rèn)可，那么光伏發(fā)電的原理是什么？光伏發(fā)電系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，今天跟大家詳細(xì)解答。



光伏發(fā)電的原理

光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個(gè)外層電子，如果在純硅中摻入有5個(gè)外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有3個(gè)外層電子的原子如硼原子，形成P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時(shí)，接觸面就會(huì)形成電勢差，成為太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到P－N結(jié)后，空穴由P極區(qū)往N極區(qū)移動(dòng)，電子由N極區(qū)向P極區(qū)移動(dòng)，形成電流。

多晶硅經(jīng)過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴(kuò)散微量的硼、磷等，就形成P－N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設(shè)備，就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。為了將直流電轉(zhuǎn)化交流電，需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲(chǔ)，也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中，電池組件約占50%，電流轉(zhuǎn)換器、安裝費(fèi)、其他輔助部件以及其他費(fèi)用占另外50%。



光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

太陽能光伏發(fā)電過程簡單，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)，無噪聲、無污染；太陽能資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭。因此，與風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電和核電等新型發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電是一種最具可持續(xù)發(fā)展理想特征(最豐富的資源和最潔凈的發(fā)電過程)的可再生能源發(fā)電技術(shù)，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)。

①太陽能資源取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽能要比人類目前消耗的能量大6000倍。而且太陽能在地球上分布廣泛，只要有光照的地方就可以使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，不受地域、海拔等因素的限制。

②太陽能資源隨處可得，可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路所造成的電能損失。

③光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程簡單，是直接從光能到電能的轉(zhuǎn)換，沒有中間過程(如熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能等)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。根據(jù)熱力學(xué)分析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá)80％以上，技術(shù)開發(fā)潛力巨大。

④光伏發(fā)電本身不使用燃料，不排放包括溫室氣體和其它廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境友好，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場不穩(wěn)定而造成的沖擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。

⑤光伏發(fā)電過程不需要冷卻水，可以安裝在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發(fā)電還可以很方便地與建筑物結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省寶貴的土地資源。

⑥光伏發(fā)電無機(jī)械傳動(dòng)部件，操作、維護(hù)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只要有太陽能電池組件就能發(fā)電，加之自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛采用，基本上可實(shí)現(xiàn)無人值守，維護(hù)成本低。

⑦光伏發(fā)電系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(30年以上)。晶體硅太陽能電池壽命可長達(dá)20～35年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要設(shè)計(jì)合理、選型適當(dāng)，蓄電池的壽命也可長達(dá)10～15年。

⑧太陽能電池組件結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，而且根據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴(kuò)容。

太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn)。太陽能光伏發(fā)電與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用電的獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)，這些特點(diǎn)是其他電源無法比擬的。



2、缺點(diǎn)

當(dāng)然，太陽能光伏發(fā)電也有它的不足和缺點(diǎn)，歸納起來有以下幾點(diǎn)。

①能量密度低。盡管太陽投向地球的能量總和極其巨大，但由于地球表面積也很大，而且地球表面大部分被海洋覆蓋，真正能夠到達(dá)陸地表面的太陽能只有到達(dá)地球范圍太陽輻射能量的10％左右，致使在陸地單位面積上能夠直接獲得的太陽能量較少。通常以太陽輻照度來表示，地球表面輻照度最高值約為1.2kw／㎡，且絕大多數(shù)地區(qū)和大多數(shù)日照時(shí)間內(nèi)都低于1kw／㎡。太陽能的利用實(shí)際上是低密度能量的收集、利用。

②占地面積大。由于太陽能能量密度低，這就使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積會(huì)很大，每10kw光伏發(fā)電功率占地約需100㎡，平均每平方米面積發(fā)電功率為100w。隨著光伏建筑一體化發(fā)電技術(shù)的成熟和發(fā)展，越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以利用建筑物、構(gòu)筑物的屋頂和立面，將逐漸克服光伏發(fā)電占地面積大的不足。

③轉(zhuǎn)換效率低。光伏發(fā)電的最基本單元是太陽能電池組件。光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率指光能轉(zhuǎn)換為電能的比率。目前晶體硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率為13％～17％，非晶硅光伏電池只有5％～8％。由于光電轉(zhuǎn)換效率太低，從而使光伏發(fā)電功率密度低，難以形成高功率發(fā)電系統(tǒng)。因此，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率低是阻礙光伏發(fā)電大面積推廣的瓶頸。

④間歇性工作。在地球表面，光伏發(fā)電系統(tǒng)只能在白天發(fā)電，晚上不能發(fā)電，除非在太空中沒有晝夜之分的情況下，太陽能電池才可以連續(xù)發(fā)電，這與人們的用電需求不符。

⑤受氣候環(huán)境因素影響大。太陽能光伏發(fā)電的能源直接來源于太陽光的照射，而地球表面上的太陽照射受氣候的影響很大，長期的雨雪天、陰天、霧天甚至云層的變化都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)。另外，環(huán)境因素的影響也很大，比較突出的一點(diǎn)是，空氣中的顆粒物(如灰塵)等沉落在太陽能電池組件的表面，阻擋了部分光線的照射，這樣會(huì)使電池組件轉(zhuǎn)換效率降低，從而造成發(fā)電量減少甚至電池板的損壞。

⑥地域依賴性強(qiáng)。地理位置不同，氣候不同，使各地區(qū)日照資源相差很大。光伏發(fā)電系統(tǒng)只有應(yīng)用在太陽能資源豐富的地區(qū)，其效果才會(huì)好。

⑦系統(tǒng)成本高。由于太陽能光伏發(fā)電的效率較低，到目前為止，光伏發(fā)電的成本仍然是其他常規(guī)發(fā)電方式(如火力和水力發(fā)電)的幾倍，這是制約其廣泛應(yīng)用的最主要因素。但是也應(yīng)看到，隨著太陽能電池產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大及電池片光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本也下降得非?？臁Ｌ柲茈姵亟M件的價(jià)格幾十年來已經(jīng)從最初的每瓦70多美元下降至目前的每瓦2美元左右。

⑧晶體硅電池的制造過程高污染、高能耗。晶體硅電池的主要原料是純凈的硅。硅是地球上含量僅次于氧的元素，主要存在形式是沙子(sio2)。從硅砂一步步變成純度為99.9999％以上的晶體硅，要經(jīng)過多道化學(xué)和物理工序的處理，不僅要消耗大量能源，還會(huì)造成一定的環(huán)境污染。