太阳能、风能发电技术

家电方面
太阳能、风能发电技术
第一章 太阳能发电的特点
作为未来的能源资源，具有其他发电装置不可比拟的独特特 征：
❖ 1、没有运转部件，可以安静地生产清洁能源 ❖ 2、维护简单，容易实现自动化和无人化 ❖ 3、 与规模大小无关，可按一定的效率发电 ❖ 4、 由于是模板结构，易于产生规模效益 ❖ 5、 用扩散光也可以发电 ❖ 6、 光发电是对废弃能源的有效利用
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第一章 太阳能光伏发电原理
❖ 1.2.1太阳能电池的基本结构 光伏电池按基底材料不同分为2DR型和2CR型。
2DR型硅光电池是以P型硅作基底（即在本征型材料中掺 入三价元素硼、镓等），然后在基底上扩散磷而形成N型 并作为受光面。2CR型光电池则是以N型硅作基底（在本 征型硅材料中掺入五价元素磷、砷等），然后在基底上扩 散硼而形成P型并作为受光面。构成PN结后，再经过各种 工艺处理，分别在基底和光敏面上制作输出电极，涂上二 氧化硅作保护膜，即成光电池。
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第一章 太阳能光伏发电原理
❖ 1.2.2 太阳能电池的等效电路 太阳能电池的的主要功能是在不加偏置的情况下能将
光信号转换成电信号。等效电路如下图所示
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Voc
、
I sc
与照度的关系
第一章
非结 晶硅
太阳
电池
多结晶硅太阳电池 POLY CRYSTAL
AMO RPHO
US
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第一章
太阳能、风能发电技术
太阳能光伏发电原理
光生伏特效应：光照射在PN结附近，在结区产生光生空穴 -电子对，在内建电场的作用下，光生空穴-电子对在空 间上分离形成电位差的过程。
○代表空穴，●代表电子，E为内建电场 光生伏特效应产生过程
光伏电池受光照情况
❖ ③是指在P-N结附近被吸收生成电子-空穴对的 那部分光线，它们是使光伏电池能够有效发电 的有用光线。这些光生非平衡少数载流于在PN结特有的漂移作用下产生光生电动势；
④是指辐射到电池片深处，距离P-N结较远的地方才被吸收的光线，它们与光线② 的情况相同，虽能产生电子-空穴对，但在到达P-N结之前已被复合，只有极少部分 能产生光生电动势； ⑤是指被电池吸收，但是由于能量较小不能产生电子-空穴对的那部分光线，它们的 能量只能使光伏电池加热，温度上升；⑥是指没有被电池吸收而透射过去的少部分 光线。由此可见，能够产生光生电动势的主要是光线③。所以应该尽可能地增加它 的比例数量，才能提高光伏电池的光电转换效率。所谓光电转换效率，是指受光照 的光伏电池所产生的最大输出电功率与入射到该电池受光几何面积上全部光辐射功 率的百分比。
第一章
太阳能、风能发电技术
太阳能光伏发电原理
1.1光生伏特效应
太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称
光伏电池。太阳电池发电的原理是基于半导体的光生伏
特效应。光伏电池是以半导体P-N结上接受太阳光照产
生光生伏特效应为基础，直接将光能转换成电能的能量
转换器。
单结晶硅太阳电池 SINGLE CRYSTAL
太阳能光伏发电原理
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第一章 太阳能光伏发电原理
❖ 1.2 太阳能电池的物理模型及特性参数 光伏电池是光电转换器件，能够通过光伏电池将光能
转换成电能的太阳辐射波长范围大约在0.2～1.25μm之 间。以禁带宽度为2eV的半导体材料做成的光伏电池为例， 在太阳辐射能量中，只有波长小于0.62μm的光能可激发 产生电流，而这个波长的能量只占太阳辐射总能量的58 ％。再考虑其他的光电损失，由这种材料制成的光伏电池， 其光伏电池转换效率最多也只有58％的一半而已。理论 分析表明，从光电转换效率来看，制造光伏电池的最佳材 料是禁带宽度为1.5eV的半导体，而禁带宽度在1.1～ 2.0eV范围内的材料均可以制出效率比较高的光伏电池。
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第一章 太阳能电池的发展及应用
太阳能、风能发电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ术
第一章 太阳能电池的发展及应用
太阳能的转换 太阳能
热能 热电能 光电太阳能转换 化学太阳能转化
给予
获得（How？ ？）
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第一章 现在常规能源与太阳能的比较
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第一章
太阳能、风能发电技术
太阳能光伏发电原理
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动， 而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区 的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。
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第一章 太阳能光伏发电原理
❖ ①是指在电池表面被反射回去的一部分光线； ②是指刚进电池表面被吸收生成电子-空穴对的 光线，其中大部分是吸收系数较大的短波光线。 但它们来不及达到P-N结就很快地被复合还原。 所以它们对产生光生电动势没有贡献；
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第一章
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太阳能光伏发电原理
当光伏电他的上电极和下电极接上负载电路之后，光线③部分是如何在外电路 上形成电流的过程。正是由于这些靠近P-N结的光生少数载流于，在P-N结的漂 移作用下，N区的电子留在N区，空穴流向P区；P区的空穴留在P区，电子流向N 区，构成光生电场；从外电路看，P区为正，N区为负，一旦接通负载，N区的 电子通过外电路负载通向P区形成电子流；电子进入P区后与空穴复合，变回成 中性，直到另一个光于再次分离出电子-空穴对为止。人仍约定电流的方向与正 电荷的流向相同，与负电荷的流向相反。于是光伏电池与负载接通后，电流是 从P区流出，通过负载而从N区流回电池。
潜在的经济性
清洁
资源充足
优点
安全
长寿命
广泛
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第一章 现在常规能源与太阳能的比较
间歇性和随机性
能量密度低
缺点
价格贵
能源储存
效率低
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第一章 现在常规能源与太阳能的比较
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第一章 太阳能行业现状
太空方面
太阳能灯
太阳能车和游艇
领域
交通设施方面
通信方面