太阳能的原理是什么

2025-02-21 22:46:01

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回答1：

　　太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：
　　（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本；

　　（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；

　　（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

　　（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。

　　太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素：

　　Q1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？
　　Q2、系统的负载功率多大？
　　Q3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？
　　Q4、系统每天需要工作多少小时？
　　Q5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？
　　Q6、负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？
　　Q7、系统需求的数量。

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　　太阳能发电：其实并不贵

　　本期提示
　　无锡尚德太阳能电力公司总经理施正荣博士在澳大利亚学习工作了14年。他归国创业，惟一目的就是发展我国的太阳能电力产业。他说：“社会上有一个误会，一再地说太阳能发电的成本较高。据我看来，如果大家用环保和可持续发展的标准来计算，与火电相比，
　　太阳能发电，并不算昂贵。如果国家当机立断，推出鼓励发展绿色能源的产业政策，随着技术的进步，太阳能发电的成本，还将进一步降低。”他的这番话引起了记者的好奇，记者采访了许多专家，请他们共同探讨：该怎么做，才能让太阳能电力尽量为人类和环境造福。

　　产业应用消纳研发成本

　　中科院电工所研究员马胜红说,一项新技术,在发展的不同阶段,有不同的应用需求。同其他可再生能源发电技术相比,光伏发电在解决边远地区分散的村落和农牧户供电方面有突出的技术和经济优势,将在解决我国3000万远离电网的群众供电发挥主要作用。在一些特殊领域,光伏发电已经迅速崛起,在航天电源、通讯机站无人值守电源、管道阴极保护、军事野战电源、玩具、钟表、街灯、庭院灯以及最近兴起的环保建筑等许多领域,已经显示出“比较优势”。产业上的应用能够消纳不少研究成本,进而推动技术研究的深入,找到更合适的材料和降低成本的解决方案。

　　皇明太阳能集团原本专心经营光热业务,其太阳能真空管热水器在我国的市场占有率第一。公司总裁黄鸣说：“我们最近也在考虑向光电方向进军,我们已经推出‘太阳能照明’业务,在山东日照市做了一个样板工程。我相信,只要产业鼓励政策明朗,太阳能发电成本会在应用的推动下迅速下降。”中国太阳能学会秘书长孟宪淦介绍说,我国是太阳能资源丰富的国家之一。我国有荒漠面积108万平方公里,主要分布在光照资源丰富的西北地区。1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列,每年可发电1.5亿度;如果开发利用1%的荒漠,就可以发出相当于我国2003年全年的耗电量。在我国电力干线周围有适合于大规模安装光伏发电开发的浩瀚荒漠,开发利用荒漠太阳能资源对于我国有着深远的战略意义。学习目前欧洲、日本的经验,实施屋顶光伏项目,也是十分重要的出路。

　　无锡尚德公司目前把许多精力花在“用户培养”上,他们花费大量心血进行产业链的整合和激发。公司每年的年会实际上是太阳能电池产业上下游厂商的一次激情大碰撞。公司副总经理季广峰说：“我们现在准备对建筑设计师、房地产开发商和政府官员进行太阳能电力的知识培训。只要大家花点精力,对太阳能电力的原理和产业前景稍作了解,肯定就会毫不怀疑这个产业的前景和必要性。而且,我们公司也准备投资上游的硅片产业,这样既能保证将来有充足稳定的生产原料,又能在一定程度上降低成本。”

　　技术进步促进成本降低

　　过去使用硅作为太阳能电池材料,而我国目前生产硅片的能力还太低,多数材料都依靠进口,导致太阳能电池成本太高。要使太阳能发电得到大规模推广,科学家必须降低太阳能电池材料的成本,或找到更廉价的太阳能电池材料。

　　中国太阳能学会光伏专业委员会主任赵玉文说,太阳能电池目前的价格大约为3.15美元/瓦,并网系统价格为6美元/瓦,发电成本为0.25美元/瓦。最近完成的8兆瓦并网光伏系统的前期研究表明,目前完全商业化运作的并网光伏发电上网电价大约为每度电3.4元,尚无法同火电、风电等竞争。但是世界上近期的大规模市场发展和快速的技术进步正在使光伏系统设备和发电成本有效降低,预计到2010年光伏系统将降到3美元/瓦左右,发电成本将下降到每度0.1美元———也就是人民币1块钱左右。他说：“当前火电成本日渐上涨,发展太阳电力能正逢其时。”

　　施正荣说：“全世界的科学家绞尽脑汁,都在寻找从技术上降低成本的方案,方向是多元的,最常规的渠道是寻找、组织新材料,提高光电转化效率。有人一看15%、17%,就以为效率‘低得不行’,实际上,只要提高一个百分点,成本就能下降很多,竞争力就提升了。我们无锡尚德公司正在致力于这方面的研究。”

　　中科院半导体所所长李晋闽透露,该所最近在太阳能电池研究上也取得了重大突破,他们利用某些‘化学半导体’材料,大大提高了光电转换效率;加上对整个系统进行了精心整合,在模拟空间的环境下,能够实现26%的转化效率,而在地面环境下,其转换效率能超过30%。这样,成本就不是问题。

　　转换观念是当务之急

　　几位太阳能方面的专家前不久起草了“关于制定阶梯电价和促进我国光伏发电发展的议案”建议稿,起草人之一、中国太阳能学会光伏专业委员会常务理事王斯成说：“从资源的数量、分布的普遍性、技术的可靠性来看,光伏发电比其他可再生能源更具有优越性,目前成本较高的障碍正在随着技术进步和大规模生产而减小,光伏发电将成为未来电力的重要构成是勿庸质疑的。”专家建议,我国的目标应该在2020年使光伏发电的累计装机容量达到30000兆瓦,使光伏发电量达到届时全国发电量的1%。

　　虽然这个指标同欧、美、日国家的目标相比差距还相当大,但要想达到这个目标,要排除诸多障碍。专家指出,在世界上许多国家,光伏发电已经进入商业化发展轨道;在荒漠大规模并网和光伏建筑一体化领域具有良好的长远发展前景,是可再生能源应用的重要组成部分。近年来全球光伏发电产业以平均30%以上的速率迅猛增长,2002年的系统产值达到35亿多美元。预计在各国减排行动和优惠政策的拉动下,产业发展将进一步加快。我国只要出台相应政策、培育规范的规模市场、加大投入、加速能力建设,我国企业完全有条件依托国内市场挺进国际市场,进入国际十强。

　　赵玉文说：“但其发展的先决条件就是政府出台行之有效的激励政策。近年来,德、日、美等发达国家光伏产业迅猛发展的事实证明,政府采用优惠政策扶持光伏发电市场,靠规模市场拉动产业发展、推动技术进步,依赖技术进步和规模生产降低生产成本,通过提高质量和降低价格赢得更大市场的方针和策略是正确的和成功的,值得我国借鉴。”

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　　太阳能发电潜力巨大太阳能电池产业将大有所为

　　在太阳能发电系统中，技术最复杂的组成部分应属太阳能电池。可以说，太阳能电池是太阳能发电系统的核心，其开发、生产直接影响到太阳能发电的普及和发展。

　　太阳能电池的主要原理是通过使用半导体材料，将较薄的N型半导体置于较厚的P型半导体上，当光子撞击该装置的表面时，P型和N型半导体的接合面有电子扩散产生电流，可利用上下两端的金属导体将电流引出利用。

　　太阳能电池的种类根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III－V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。

　　硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3％。在制作过程中，一般采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术。但由于单晶硅材料价格及相应的繁琐工艺影响，单晶硅成本价格居高不下，大幅降低成本非常困难，无法实现太阳能发电的大规模普及。

　　随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际低成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS电池的制造技术，Ⅲ－V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。

　　如果说单晶硅的特点是效率高、成本高，其它材料电池的难题无疑是低成本、转化弱。与单晶硅太阳能电池相比，除多晶硅、碲化镉等外，其它材料电池的光电转化效率普遍未超过15％。

　　我国太阳能电池的发展我国于1958年开始研究太阳能电池，1971年首次应用于我国发射的卫星上。1973年开始将太阳能电池用于地面。由于受到价格和产量的限制，市场发展很缓慢，除了作为卫星电源，在地面上太阳能电池仅用于小功率电源系统，如航标灯、铁路信号系统等。

　　2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过光伏和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加。

　　目前太阳能电池已经开始广泛用于通信、交通、民用产品等各个领域，光伏发电不但列入到国家的攻关计划，而且列入国家电力建设计划，同时也在一些重大工程项目中得到应用。目前，光伏发电已遍及我国西部各省区，以及中部和东部的部分省、直辖市、自治区，总投入已经超过30亿元。

　　太阳能电池高效和低价统一始终是国际开发的目标。与此相同，我国产品生产、推广的根本问题也集结于此。草原、海岛、沙漠等无电地区需求巨大，但价格的可承受性、生产规模不足和产品针对性较弱等方面的问题十分突出。而在城市电力系统中，高昂的一次性投资成本无疑更为产品推广增加了难度。因此，提高效率，降低成本，扩大规模应是现今开发、生产太阳能电池的主题。

　　在具体操作方面：多晶硅太阳能电池的研究应把攻关与引进结合起来，尽快建立一条年生产能力为兆瓦级的生产线；单晶硅太阳能电池重点提高组件的效率，降低生产成本；加速开发新型太阳能电池。具体标准：兆瓦级多晶硅太阳能电池组件生产线的建立主要技术经济指标：组件效率13％，组件寿命20～25年；单晶硅太阳能电池组件生产线的技术改造主要技术经济指标：组件效率14％～15％，组件寿命20～25年。

　　要在现有技术条件下快速发展，太阳能电池行业应尽快实现小型光电源产业化；着重开发100千瓦容量以下的独立运行光伏电站系列化、规范化、商品化研究并网光伏发电技术，并为大规模应用做好前期准备。

　　在具体标准方面：小功率光伏电源产业化功率范围：千瓦级、百瓦级产业规模：总容量大于1兆瓦系统造价：比“八五”平均价格降低30％以上太阳能；独立运行光伏电站系列化、规范化、商品化。功率范围：10千瓦～100千瓦系统造价：比“八五”平均价格降低30％以上；并网光伏发电技术研究和示范。兆瓦级并网光伏电站的前期研究，10千瓦并网光伏示范电站、100千瓦并网光伏电站用逆变器研制，光伏电站运行及与电力系统相关技术研究。

　　利用太阳能光伏发电是是能源利用不可逆变的潮流。中国已成为全世界仅次于美国的第二大电力消费市场，需求增长速度为全球之冠。但石油能源的紧张、煤炭资源的告急使得现有发电方式远远不能满足电力消费需求，太阳能发电推广相当迫切，市场潜力十分巨大。针对市场，加速发展，太阳能电池行业必定大有可为.

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