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應用領域

光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內部的庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N結后，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。

光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象。在高于某特定頻率的電磁波（該頻率稱為極限頻率threshold frequency）照射下，某些物質內部的電子吸收能量后逸出而形成電流，即光生電。

多晶硅經過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴散微量的硼、磷等，就形成P－N結。然后采用絲網印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經過燒結，同時制成背電極，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備，就可以組成發電系統。為了將直流電轉化交流電，需要安裝電流轉換器。發電后可用蓄電池存儲，也可輸入公共電網。發電系統成本中，電池組件約占50%，電流轉換器、安裝費、其他輔助部件以及其他費用占另外 50%。

技術特點

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優點

無論從世界還是從中國來看，常規能源都是很有限的。中國的一次性能源儲量遠遠低于世界的平均水平，大約只有世界總儲量的10%。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽性和免維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位。

與常用的火力發電系統相比，光伏發電的優點主要體現于：

①無枯竭危險；

②安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對清潔（無公害）；

③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形復雜地區；

④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電；

⑤能源質量高；

⑥使用者從感情上容易接受；

⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。

缺點

但是，太陽能電池板的生產卻具有高污染、高能耗的特點，在現有的條件下，生產國內自己使用的電池板還說的過去，不過大量出口等于污染中國，造福世界了，據統計，生產一塊1m×1.5m的太陽能板必須燃燒超過40公斤煤，但即使中國最沒有效率的火力發電廠也能夠用這些煤生產130千瓦時的電（一般一塊1mx1.6m的太陽能板一年發電量在250千瓦時以上）——這足夠讓2.2瓦的發光二極管（LED）燈泡按照每天工作12小時計算發光30年。

①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；

②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

③相對于火力發電，發電機會成本高。

④光伏板制造過程中不環保。

轉化率

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單晶硅

大規模生產轉化率：19.8——21%；大多在17.5%。再提高效率超過30%以上的技術突破可能性較小。

多晶硅

大規模生產轉化率：18——18.5%；大多在16%。和單晶硅一樣，因材料物理性能限制，要達到30%以上的轉化率的可能性較小。

砷化鎵

砷化鎵太陽能電池組的轉化率比較高，約23%。但是價格昂貴，多用于航空航天等重要地方?；緵]有規?；a業化的實用價值。

薄膜

薄膜光伏電池具有輕薄、質輕、柔性好等優勢，應用范圍非常廣泛，尤其適合用在光伏建筑一體化之中。如果薄膜電池組件效率與晶硅電池相差無幾，其性價比將是無可比擬的。在柔性襯底上制備的薄膜電池，具有可卷曲折疊、不怕摔碰、重量輕、弱光性能好等優勢，將來的應用前景將會更加廣闊。

非晶硅薄膜轉化率9%左右。非晶硅的轉化率卻有希望提升得更高。

效率衰減

晶硅光伏組件安裝后，暴曬50——100天，效率衰減約2——3%，此后衰減幅度大幅減緩并穩定有每年衰減0.5——0.8%，20年衰減約20%。單晶組件衰減要約少于多晶組件。非晶光做組件的衰減約低于晶硅。

因此，提升轉化率、降低每瓦成本仍將是光伏未來發展的兩大主題。無論是哪種方式，大規模應用如果能夠將轉化率提升到30%，成本在每千瓦五千元以下（和水電相平），那么人類將在核聚變發電研究成功之前得到最為廣泛、最清潔、最廉價的幾乎無限的可靠新能源。

系統分類

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獨立光伏發電

獨立光伏發電也叫離網光伏發電。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統，太陽能戶用電源系統，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統。

并網光伏發電

并網光伏發電就是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接入公共電網?？梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W發電系統。

帶有蓄電池的并網發電系統具有可調度性，可以根據需要并入或退出電網，還具有備用電源的功能，當電網因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網發電系統常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網發電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。

并網光伏發電有集中式大型并網光伏電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，還沒有太大發展。而分散式小型并網光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發電，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是并網光伏發電的主流。

分布式光伏發電

分布式光伏發電系統，又稱分散式發電或分布式供能，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。

分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。

結構組成

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光伏發電系統是由光伏組件，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統等設備組成。其部分設備的作用是：

光伏組件

在有光照（無論是太陽光，還是其它發光體產生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”。在光生伏特效應的作用下，太陽能電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

蓄電池組

其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能并可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度范圍寬；g.價格低廉。

控制器

是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由于蓄電池的循環充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設備。

逆變器

是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。

獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發電系統。

逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

跟蹤系統

由于相對于某一個固定地點的太陽能光伏發電系統，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時刻正對太陽，發電效率才會達到最佳狀態。

世界上通用的太陽跟蹤控制系統都需要根據安放點的經緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現跟蹤。采用的是電腦數據理論，需要地球經緯度地區的的數據和設定，一旦安裝，就不便移動或裝拆，每次移動完就必須重新設定數據和調整各個參數；原理、電路、技術、設備復雜，非專業人士不能夠隨便操作。把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發電系統安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論系統向何方行駛、如何調頭、拐彎，智能太陽跟蹤儀都能保證設備的要求跟蹤部位正對太陽。