太阳能发电

太阳能发电是全球发展最快、前景最广阔的可再生能源发电之一。当今社会，电能已成为人们日常生活的基本需求之一，对电能的需求日益增加。

化石燃料作为一种主要的发电来源，日益枯竭，其使用也引起了严重的环境问题。这些原因迫使开发可再生、生态安全的新能源。

可再生能源包括风能、太阳能、水、生物质能和地热能。其中，太阳能的长期潜力最大，预计在未来几年将发挥重要作用。与其他能源相比，它是最便宜的发电方式。

什么是太阳能，为什么要选择太阳能?

太阳能是利用太阳能光伏电池将太阳辐射转化为电能。这种转换通过光伏效应在太阳能电池中发生。正如许多专家所说，到达地球的太阳能是目前人类能源消耗的10000倍以上。

此外，如果我们能在一小时内将太阳能100%转化为电能，那么太阳能所产生的能量足以供整个地球使用一年。

有几个应用程序使用太阳能，这里是关于通过光伏电池发电的信息。太阳能发电是最有效的发电方式，因为它比其他发电方式需要最少的步骤(生产电力)。

把阳光转化为电能有两种方法。在一种方法中，太阳能被简单地用作热源。这些热量被进一步用于产生蒸汽，从而驱动汽轮机。这种发电方式被称为太阳能热发电。

第二种方法是利用前面提到的PV(或太阳能)电池直接将太阳能转化为电能。该光伏电池由硅半导体材料制成。

下面列出了一些选择太阳能发电的因素。

• 太阳能在自然界中是免费和方便的，它不需要电源供应。
• 太阳能发电厂可以在几个月内安装完毕，而传统发电厂需要数年时间才能建成一座发电厂。
• 太阳能是清洁能源，因为它不会产生空气或水污染。此外，没有运动部件产生噪音污染。与化石燃料不同，太阳能发电不会向大气中排放有毒物质。
• 太阳能的运行成本更低，这意味着一旦进行了资本投资，就没有必要继续购买化石燃料，因为太阳能实际上是免费的。

光伏电池如何产生太阳能?

PV电池(也可以称为太阳能电池)是一种半导体器件，它不经过任何能量转换步骤就能将太阳能转换为电能。

这种转换是通过光伏效应进行的，因此它们被称为光伏电池。当阳光照射到它的末端时，它会产生电压和电流。

太阳能电池产生能量的方式和数量取决于落在它上面的阳光。这也包括一些因素，如光的强度，光落在它的角度和细胞的面积。

如果光的强度越高，产生的能量就越多。如果电池的面积越大，产生的能量也就越多。当入射的光线垂直于电池的正面时，它就会产生最佳的能量。

该太阳能电池由硅半导体材料制成，并经磷和硼处理制成薄硅晶圆。一旦掺杂，晶圆层就会排列在一起，形成太阳能电池。

无论使用何种技术和材料，每个太阳能电池都有两个端子(正极和负极)，以便从电池中获取电流。通常，太阳能电池由顶部的正面触点、中部的PN结和底部的背面触点组成。

基本上，阳光是由光子束组成的，每个光子的能量是有限的。为了从太阳能电池中产生电能，这些光子必须被太阳能电池吸收。光子的能量和半导体材料的带隙能量决定了光子的吸收。

这里的术语电子伏特(eV)是能量的单位，表示光子能量和半导体材料的带隙能量。

太阳能电池板的半导体材料吸收阳光中的光子。因此，在结处产生了电子-空穴对。当太阳能电池连接到负载时，在交界处的电子和空穴彼此分离，电子在负极收集，空穴在正极。

这样，电势就在两个端子之间形成，电压就在两端形成。这进一步驱动电流(DC)到直流负载，逆变器，或电池充电电路。

如果吸收的光子越多，产生的电流就越大。然而，落在太阳能电池上的大部分太阳辐射并没有转化成电能。

这是因为光是由不同波长的光子组成的。一些光子击中太阳能电池，然后反射阻止进入电池。在某些材料中，产生的电子在被吸收成电流之前会与其他分子重新结合。

同样，转化率或效率低也有很多原因。用于个人住宅的太阳能电池板的转换效率为6 ~ 10%。

对于大规模安装和太阳能发电厂，太阳能电池板采用最好的材料和技术设计，以实现更高的转换效率，从40%到60%不等，但它们是最昂贵的。

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一块4平方厘米的太阳能电池可以产生0.5到1 V的电压，当暴露在阳光下时可以产生0.7W的功率。通常，设计最好的太阳能电池板的最高效率为25%。

为了产生高电位差或电压和更多的电力，这些单独的电池被连接在一起，这意味着一些电池是串联的，一些是并联的。

光伏组件是通过将多个太阳能电池连接在一起而形成的。将多个光伏组件连接在一起，形成既可用于小功率又可用于高功率发电的光伏阵列。

太阳能发电组件

太阳能发电的主要组成部分包括

太阳能电池板

太阳能电池模块或太阳能电池板将太阳能转化为电能。这些装置的安装方式可以最大限度地收集太阳的能量。大多数太阳能电池板额定电压为12V(半伏PV电池串联，在太阳能电池板内部产生12V的高压)。

这些电池板被串联起来形成一个太阳能阵列，产生更高的电压，在独立系统中通常为24或48伏，在并网系统中可以达到数百伏。

如果面板并联连接，提供给负载的电流将更多，因此在保持相同电压的同时，将有更多的功率。无论串联还是并联，当多个太阳能电池板连接在一起时，系统的额定功率都会增加。

这里，一个太阳能阵列由4个12V和12瓦的太阳能电池板组成，每块电池板产生1a的电流。那么该阵列的额定电流为48V, 48W, 1A电流。

如果相同的额定太阳能电池板并联形成一个阵列的四个太阳能电池板，那么太阳能电池板将额定为12V, 48W, 4 A电流。

电池

除了并网系统，所有其他太阳能发电系统都使用电池来存储太阳能电池板产生的能量。由于太阳能产生的电量取决于阳光的强度，一旦充满电，电池就会提供稳定的电源供应。

大多数情况下，铅酸电池用于太阳能电力系统。像太阳能电池板一样，电池可以连接在一起形成一个电池组。

它们可以像太阳能电池板一样串联或并联，以达到所需的电压、电流和额定功率。选择的电池类型取决于系统的能源需求和预算。

控制器

它可以调节进出电池的电流。如果产生的电流给电池过充电，会导致电池损坏。此外，如果电池完全放电，它会破坏电池。因此，太阳能控制器可以防止电池经受这些条件。

充电控制器模块用产生的电力平衡用于电力设备和照明的电量。此外，它还可以防止电池因过度充电和深度放电而损坏。并在模块运行异常时进行报警。

逆变器

太阳能电池板产生的电是直流电(DC)，而大多数电器工作在交流电(AC)，因此需要一个转换器将直流转换为交流，而不是变频器。

此外，如果太阳能系统接入电网，产生的直流电压必须转换为交流电压，因此逆变器设备将直流电压转换为交流电压，并将其转换为与电网或器具额定电压相同的电压。

作为一项最近的发明，大多数单独的太阳能电池板与微型逆变器连接，提供高交流电压。这些只适用于并网系统，不适合电池备份系统。

不同类型的太阳能电力系统

太阳能电力系统有不同的配置，下面将进行讨论。

离网/独立太阳能电力系统

这些是最受欢迎的太阳能装置类型，主要用于补充或取代传统的电源供应。

这些设备主要用于没有其他电源供应的地区，因此这些设备用于偏远地区和农村地区，这些地区很难从电网扩展中获得电力。

一般情况下，离网系统使用太阳能为电池充电，然后在需要时向负载供电。电池的能量要么直接操作直流负载(直流灯)或驱动电源逆变器，将直流电源转换为交流电源，以操作设备，如泵，照明设备，冰箱等。

这种方法适用于任何独立的系统，无论是袖珍计算器还是完全离网的家庭。独立系统是相对较小和简单的系统。

并网太阳能电力系统

这些系统有效地创建了一个微型发电站，并直接连接到电网。这些设施通常在电力充足的城市地区。

在白天，它将多余的电力输送到电网，在晚上和晚上，它从电网输入电力。在这里，电网就像一种存储介质，在需要的时候从电网中取电。

需要指出的是，并网系统并不需要提供足够的电力来满足整个电力需求。所以这个系统的大小取决于业主的选择。

该系统接收电力供应商提供的每千瓦电力的费用。这种类型的安装减少了对电力设施的依赖，从而减少了电费。

这个太阳能装置的主要组件包括光伏阵列或太阳能电池，逆变器和计量系统。并网太阳能系统的主要缺点是，它会在停电的情况下关闭，因为这个系统是公用电网的一部分，因此，如果停电，太阳能阵列的电源也会关闭。

如果这个系统不停止，电流回流到电网可能会导致严重的故障。

中央并网太阳能电力系统

在传统的电网系统中，多种电源如天然气、煤炭、水等结合在一起，通过输配电线路向最终用户提供电力。

同样，与中央电网相连的系统直接与输电线相连。这些系统可以是小的(50kWp)，大的(100kWp)或更高的范围，比如1GWp，它们都直接连接到传输系统。大多数情况下，这些被称为太阳能发电厂。

电网备用太阳能电力系统

它将电网连接系统与一组电池相结合。在这个太阳能阵列中产生电能，反过来为电池组充电。然后电池电源运行逆变器，逆变器通过逆变器驱动负载。

当电池电量不足以驱动负载时，系统会自动切换回电网供电。同样，一旦太阳能电池阵列给电池充电，它就会切换回电池供电。

该系统不向任何电力设施出售任何电力，而所有产生的电力仅用于家庭或住宅系统。

在本文中，您了解了太阳能电池板的工作原理和用于发电的组件。

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