太阳能电池是如何将太阳能变成电能的?
光伏发电技术是目前新能源技术领域里前景最广阔的技术之一,有效缓解全球能源危机和环境污染。由于太阳能不受地域限制,能源质量好、清洁无污染、取之不竭、用之不尽以及一次投资长期受益等特点,加之光伏技术日益成熟、发电成本持续下降,已广泛应用于各行各业,正逐渐从补充能源转过渡为替代能源。
光伏发电的核心部件是太阳能光伏板,利用太阳能光伏板就可以将太阳能变成电能。
光伏电池板
那么,你知道太阳能光伏板是如何将太阳能变成电能的吗?
太阳能光伏电池实际上就是一个P-N结二极管,顾名思义就是有两部分构成,一部分是P型半导体硅,另一部分是N型半导体硅。
当太阳光照射时,P型半导体硅会拥有很多电子空位,就如下图所示
p型硅板
而N型半导体硅的结构与P型半导体硅刚好相反,它拥有很多可以自由活动的电子。
N型硅板
当太阳照射时,光伏电池中半导体晶体吸收光照中光量子能量,共价键中价电子积攒到一定能量,便脱离共价键的束缚,成为自由电子,激发出空穴-电子对。在 PN结内电场作用下,空穴和电子分别向P、N区移动,产生电动势,接通负载就能获得相应电能,这种现象被称为光生伏特效应或光伏效应。光照强度越大,PN结面积越大,产生的电动势就越大。
太阳能光伏电池工作原理
如上图所示,当PN结合面产生电势差后,如果此时通过导线连接形成回路就会产生电流,即可供负载使用,太阳能也就变成了电能。
目前市面上的太阳能电池主要可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶体硅薄膜电池等3种类型。
(1)单晶硅太阳能电池
单晶硅是一种非金属材料,它的化学性质比较活泼,单晶硅可以加工制成晶体材料。而单晶硅太阳能电池的主要原料是单晶棒,它的纯度非常高,一般情况下可以达到99.999%。由于单晶硅太阳能电池使用了高纯度的硅,因此在所有的太阳能电池中,单晶硅太阳能电池的转化效率是最高的,在实验室理想条件下的转化效率为24.7%。
单晶硅太阳能电池
(2)多单晶硅太阳能电池
多晶硅便宜且廉价,并且其光电效率不如单晶硅那么好,但高于非晶硅薄膜电池的光电效率。在理想的实验室条件下,光电转换效率为18%,大规模生产的光电转换效率为14%。
多晶硅太阳能电池
(3)非晶体硅薄膜电池
非晶体硅太阳能电池是一种由许多很薄的晶体硅组成的光伏材料,制作流程比较简单。非晶体硅的体积很小,也比较薄,同时也被称之为薄膜光伏材料。非晶硅的性能比晶体硅的性能差,但是它们需要更少的材料,因此具有更低的生产成本。
非晶体薄膜硅电池
太阳能光伏电池组的类型较多,有晶体硅太阳能电池,也有薄膜非晶体硅太阳能电池。不同类型的太阳能电池在发电效率、生产成本、结构特点等方面的性能存在着不同的差异。利用上述不同类型的太阳能电池,就可以在不同的场景下,将太阳能转化成电能。
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