太陽能光伏技術(shù)與工程應(yīng)用

1.太陽能資源特點
　　1.1儲量的“無限性”
　　太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽每秒鐘放射的能量大約是1.6x 10²³kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8x10²³kW，相當(dāng)于6x10⁹t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1. 892 x10²³千億t，是目前世界主要能源探明儲量的一萬倍閉。太陽的壽命至少尚有40億年，相對于人類歷史來說，太陽可源源不斷供給地球的時間可以說是無限的。相對于常規(guī)能源的有限性，太陽能具有儲量的“無限比”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源匾乏、枯竭的最有效途徑。

　　1.2存在的普遍性
　　雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻，但相對于其他能源來說，太陽能對于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。

　　1.3利用的清潔性
　　太陽能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。

　　1.4利用的經(jīng)濟(jì)性
　　可以從兩個方面看太陽能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽能取之不盡,用之不竭，而且在接收太陽能時不征收任何“稅”，可以隨地取用;二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽能利用已具經(jīng)濟(jì)性。隨著科技的發(fā)展以及人類開發(fā)利用太陽能的技術(shù)突破，太陽能利用的經(jīng)濟(jì)性將會更明顯。如果說20世紀(jì)是石油世紀(jì)的話，那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì)，太陽能的世紀(jì)。

　　2.二十一世紀(jì)世紀(jì)太陽能利用發(fā)展趨勢
　　近30年來，太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。包括太陽能在內(nèi)的可再生能源在下世紀(jì)將會以前所未有的速度發(fā)展，逐步成為人類的基礎(chǔ)能源之一。據(jù)預(yù)測，到下世紀(jì)中葉，可在生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50%以上。

　　22002年全世界并沒有因為美國太陽能行業(yè)的收縮而放慢發(fā)展速度，相反象日本、歐洲等國家卻是加快發(fā)展的一年;中國太陽電池項目在這一年一下子增加了許多，如上海航天科技、武漢、深圳等，中國太陽能產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)能力也在這一年得到了發(fā)展壯大。

　　以現(xiàn)有的基礎(chǔ)來看，單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽電池仍是我國目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要產(chǎn)品。在過去的100年間，人們對各種太陽能利用方式進(jìn)行了廣泛的探索，逐步明確了發(fā)展方向，初步得到一些利用。70年代以后，世界各國加大了對太陽能研究開發(fā)的投人，太陽能熱水、太陽能建筑、太陽能光伏發(fā)電等利用項目發(fā)展速度加快，規(guī)模逐漸擴(kuò)大。但從總體而言，目前太陽能利用的規(guī)模還不大，技術(shù)尚不完善，商品化程度較低，需要繼續(xù)努力。21世紀(jì)是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀(jì).這是不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移的歷史發(fā)展必然結(jié)果。

　　3.太陽能電池發(fā)電原理與特性
　　3.1太陽能電池發(fā)電原理
　　太陽電池是一種對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。光生伏特效應(yīng)簡稱為光伏效應(yīng)，指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象.能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如:單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P一N結(jié)。如下圖所示。

　　3.3太陽光強(qiáng)度與波長的關(guān)系
　　太陽能熱利用時一般與波長關(guān)系不大，但作為太陽能電池，屬于量子領(lǐng)域的能量變換技術(shù)，即光子的獲能就與波長有很大關(guān)系。例如，太陽能電池是由硅材料(或其它材料)制成，受光后產(chǎn)生的能量與電子的最小振動值有關(guān)，即決定于振動值的波長大小。過分大的波長將不能進(jìn)行能量交換;太短的波長只能轉(zhuǎn)換為熱能，因此太陽能的光伏變換與波長之間存在一個感度特性，我們稱之為光感度特性。不同材料有不同的感度特性，例如，單晶硅太陽能電池就優(yōu)于多晶硅，但要取得理想光感度特性是不太容易的。有關(guān)資料顯示，紫外線所占比例只有8%，但波長短，電子振動值高，產(chǎn)生能量大;而紅外線占全部能量的46%，可轉(zhuǎn)化熱能，故又稱熱線。

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