新能源領(lǐng)域——太陽(yáng)能光伏電池
太陽(yáng)能光伏電池(簡(jiǎn)稱光伏電池)用于把太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽(yáng)能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池。
在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價(jià)格更便宜。
術(shù)語(yǔ)“光生伏打(Photovoltaics)”源于希臘語(yǔ)，意思是“光、伏特和電氣的”，來(lái)源于意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏特的名字，在亞歷山德羅·伏特以后'伏特'便作為電壓的單位使用。
圖1 光伏太陽(yáng)能電池展示
一、光伏組件
太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)一定的組合，達(dá)到一定的額定輸出功率和輸出的電壓的一組光伏電池，叫光伏組件。根據(jù)光伏電站大小和規(guī)模，由光伏組件可組成各種大小不同的陣列。光伏組件采用高效率單晶硅或多晶硅光伏電池、高透光率鋼化玻璃、Tedlar、抗腐蝕鋁合多邊框等材料，使用先進(jìn)的真空層壓工藝及脈沖焊接工藝制造。即使在最嚴(yán)酷的環(huán)境中也能保證長(zhǎng)的使用壽命。組件的安裝架設(shè)十分方便。組件的背面安裝有一個(gè)防水接線盒，通過(guò)它可以十分方便地與外電路連接。對(duì)每一塊太陽(yáng)電池組件，都保證20年以上的使用壽命。
圖2 由單晶硅生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池及其組件構(gòu)成
二、發(fā)展歷史
1849年術(shù)語(yǔ)'光-伏'(photo-voltaic)才出現(xiàn)在英語(yǔ)中，意指由光產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即光產(chǎn)生伏特。
1839年，光生伏特效應(yīng)第一次由法國(guó)物理學(xué)家A.E.Becquerel發(fā)現(xiàn)。
1883年第一塊太陽(yáng)電池由Charles Fritts制備成功。Charles用硒半導(dǎo)體上覆上一層極薄的金層形成半導(dǎo)體金屬結(jié)，器件只有1%的效率。
1930年代，照相機(jī)的曝光計(jì)廣泛地使用光起電力行為原理。
1946年Russell Ohl申請(qǐng)了現(xiàn)代太陽(yáng)電池的制造專利。
1950年代，隨著半導(dǎo)體物理性質(zhì)的逐漸了解，以及加工技術(shù)的進(jìn)步，1954年當(dāng)美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室在用半導(dǎo)體做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后對(duì)光更加敏感這一現(xiàn)象后，第一個(gè)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的太陽(yáng)能電池于1954年誕生在貝爾實(shí)驗(yàn)室。太陽(yáng)電池技術(shù)的時(shí)代終于到來(lái)。
1960年代開(kāi)始，美國(guó)發(fā)射的人造衛(wèi)星就已經(jīng)利用太陽(yáng)能電池作為能量的來(lái)源。
1970年代能源危機(jī)時(shí)，讓世界各國(guó)察覺(jué)到能源開(kāi)發(fā)的重要性。1973年發(fā)生了石油危機(jī)，人們開(kāi)始把太陽(yáng)能電池的應(yīng)用轉(zhuǎn)移到一般的民生用途上。在美國(guó)、日本和以色列等國(guó)家，已經(jīng)大量使用太陽(yáng)能裝置，以朝商業(yè)化的目標(biāo)前進(jìn)。
在這些國(guó)家中，美國(guó)于1983年在加州建立世界上最大的太陽(yáng)能電廠，它的發(fā)電量可以高達(dá)16百萬(wàn)瓦特。南非、博茨瓦納、納米比亞和非洲南部的其他國(guó)家也設(shè)立專案，鼓勵(lì)偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村地區(qū)安裝低成本的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)。
而推行太陽(yáng)能發(fā)電最積極的國(guó)家首推日本。1994年日本實(shí)施補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)辦法，推廣每戶3,000瓦特的'市電并聯(lián)型太陽(yáng)光電能系統(tǒng)'。
1996年，日本有2,600戶裝置太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，裝設(shè)總?cè)萘恳呀?jīng)有8百萬(wàn)瓦特。一年后，已經(jīng)有9,400戶裝置，裝設(shè)的總?cè)萘恳策_(dá)到了32百萬(wàn)瓦特。
在中國(guó)，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)亦得到政府的大力鼓勵(lì)和資助。2009年3月，財(cái)政部宣布擬對(duì)太陽(yáng)能光電建筑等大型太陽(yáng)能工程進(jìn)行補(bǔ)貼。
圖3 太陽(yáng)能光伏電池在實(shí)際生活中的應(yīng)用
三、工作原理
太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)原理工作的太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴--電子對(duì)。在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。太陽(yáng)能電池具有以下特點(diǎn)：
1、優(yōu)點(diǎn)
無(wú)枯竭危險(xiǎn);絕對(duì)干凈(無(wú)污染，除蓄電池外);不受資源分布地域的限制;可在用電處就近發(fā)電;能源質(zhì)量高;使用者從感情上容易接受;獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短;供電系統(tǒng)工作可靠。
2、缺點(diǎn)
照射的能量分布密度小;獲得的能源與四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān);造價(jià)比較高。
總結(jié)
由于光伏電池封裝技術(shù)，焊接材料與加工方法及芯片上的改良，在1991年太陽(yáng)能系統(tǒng)的壽命約5到10年。到了1995年則增加到10~20年，而到公元2000年更可延長(zhǎng)使用年限到25年以上。于1995年僅美國(guó)市場(chǎng)的太陽(yáng)能電池銷售額為35億美元。
由于石油及環(huán)保(全球溫室效應(yīng))的問(wèn)題，以及外交上對(duì)落后地區(qū)的援助，使得在公元2000年后全球的太陽(yáng)能電池銷售額成數(shù)倍的成長(zhǎng)。到了2005年后，由于德國(guó)等環(huán)保先進(jìn)國(guó)家新建筑法規(guī)的因素，造成太陽(yáng)能板需求量爆發(fā)大增，瞬間市場(chǎng)嚴(yán)重缺貨，造成全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多太陽(yáng)能電池廠的股價(jià)，一夕之間沖到最高點(diǎn)。同時(shí)也帶動(dòng)洞悉商機(jī)的傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型，投入太陽(yáng)能相關(guān)商品的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用。
在世界節(jié)約能源概念的普遍下，光伏電池綠色科技已是產(chǎn)業(yè)新星。而這波綠色科技潮流，又首推太陽(yáng)能最為行情看漲，有可能成為全球紅透半邊天的明日之星。
太陽(yáng)能電池是一種綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的新能源，具有極大的發(fā)展?jié)摿?，?dāng)今世界對(duì)于環(huán)境保護(hù)越發(fā)重視，在不久的未來(lái)，太陽(yáng)能電池行業(yè)一定能夠蓬勃發(fā)展。
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