光伏發(fā)電基本知識(shí)介紹！
一、您知道光伏發(fā)電的歷史起源嗎?
1839 年，19 歲的法國(guó)貝克勒爾做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)電液中的兩種金屬電極用光照射時(shí)電流會(huì)加強(qiáng)，從而發(fā)現(xiàn)了“光生伏打效應(yīng)”。1930 年，郞格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造太陽(yáng)能電池，使太陽(yáng)能變成電能。
1932 年奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽(yáng)能電池。
1941 年奧杜在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。
1954 年5 月美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室恰賓、富勒和皮爾松開(kāi)發(fā)出效率為6%的單晶硅太陽(yáng)能電池，這是世界上第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽(yáng)能電池，同年威克首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎳有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎳博膜，制成了太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)由此誕生并發(fā)展起來(lái)。
二、光伏發(fā)電原理：
光伏發(fā)電是指利用太陽(yáng)能輻射直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式。
光伏電池是怎么發(fā)電的？
光伏電池是一種具有光、電轉(zhuǎn)換特性的半導(dǎo)體器件，它直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成直流電，光伏電池是光伏發(fā)電的最基本單元。
光伏電池特有的電特性是借助在晶體硅中摻入某些元素（例如磷或硼等），從而在材料的分子電荷里造成永久的不平衡，形成具有特殊電性能的半導(dǎo)體材料。
在陽(yáng)光照射下具有特殊電性能的半導(dǎo)體內(nèi)可以產(chǎn)生自由電荷。這些自由電荷定向移動(dòng)并積累，從而在其兩端閉合時(shí)便產(chǎn)生電能。
這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱(chēng)光伏效應(yīng)。
三、太陽(yáng)能發(fā)電電池的技術(shù)分類(lèi)介紹
（下圖優(yōu)選圖一，如果不清晰選二）
四、光伏發(fā)電電池種類(lèi)介紹：
P型電池：在p型半導(dǎo)體材料上擴(kuò)散硼元素，形成n /p型結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池即為P型硅片，以這種材料制作的光伏電池稱(chēng)為P型電池；P型電池是目前主流電池工藝，具有制作工藝簡(jiǎn)單，成本較低優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)最高效率有其固有瓶頸。
N型電池：在N型半導(dǎo)體材料上注入磷元素，形成p /n型結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池即為N型硅片；N型電池電池效率可以做得更⾼，但是⼯藝更加復(fù)雜，目前越來(lái)越多的企業(yè)生產(chǎn)N型電池，有望成為未來(lái)的主流技術(shù)。
異質(zhì)結(jié)（HJT/HIT）電池：全稱(chēng)為本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池，是一種高效新型晶硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，利用晶體硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太陽(yáng)能電池，即在P型氫化非晶硅和N型氫化非晶硅與N型硅襯底之間增加一層非摻雜（本征）氫化非晶硅薄膜。異質(zhì)結(jié)電池它由于其獨(dú)特的雙面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)及非晶硅層優(yōu)秀的鈍化效果，具備著轉(zhuǎn)換效率高、雙面率高、幾乎無(wú)光致衰減、溫度特性良好、可使用薄硅片、可疊加鈣鈦礦等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其制造工藝流程較短，近年來(lái)發(fā)展很快，在未來(lái)普及程度較高。
TOPCon電池：是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸的太陽(yáng)能電池。Topcon電池結(jié)構(gòu)為N型硅襯底電池，在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，有效降低表面復(fù)合和金屬接觸復(fù)合。具有高轉(zhuǎn)換效率、低內(nèi)部短路、高溫度穩(wěn)定性和弱光性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)的新型太陽(yáng)能電池。在未來(lái)，隨著光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步，Topcon電池有望在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池：由四種元素銅、銦、鎵、硒作為功能層，同時(shí)在柔性襯底沉積其他功能層制備而成，只要幾微米薄就可以和傳統(tǒng)的厚重的硅電池板一樣發(fā)電。CIGS電池具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換效率高，，接近于目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品晶體硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率，成本卻是其1/3。正是因?yàn)槠湫阅軆?yōu)異被國(guó)際上稱(chēng)為下一代的廉價(jià)太陽(yáng)電池，無(wú)論是在地面陽(yáng)光發(fā)電還是在空間微小衛(wèi)星動(dòng)力電源的應(yīng)用上具有廣闊的市場(chǎng)前景。
砷化鎵電池：簡(jiǎn)稱(chēng)GaAs，是一種高效率、高穩(wěn)定性的太陽(yáng)能電池。它采用砷化鎵材料作為光伏層，具有較高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，并且在高溫和高輻射環(huán)境下具有較好的穩(wěn)定性。其原理是砷化鎵太陽(yáng)能電池的光伏轉(zhuǎn)換層主要由砷化鎵半導(dǎo)體材料構(gòu)成。當(dāng)太陽(yáng)光照射到砷化鎵層上時(shí)，光子能量激發(fā)了砷化鎵中價(jià)帶變成了導(dǎo)帶的電子，從而產(chǎn)生了光生電子空穴對(duì)，這些電子空穴對(duì)被捕獲并輸送到電極，形成電流。砷化鎵太陽(yáng)電池是一種高效、高速響應(yīng)、光譜響應(yīng)寬、適用于各種光照條件的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器。盡管成本較高，但其應(yīng)用前景廣闊，將在未來(lái)的可再生能源發(fā)展中扮演重要的角色。
碲化鎘電池：簡(jiǎn)稱(chēng)CdTe電池，以碲化鎘薄膜為主要功能層的薄膜太陽(yáng)能電池。主要由p型碲化鎘、n型鎘（硫化鎘）薄膜、透明電極、背電極、玻璃基底等組成。其光吸收率高，轉(zhuǎn)換效率高，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于其他材料的太陽(yáng)能電池，便于規(guī)模化生產(chǎn)，有望成為未來(lái)的主導(dǎo)新能源之一。
鈣鈦礦電池：鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池（perovskite solar cells），是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池，也稱(chēng)作新概念太陽(yáng)能電池。轉(zhuǎn)換性能優(yōu)異、成本低廉、商業(yè)價(jià)值巨大，是目前研究的熱點(diǎn)。
目前各種技術(shù)路線的太陽(yáng)能電池都在進(jìn)行創(chuàng)新，不斷的降低生產(chǎn)成本，提高轉(zhuǎn)化效率，技術(shù)發(fā)展很快，各種新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)。
五、光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介
目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、集中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。
1、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)
獨(dú)立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽(yáng)電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器，獨(dú)立光伏電站包括邊遠(yuǎn)地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)、太陽(yáng)能戶(hù)用電源系統(tǒng)、通信信號(hào)電源、陰極保護(hù)、太陽(yáng)能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
2、集中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)
并網(wǎng)光伏發(fā)電就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)。可以分為帶蓄電池的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和不帶蓄電池的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，帶有蓄電池的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電；
目前我國(guó)在西北荒漠地區(qū)新建了較多的大型集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)，投資大，占地面積大，發(fā)電量高。
3、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)
分布式光伏電站通常是指利用分散式資源，裝機(jī)規(guī)模較小的、布置在用戶(hù)附近的發(fā)電系統(tǒng)，它一般接入低于35千伏或更低電壓等級(jí)的電網(wǎng)。它倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的原則，不僅能夠有效提高光伏電站的發(fā)電量，同時(shí)還有效解決了電力在升壓及長(zhǎng)途運(yùn)輸中的損耗問(wèn)題。該類(lèi)項(xiàng)目必須接入公共電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)一起為附近的用戶(hù)供電。
目前水泥行業(yè)利用廠區(qū)或者礦山空閑場(chǎng)地和堆棚、房屋頂部空間建設(shè)的光伏發(fā)電項(xiàng)目就屬于這種分布式發(fā)電光伏系統(tǒng)，光伏發(fā)電優(yōu)先自用，余電上網(wǎng)就近利用，一般規(guī)模在幾MW到十幾MW范圍內(nèi)。
六、光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成?
光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏方陣(光伏方陣由光伏組件串并聯(lián)而成，加上基礎(chǔ)固定裝置等)、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器、控制和保護(hù)電氣柜等部分組成.光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件是光伏組件,而光伏組件又是由光伏電池串、并聯(lián)并封裝而成，最重要是選擇合適自己的、高性?xún)r(jià)比的光伏電池技術(shù)種類(lèi)，它將太陽(yáng)的光能直接轉(zhuǎn)化為電能，光伏組件產(chǎn)生的電為直流電，可以利用也可以用逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電加以利用，可以即發(fā)即用，也可以用蓄電池等儲(chǔ)能裝置將電能存放起來(lái)，根據(jù)需要隨時(shí)釋放出來(lái)使用。
七、什么叫光伏建筑一體化（BAPV、BIPV）
光伏建筑一體化在行業(yè)內(nèi)分為兩類(lèi)：
一類(lèi)是BAPV，將光伏系統(tǒng)附著于建筑物之上，建筑屋面與光伏系統(tǒng)分別構(gòu)成各自的系統(tǒng)，兩者之間物理結(jié)合；
另一類(lèi)是BIPV，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)品集成在建筑上，能夠作為建材替代現(xiàn)有的屋面，如采光頂、光電幕墻、光伏瓦屋頂以及光伏組件屋面，均屬于建材型光伏系統(tǒng)。
八、光伏發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈圖譜（晶硅技術(shù)路線）
作者：韓彥峰匯編
單位：中國(guó)水泥網(wǎng)
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