光伏發電原理

光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內部的庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成爲光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成爲N型半導體;若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成爲太陽能電池。當太陽光照射到P-N結後，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。

光伏

無論從世界還是從中國來看，常規能源都是很有限的。中國的一次性能源儲量遠遠低于世界的平均水平，大約只有世界總儲量的10%。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位。

與常用的火力發電系統相比，光伏發電的優點主要體現于：

1.無枯竭危險；

2.安全可靠，無噪聲，無汙染排放外，絕對幹淨（無公害）；

3.不受資源分布地域的限制，可利用建築屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形複雜地區；

4.無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電；能源質量高；

5.使用者從感情上容易接受；

6.建設周期短，獲取能源花費的時間短。

系統分類

1）獨立光伏發電

獨立光伏發電也叫離網光伏發電。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要爲交流負載供電，還需要配置交流逆變器。獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統，太陽能戶用電源系統，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統。

2）並網光伏發電

並網光伏發電就是太陽能組件産生的直流電經過並網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之後直接接入公共電網。可以分爲帶蓄電池的和不帶蓄電池的並網發電系統。

帶有蓄電池的並網發電系統具有可調度性，可以根據需要並入或退出電網，還具有備用電源的功能，當電網因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏並網發電系統常常安裝在居民建築;不帶蓄電池的並網發電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。

並網光伏發電有集中式大型並網光伏電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，還沒有太大發展。而分散式小型並網光伏，特別是光伏建築一體化光伏發電，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是並網光伏發電的主流。

3）分布式光伏發電

分布式光伏發電系統，又稱分散式發電或分布式供能，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。

分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流彙流箱、直流配電櫃、並網逆變器、交流配電櫃等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流彙流箱集中送入直流配電櫃，由並網逆變器逆變成交流電供給建築自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。

結構組成

電池方陣

在有光照(無論是太陽光，還是其它發光體産生的光照)情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即産生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”。在光生伏特效應的作用下，太陽能電池的兩端産生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般爲硅電池，分爲單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

蓄電池組

其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能並可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：

自放電率低

使用壽命長

深放電能力強

充電效率高

少維護或免維護

工作溫度範圍寬

價格低廉

控制器

是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由于蓄電池的循環充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設備。

逆變器

是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分爲獨立運行逆變器和並網逆變器。

獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統，爲獨立負載供電。並網逆變器用于並網運行的太陽能電池發電系統。

逆變器按輸出波型可分爲方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

跟蹤系統

由于相對于某一個固定地點的太陽能光伏發電系統，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時刻正對太陽，發電效率才會達到最佳狀態。

應用領域

用戶太陽能電源：

小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；

3-5KW家庭屋頂並網發電系統；

光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。

公共領域電源：交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。

石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鑽井平台生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。

家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。

光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。

太陽能建築：將太陽能發電與建築材料相結合，使得未來的大型建築實現電力自給，是未來一大發展方向。

其他領域包括：

與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；

太陽能制氫加燃料電池的再生發電系統；

海水淡化設備供電；

衛星、航天器、空間太陽能電站等。