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光伏科普 | 你知道从光变成电,到底发生了什么吗?

2021-12-03

光伏发电,顾名思义就是光生电


光生电是物理学一个重要而神奇的现象


光伏就是利用半导体材料将太阳能转化为电能,是安全稳定,无污染的新能源。大到航天卫星,发电站,城市路灯,家庭用电设备,小到玩具,充电宝,光伏应用越来越广。


那么,太阳光是如何发电的?

光生电起源于1839年

法国科学家发现光生伏特现象

用两片金属浸入溶液构成的电池

受到阳光照射时会产生额外的电势


利用这个原理人们发明了

太阳能电池



太阳能电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件,由N型硅板和P型硅板拍在一起做成。

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为什么是硅板呢?


首先,通电的条件要满足2点

一是要有足够的自由电子

二是电子的定向移动

原子是由原子核和电子构成的

通常原子最外层有8个电子才比较稳定

比如:硅原子,最外层有4个电子

更多硅原子凑在一起就很稳定啦

这就是硅板的结构

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要想电子定向移动

就要往硅板中“加点料”


如下图所示

正电荷代表硅原子,负电荷代表硅的4个电子

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当硅晶体中掺入磷

黄色代表磷原子

因为磷原子有5个电子

红色代表多出来的电子

多出来的电子会变得非常活跃

形成了N型硅板

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当硅晶体中掺入硼

黄色表示硼原子

因为硼原子只有3个电子

所以就产生了蓝色空穴

这个空穴会很容易吸收电子

形成P型硅板

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把N型板和P型板拍在一起

因为电子和空穴的浓度差

两种半导体的界面上会发生扩散运动


N区中的电子向P区扩散

P区中的空穴也向N区扩散

N区失去了电子,带正电

P区得到了电子,带负电

有正有负,中间就形成电场

这个电场称为PN结

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PN结相当于一个结界

电池在不工作时就稳定在这种状态

那如何发电呢?

当阳光照到硅板

稳定的电子开始移动

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带正电的空穴往P区移动

带负电的电子往N区移动

电子就发生了定向移动

当导线一连,就通电了~

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太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

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常见的分布式光伏,基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。


其运行模式是在有太阳辐射的条件下,将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。

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我们的生活都离不开电

光伏发电具有成本低、清洁性、

安全性、免维护性等特性

还能发电赚取收益

并且太阳能取之不尽、用之不竭

所以光伏的应用十分广泛

主要有:


大型地面独立光伏电站,一般建造在荒地,荒坡上,光伏系统发电之后直接上网卖给电力公司;

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工业厂房、商业建筑、家庭屋顶太阳能电站,自发自用、余电上网;

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太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等;

光伏将聚焦多样化应用模式的开发

与传统多业态融合

在降低用电成本的同时

有效促进双碳目标的实现





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