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光伏发电原理(光伏发电原理讲解)
作者:管理员    发布于:2020-08-04 17:08   文字:【】【】【
  光伏发电是一种利用半导体接口的光伏效应将光能直接转换为电能的技术。该技术的关键要素是太阳能电池。太阳能电池串联连接后,可以对其进行封装和保护,以形成大面积的太阳能电池模块。与功率控制器和其他部件一起,形成光伏发电装置。
  光伏效应
  如果光照射在太阳能电池上,并且光在界面层中被吸收,则具有足够能量的光子会从P型硅和N型硅中的共价键激发电子,从而生成电子-空穴对。在复合之前,界面层附近的电子和空穴将被空间电荷的电场彼此分开。电子移动到带正电的N区,空穴移动到带负电的P区。
光伏发电原理
  通过界面层的电荷分离,将在P区域和N区域之间产生向外测试的电压。此时,可以在硅晶片的两面上添加电极并将其连接到电压表。对于晶体硅太阳能电池,开路电压的典型值为0.5至0.6V。光在界面层上产生的电子-空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层越大,即电池面积越大,太阳能电池中形成的电流越大。
  阳光照射在半导体pn结上,形成一个新的空穴电子对。在pn结中的内置电场的作用下,空穴从n区域流向p区域,电子从p区域流向n区域,并且电路形成电流。这就是光伏效应太阳能电池的工作原理。
  光电直接转换方法该方法利用光伏效应将太阳辐射能直接转换为电能。光电转换的基本设备是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光伏效应而将阳光能量直接转换为电能的设备。它是半导体光电二极管。当太阳照在光电二极管上时,光电二极管会将太阳的光能转化为电能。当前。当许多电池串联或并联连接时,它可以成为具有相对较大输出功率的太阳能电池阵列。太阳能电池是一种有前途的新型电源,具有永久性,清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长,只要存在阳光,太阳能电池就可以一次投入使用,并且可以长时间使用。与火力发电和核能发电相反,太阳能电池不会造成环境污染。
  光伏发电的主要特定原理是半导体的光电效应。当光子照在金属上时,其能量可以被金属中的电子吸收。电子吸收的能量足够大,足以克服金属的内部重力而起作用,从金属表面逸出并成为光电子。硅原子有4个外部电子。如果纯硅掺杂有5个外部电子(例如磷原子),它将成为N型半导体;如果纯硅中掺杂有3个外部电子,例如硼原子形成P型半导体。当P型和N型结合时,接触表面将形成电势差并成为太阳能电池。当阳光照射到P-N结时,空穴从P极区域移至N极区域,电子从N极区域移至P极区域以形成电流。
  太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。通用半导体的主要结构如下:
  在图中,正电荷代表硅原子,而负电荷代表围绕硅原子的四个电子。当硅晶体掺有其他杂质,例如硼,磷等时,当硼掺入时,硅晶体中将有一个孔。关于其形成,请参考下图:
  在图中,正电荷代表硅原子,而负电荷代表围绕硅原子的四个电子。黄色代表掺杂的硼原子。因为硼原子周围只有3个电子,所以会生成图中所示的蓝洞。由于没有电子,该空穴变得非常不稳定,并且容易吸收电子。并中和形成P(正)型半导体。类似地,在掺杂磷原子后,由于磷原子具有五个电子,一个电子变得非常活泼,从而形成了N型(负型)半导体。黄色的是磷核,红色的是多余的电子。如下所示。
光伏发电原理讲解
  N型半导体包含更多的空穴,而P型半导体包含更多的电子。这样,当组合P型和N型半导体时,将在接触表面处形成电势差,这称为PN结。
  当P型和N型半导体结合在一起时,在两个半导体之间的界面区域会形成一个特殊的薄层。)界面的P型侧带负电,而N型侧带正电。这是因为P型半导体具有许多空穴并且N型半导体具有许多自由电子,并且浓度存在差异。N区域中的电子将扩散至P区域,并且P区域中的空穴将扩散至N区域。一旦扩散,就会形成从N指向P的“内部电场”,从而阻止了扩散的进行。在达到平衡之后,这种特殊的薄层会形成一个电位差,即PN结。
  当晶片接收光时,在PN结中,N型半导体的空穴移动到P型区域,而P型区域中的电子移动到N型区域,从而从N型区域改为P型区域。然后,在PN结中形成电势差,该PN结形成电源。(如下所示)
  由于半导体不是良好的电导体,如果电子经过p-n结后流入半导体,则电阻很大,损耗也很大。但是,如果上层完全用金属覆盖,则太阳光将无法通过,也不会产生电流。因此,p-n结(例如梳形电极)通常被金属栅格覆盖,以增加入射光的面积。另外,硅的表面非常光亮,反射了很多阳光,不能被电池使用。为此,科学家们在其上涂了一层反射系数很小的保护膜(如图所示),以将反射损失降低到5%或更少。毕竟,电池可以提供的电流和电压是有限的,因此人们并联或串联连接许多电池(通常为36个)以形成太阳能光伏板。