早在1839年,法國科學(xué)家貝克雷爾(Becqurel)就發(fā)現,光照能使半導體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現象后來(lái)被稱(chēng)為“光生伏打效應”,簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應”。1954年,美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)電池,誕生了將太陽(yáng)光能轉換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。
(1)光伏技術(shù)的類(lèi)型
光伏技術(shù)本質(zhì)上分為兩類(lèi):晶體光伏與薄膜光伏。晶體光伏技術(shù)又可細分為兩類(lèi):
單晶電池——使用從圓柱形單晶硅上切割下來(lái)的單晶制成。單晶電池的轉換率最高(入射光轉換率約為 18% ),但其復雜的制造工藝導致產(chǎn)品的價(jià)格略貴。
晶電池——使用從熔化及再結晶硅的晶錠上切割下來(lái)的微細晶片制成。多晶電池的生產(chǎn)成本較低,但其效率略為遜色(入射光轉換率約為 14%)。
薄膜光伏材料是通過(guò)將一層超薄光伏材料沉積在基片上制成的。最常見(jiàn)的薄膜光伏材料是使用 a-Si(非晶硅)制成,但也可以使用多種其它材料,例如 CIGS(銅銦/二硒化鎵)、CIS(硒化銦銅)、CdTe(碲化鎘)、染料敏化等電池以及有機太陽(yáng)能電池。
(2)光伏系統的類(lèi)型
光伏發(fā)電系統分為獨立光伏系統和并網(wǎng)光伏系統兩類(lèi):
獨立光伏系統的使用獨立于電網(wǎng),并且可用于向無(wú)線(xiàn)電中繼站、電話(huà)亭和街道照明設備供電。在船舶和休閑敞蓬車(chē)市場(chǎng)中,移動(dòng)光伏技術(shù)市場(chǎng)也在不斷發(fā)展。獨立光伏系統還為傳統電力不穩定或不完善的發(fā)展中國家提供較為經(jīng)濟的電力。
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統??梢苑譃閹铍姵氐暮筒粠铍姵氐牟⒕W(wǎng)發(fā)電系統。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統具有可調度性,可以根據需要并入或退出電網(wǎng),還具有備用電源的功能,當電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統常常安裝在居民建筑;不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)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。
(3)光伏系統設備
光伏發(fā)電系統是由太陽(yáng)能電池方陣,蓄電池組,充放電控制器,逆變器,交流配電柜等設備組成。其部分設備的作用是:
太陽(yáng)能電池方陣:在有光照(無(wú)論是太陽(yáng)光,還是其它發(fā)光體產(chǎn)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,即產(chǎn)生“光生電壓”,這就是“光生伏打效應”。在光生伏打效應的作用下,太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢,將光能轉換成電能,是能量轉換的器件。太陽(yáng)能電池一般為硅電池,分為單晶硅太陽(yáng)能電池,多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池三種。
蓄電池組:其作用是貯存太陽(yáng)能電池方陣受光照時(shí)發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負載供電。太陽(yáng)能電池發(fā)電對所用蓄電池組的基本要求是:a.自放電率低;b.使用壽命長(cháng);c.深放電能力強;d.充電效率高;e.少維護或免維護;f.工作溫度范圍寬;g.價(jià)格低廉。
充放電控制器:是能自動(dòng)防止蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電的設備。由于蓄電池的循環(huán)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(guò)充電或過(guò)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(yáng)能電池和蓄電池是直流電源,而負載是交流負載時(shí),逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式,可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統,為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡(jiǎn)單,造價(jià)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。