图解：太阳能发电原理

3．2 自然资源电能转换电能原理3．2．1 太阳能光伏发电原理太阳能光伏发电系统（Photovoltaic Power System，PVS）主要涉及太阳能电池和矩阵、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等领域。

具体结构如图1所示。

图1太阳能光伏发电系统结构图（此图用VISO画）PVS发电是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。

光—电转换的基本装置就是太阳能电池。

太阳能电池是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。

太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。

当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。

太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。

太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用。

与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。

太阳能控制器全称为太阳能充放电控制器，是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。

太阳能控制器是一个微机数据采集和监测控制系统，既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。

太阳能控制器通常有6个标称电压等级：12V、24V、48V、110V、220V、500V。

由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是将直流电转换成交流电的必不可少的设备。

逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。

独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电；并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。

太阳能发电原理1、原理概述太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池板将太阳能转换成电能的一种可再生清洁发电机制。

当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被太阳电池板反射掉，另一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成电位差。

当外部接通电路时，在该电压的作用下，则会有直流电流流过外部电路产生一定的输出功率。

通常每块太阳能电池组件输出的直流电压较低，一般为35V。

为了提高电压，达到逆变器最佳工作状态的额定输入直流电压，将一定数量的太阳能电池串联到一起形成回路，然后接入逆变器中，逆变器将输入的直流电转换成交流电。

逆变后得到的交流电通过站内的升压变压器升至指定电压后并入电网。

图1 太阳能发电系统原理2、系统部件2.1 太阳电池在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池板占据着举足轻重的地位，它是将太阳能转换成电能核心部件。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。

用于制造太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。

当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。

如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。

若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。

太阳能电池的核心技术就在这个“结”上，P －N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。

当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光子的能量，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。

太阳能电池发电系统的组成原理图太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。

如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。

各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。

其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。

由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。

为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。

太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素：Q1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？Q2、系统的负载功率多大？Q3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？Q4、系统每天需要工作多少小时？Q5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？Q6、负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？Q7、系统需求的数量？太阳能电池板海关编码, HS编码,太阳能电池板出口常用资料.1. 太阳能电池板海关编码(H.S编码)及退税率:/photovoltaic2. 太阳能电池组件出口欧美需要的认证:1) 出口欧洲需要通过IEC EN61215 , 非晶硅太阳能电池组需要通IEC EN61646.电力逆变器需通过IEC/EN 61209-1的安全认证。

一文看懂太阳能光热发电原理及分类什么是太阳能光热发电太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。

采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。

而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。

光热发电原理光热发电技术，是不同于光伏发电的全新的新能源应用技术。

它是一个将太阳能转化为热能，再将热能转化为电能的过程。

利用聚光镜等聚热器采集的太阳热能，将传热介质加热到几百度的高温，传热介质经过换热器后产生高温蒸汽，从而带动汽轮机产生电能。

此处的传热介质多为导热油与熔盐。

通常我们将整个的光热发电系统分成四部分：集热系统、热传输系统、蓄热与热交换系统、发电系统。

集热系统：集热系统包括聚光装置、接收器、跟踪机构等部件。

如果说集热系统是整个光热发电的核心，那么聚光装置就是集热系统的核心。

聚光装置即为聚光镜或者定日镜等。

其反射率、焦点偏差等均能影响发电效率。

目前国内生产的聚光镜，效率可以达到94%，与国外生产的聚光镜效率相差不大。

集热系统采集太阳能，将太阳能转化为热能。

热传输系统：热传输系统主要是传输集热系统收集起来的热能。

利用传热介质将热能输送给蓄热系统。

传热介质多为导热油和熔盐。

理论上，熔盐比导热油温度高，发电效率大，也更安全。

热传输系统一般有预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器等组成。

热传输系统的基本要求是：传热管道损耗小、输送传热介质的泵功率小、热量传输的成本低。

在热传输过程中，传热管道越短，热损耗就越小。

蓄热与热交换系统：个人认为，光热发电技术在蓄热与热交换系统中充分体现了对比光伏发电技术的优势。

即将太阳热能储存起来。

可以在夜间发电，也可以根据当地的用电负荷，适应电网调度发电。

蓄热装置常由真空绝热或以绝热材料包覆的蓄热器构成。

1.太阳能电池板发出的电是直流电，不可以直接供沟通负荷（灯具，家用电器等）使用，因此需要变换成沟通电才能供沟通负荷使用。

此中逆变器的作用就是将直流电变换成沟通电的装置。

见图一、图二。

2.变换此后的沟通电不单能够供用电负荷使用，而且能够并入
国家电网，也就是卖掉剩余的电能。

见图三、图四。

3.我所做的工作一个是给太阳能组件（厂家供给，包含电池板和
逆变器的成套设施，需要很小的电，大体 1KW ）供电，另一个就是设
计尾端配电箱给负载供电。

太阳光照在半导体p－n结上，形成新的空穴－电子对，在p－n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。

这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。

1、光热电转换光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。

前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。

太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。

因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

2、光电直接转换太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。

黑体（如太阳）辐射出不同波长（对应于不同频率）的电磁波，如红外线、紫外线、可见光等等。

当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。

射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。

但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光伏效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光伏效应的阈值时，电流才能产生。

能够使半导体产生光伏效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1．155eV，因此必须波长小于1100nm 的光线才可以使晶体硅产生光伏效应。

简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0．4μm～1．1μm波长（针对硅晶）的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。