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太陽能發電機原理

2024/04/28

太陽能是一種干凈的可再生的新能源,越來越受到人們的青睞,在人們生活、工作中有廣泛的作用。其中之一就是將太陽能轉換為電能,太陽能電池就是利用太陽能工作的。而太陽能熱電站的工作原理則是利用匯聚的太陽光,把水燒至沸騰變為水蒸氣,然后用來發電。


太陽能發電原理圖太陽能的能源是來自地球外部天體的能源(主要是太陽能),是太陽中的氫原子核在超高溫時聚變釋放的巨大能量,人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。我們生活所需的煤炭、石油、天然氣等化石燃料都是因為各種植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來后,再由埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成。此外,水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉換來的。


太陽能發電有兩大類型:一類是太陽光發電(亦稱太陽能光發電),另一類是太陽熱發電(亦稱太陽能熱發電)。


太陽能光發電是將太陽能直接轉變成電能的一種發電方式。它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電四種形式,在光化學發電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。


太陽能熱發電是先將太陽能轉化為熱能,再將熱能轉化成電能,它有兩種轉化方式。一種是將太陽熱能直接轉化成電能,如半導體或金屬材料的溫差發電,真空器件中的熱電子和熱電離子發電,堿金屬熱電轉換,以及磁流體發電等。另一種方式是將太陽熱能通過熱機(如汽輪機)帶動發電機發電,與常規熱力發電類似,只不過是其熱能不是來自燃料,而是來自太陽能。人類需要隨著經濟的發展、社會的進步,人們對能源提出越來越高的要求,尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題?,F有電力能源的來源主要有3種,即火電、水電和核電。


火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊藏量有限、越燒越少,正面臨著枯竭的危險。據估計,全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒將排出二氧化碳和硫的氧化物,因此會導致溫室效應和酸雨,惡化地球環境。水電要淹沒大量土地,有可能導致生態環境破壞,而且大型水庫一旦塌崩,后果將不堪設想。另外,一個國家的水力資源也是有限的,而且還要受季節的影響。太陽能屋頂發電站核電在正常情況下固然是干凈的,但萬一發生核泄漏,后果同樣是可怕的。前蘇聯切爾諾貝利核電站事故,已使900萬人受到了不同程度的損害;2011年3月11日13時46分,日本福島發生9.0級地震,引發震驚國際的福島核電站事故,造成核電站附近30公里成為無人區;方圓5公里的海洋資源將受到不同程度的影響或是海洋生物變異。新能源要同時符合兩個條件:一是蘊藏豐富不會枯竭;二是安全、干凈,不會威脅人類和破壞環境。找到的新能源主要有兩種,一是太陽能,二是燃料電池。另外,風力發電也可算是輔助性的新能源。理想能源照射在地球上的太陽能非常巨大,大約40分鐘照射在地球上的太陽能,足以供全球人類一年能量的消費??梢哉f,太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發電絕對干凈,不產生公害。所以太陽能發電被譽為是理想的能源。從太陽能獲得電力,需通過太陽電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同,具有以下特點:①無枯竭危險;②絕對干凈(無公害);③不受資源分布地域的限制;④可在用電處就近發電;⑤能源質量高;⑥使用者從感情上容易接受;⑦獲取能源花費的時間短。不足之處是:①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面積;②獲得的能源同四季、晝夜及


陰晴等氣象條件有關。但總的說來,瑕不掩瑜,作為新能源,太陽能具有極大優點,因此受到世界各國的重視。要使太陽能發電真正達到實用水平,一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本,二是要實現太陽能發電同的電網聯網。


太陽能電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶態硅三種。單晶硅太陽電池變換效率最高,已達20%以


上,但價格也最貴。非晶態硅太陽電池變換效率最低,但價格最便宜,今后最有希望用于一般


發電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達到10%,每瓦發電設備價格降到1-2


美元時,便足以同其他的發電方式競爭。估計本世紀末便可達到這一水平。


當然,特殊用途和實驗室中用的太陽電池效率要高得多,如美國波音公司開發的由砷化鎵半導


體同銻化鎵半導體重疊而成的太陽電池,光電變換效率可達36%,快趕上了燃煤發電的效率。但


由于它太貴


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