太阳能电池发电的原理简单来说是光生伏打效应,光伏发电系统成本的60%以上来自太阳能电池

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太阳能电池发电的原理简单来说是光生伏打效应,光伏发电系统成本的60%以上来自太阳能电池

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发布时间:15-01-07 16:49分类:技术文章 标签:太阳能
随着社会生产的日益发展,对能源的需求量不断增长,全球范围内的能源危机日益突出。传统的能源,尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限,不合理地使用传统能源,不仅使能源在21世纪内濒临枯竭,产生能源危机,还会造成全球的环境问题。因此,新能源应用正成为全球的热点。太阳能作为一种清洁的可再生能源。太阳能开发利用的巨大潜力推动着太阳能光伏发电技术不断向前发展。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分得到了众多*政府的大力扶持。20世纪70年代以来美国、德国、日本等国政府陆续出台相关政策加大太阳能光伏发电产业的发展力度使得光伏发电产业高速发展。根据欧盟联合研究中心的预测到2030年太阳能光伏发电在总电力供应中将达到10%以上,到2040年这一比例将达到20%以上,在不远的未来将成为能源供应的主体。
光伏发电系统原理
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。太阳能电池发电的原理简单来说是光生伏打效应。当太阳光(或其他光)照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子-空穴对。在电池内建电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这*是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载*有“光生电流”流出,从而获得功率输出。这样,太阳的光能*直接变成了可以付诸实用的电能。
太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括为如下3个主要过程:①太阳能电池吸收一定数量的光子后,半导体内产生电子-空穴对,称为“光生载流子”,两者的电性相反,电子带负电,空穴带正电;②电性相反的光生载流子被半导体PN结所产生的静电场分离开;③光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集,并在外电路中产生电流,从而获得电能。
太阳能光伏发电的运行方式
通过太阳能电池(又称光伏电池)将太阳辐射转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统(又称太阳能光伏发电系统)。其发电系统可以分为:*立运行和并网运行两种方式。
–太阳能*立运行光伏系统
下图为一*立光伏发电系统的结构示意图。光伏发电系统由太阳能电池、阻塞二极管、调节控制器和蓄电池组成。
–太阳能电池方阵
太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件,其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接代表了整个光伏发电系统的发电性能。电池板尺寸大小的选择服从太阳能光伏阵列造型由单体太阳能电池封装成满足一定电压和功率的小组合,根据需要可由小组合构成太阳能电池光伏发电系统方阵,太阳能电池方阵工作电压一般为负载工作电压的1.4倍。
–阻塞二极管
阻塞二极管的作用是避免太阳能方阵不发电或出现短路故障时蓄电池通过太阳能电池放电。它串联在太阳能电池方阵电路中起单向导通的作用。
–储能蓄电池组
太阳能电池方阵只有在光照射时才有功率输,到晚上或阴雨天由于没有光线不能输出功率,平时将太阳能电池方阵有光时发的电能储存起来,供晚上或雨天无光照时应用,所以太阳能光伏发电系统要装备储能蓄电池。
太阳能光伏发电系统中的储能蓄电池具体有两个方面的作用:一是储能;二是确定太阳能光伏发电方阵的工作点和起到一定钳位和稳定作用,不管方阵电压随光照如何变动,输出电压一定被钳位在蓄电池电压上。应用*广、数量*多的蓄电池是铅酸蓄电池。
–调节控制器
调节控制器是光伏发电系统的核心部件之一。其主要功能是防止方阵对蓄电池过充电或防止蓄电池对负载过放电。调节控制器又起到以下的作用:(1)当蓄电池过充或过放时,可以报警或自动切断电路,保护蓄电池。(2)接需要设置高精度的恒压或恒流装置。(3)当蓄电池有故障时,可以自动切换接通备用蓄电池,以保证负载正常用电。(4)当负载发生短路时,可以自动断开。(5)与交流电网同步以保证并网的可靠性。

发布时间:14-12-12 17:06分类:技术文章 标签:紫外可见分光光度计
紫外可见分光光度计的原理是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用,对物质进行定性分析,定量分析及结构分析,所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中的特定波长的光而产生的吸收光谱。根据所吸收光的波长区不同,分为紫外分光光度法和可见光光度法,合称为紫外可见分光光度法。
紫外可见分光光度法是研究物质在紫外可见光波下的分子吸收光谱的分析方法,在光的性质中200-400nm波长的光叫做紫外(UV),从400-800nm叫做可见(VIS),从800nm到近1毫米是红外(IR)。仅可见光才能被我们的眼睛看见,而包含所有波长的光,包括紫外,可见光和红外叫做白光(例如太阳光),太阳光发出的白光可以通过棱镜滤光片等分成七种类似彩虹的颜色,白光即包含所有波长的光,单色光即单波长的光。
根据朗伯比尔定律:A=kbc表明:一定温度下,一定波长的单色光通过均匀的、非散射的溶液时,溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。
A=kbc式中: A:吸光度;描述溶液对光的吸收程度;
k:摩尔吸光系数,单位L·mol-1·cm-1;
b:液层厚度(光程长度),通常以cm为单位;
c:溶液的摩尔浓度,单位mol·L-1;
我们可以举个小例子来说明一下,有甲乙两个相同材质的玻璃杯,其中甲装有洁净的水而乙装的是浑浊的水把它们放在靠窗的地方,这时甲可以透过大部分的光,而乙则没有那么多光透过,在这里透过的光的比率称为透射比,透射比通常以百分比形式来表示(%T)相反的从窗口透过的的光被吸收比率*叫做吸收率(Abs)。
物质对光的吸收是选择性的,利用被测物质对某波长的光的吸收来了解物质的特性,通过测定被测物质对不同光的吸收强度,以波长为横坐标,吸光度为纵坐标即可得出该物质在测定波长范围的吸收曲线。在吸收曲线中,通常选用*大吸收波长进行物质含量的测定。例如苹果是红色的,为什么苹果看上去是红色的而不是别的颜色?*好比我们对某种颜色喜欢一样,物质对颜色也有偏好,当某种物质暴漏包含各种颜色的光中时,它吸收并仅保存了光中它*喜欢的颜色,它不喜欢的颜色被反射,这*形成了我们眼中看到的某种物质的颜色。
根据这一特性我们即可通过颜色密度来对物质进行定量分析以此来测定某种物质(溶液)的含量,例如我想测自来水里的铁,通常无法直接采用分光光度法进行测量,因此在这种方式测定中需要添加与目标物质反应显色的着色试剂,里面含铁越多则颜色*越深(高吸光度)少则相反。这时我们需要配置标准溶液的校正曲线,从低到高来测量标准浓度的吸光值获得该测量的校正曲线。在定量分析中还要考虑物质的吸收波长,通过观察测量已经着色的吸收光谱来选择吸收*大而相对平滑的波长(现在多数仪器已能自动测量物质的*佳吸光率如HACH的DR3900)。
实际测量时光谱与测定条件也有密切的关系,测定条件如温度,溶剂极性等不同,吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变化。对于溶剂的选择要注意尽量选用低极性溶剂同时能很好的溶解被测物,并形成溶液具有良好的化学性质和光化学的稳定性,溶剂在样品的吸收光谱区无明显的吸收并注意保证实践条件的一致性,这样既能保证*小误差又可达到*佳的测量结果。

发布时间:15-01-07 17:03分类:技术文章 标签:太阳能光伏
太阳能光伏发电的几个关键问题
发展太阳能光伏发电产业的关键问题包括光伏电池技术、光伏发电成本、光伏发电政策以及光伏电网的接入等。
–光伏电池技术
光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部件。光伏电池大规模应用需要解决2大难题:
提高光电转换效率和降低生产成本。太阳能光伏电池通常用晶体硅或薄膜材料制造,前者由切割、铸锭或者锻造的方法获得,后者是一层薄膜附着在低价的衬背上。晶体硅仍是当前太阳能光伏电池的主流。晶体硅电池包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。单晶硅电池的实验室*高转换效率可达24.7%,商业化电池效率为16%~20%。多晶硅太阳能电池的实验室*高效率也超过了20%,商业化电池效率为15%~18%。除效率外,电池的厚度也很重要。降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施。硅片的平均厚度已从2003年的0.23mm减小到2007年的0.18mm。下表为2003—2007年各类太阳能产量MW
太阳能电池主要有六种:单晶硅、多晶硅、HIT(HIT太阳能电池为三洋电机采用特殊结构、结合结晶型及薄膜型特点研发而成的太阳能电池)、非晶硅、铜铟镓硒和碲化镉电池。在对能量产出要求比较均衡的情况下,单晶硅、HIT组件在太阳辐射较高时性能*优,适合在太阳辐射强、多晴天的地区使用;在太阳辐射量较高、少云或多云地区,碲化镉有优势;多晶硅和铜铟稼硒受太阳辐照影响较大,不适合在太阳辐射变化大、四季分明的地区使用;非晶硅在太阳辐射较低、多阴雨地区才能显现优势。
–光伏发电成本
光伏发电何时达到平价上网(即光伏发电的成本达到常规能源发电电价的水平)是一个备受关注的问题。*发改委能源研究所提出,所谓平价上网有2个概念,即输电侧上网和配电侧上网。配电侧上网也即自发自用,可以与电网销售电价比较(我国销售电价为0.5~1元/(kW·h)
),这表明光伏发电自用更容易实现“平价上网”。但如果是输电侧中高压并网,因我国常规电力上网电价一般仅为0.3元/
(kW·h),要在这个水平上达到平价上网还有相当的难度。光伏发电系统成本的60%以上来自太阳能电池。2006年,并网光伏发电系统成本约为5万元/kW,系统各部分成本比例见下表。
–光伏发电政策
政府的政策导向将决定光伏产业的发展水准和市场需求。由于原材料硅的价格下跌导致光伏发电价格从2008年10月快速下降,但目前光伏市场仍然是由政府和政策驱动的。下面介绍一下各国光伏发电主要扶持政策以及2008年后所做出的调整。
德国在*后实施“一千屋顶计划”和“十万屋顶”计划基础上,于2000年1月颁布实施了与“全网平摊”相配套的《可再生能源上网电价法》,对光伏发电实施0.99马克/(kW·h)的上网电价。
日本于1974年开始执行阳光计划,把光伏发电作为*电力未来的重要组成部分。2008年6月,日本又开始讨论重新启动对光伏系统进行补贴,7月即公布了《低碳社会行动方案》。同年11月又发布了《推广太阳能发电行动方案》。光伏业界普遍看好日本2009年后的光伏市场。
西班牙于2004年后对太阳能等可再生能源电力实施了高补贴电价政策,极大地刺激了西班牙光伏市场的迅速增长。2008年西班牙成为光伏市场发展*快的*,累计容量排名第2。在达到政府规定的市场容量后,西班牙政府于2008年9月对电价水平进行调整,直接对本国新增市场规模进行控制。
美国政府早在20世纪90年代提出“百万屋顶”计划刺激本国光伏发电市场。美国光伏市场的发展主要得益于5类经济政策的共同作用,即净电表制、生产税返还、投资税抵扣、配额制和税收优惠。这些经济政策的刺激加速了美国光伏产业的发展,2008年美国在全球新增光伏市场中以400MW排名第3,装机总容量达到1410MW。目前新的联邦投资抵扣税政策和《2009经济刺激法案》出台,但美国国内仍对是否使用财政资金大规模发展光伏发电存在争议,美国光伏市场前景存在不确定性。
中国的太阳能光伏市场总体发展速度比较缓慢。“六五”和“七五”期间,*对光伏市场的发展给予支持。近期中国政府推出一系列的光伏发电刺激政策。2009年3月,财政部联合住房和城乡建设部发布了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》、《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》,支持开展光电建筑应用示范,实施“太阳能屋顶计划”;6月发布的《新能源产业振兴规划征求意见稿》提出2020年建成30
GW的光伏发厂;7月,财政部、科技部、*能源局联合宣布在我国正式启动金太阳示范工程。政府的大力支持使得各方普遍看好中国光伏市场的前景。
–电网接入问题
随着光伏发电的快速发展,如何接入电网成了一个关键的问题。对于光伏电站的并网要求,国际上已经有了很多标准,中国的标准分散在一些传统标准之中,大多只是对电压和电流的谐波、电压和频率偏差、电压波动和闪变、直流分量和功率因数的要求。在光伏电站容量较小时,这些参数要求基本适用。但是,当光伏电站的规模越来越大(几十甚至上百兆瓦)时,*必须考虑光伏电站接受电网调度以及参与电网管理等方面的因素,具体包括低电压穿越、无功补偿、有功功率降额等。

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