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高效光伏發(fā)電

返回列表 來源：陽光工匠發(fā)布日期： 2021.06.30 瀏覽次數(shù)：

太陽能光伏發(fā)電是一種把太陽光轉(zhuǎn)換為電能并以電力形式輸出的發(fā)電方式。其基本原理是，利用PN結(jié)半導(dǎo)體受到光照就會產(chǎn)生電壓的物理現(xiàn)象來輸出電流。日本的《JIS C 8960光伏發(fā)電術(shù)語》對其進(jìn)行了準(zhǔn)確定義，即“將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式。一般采用基于光伏效應(yīng)的太陽能電池”。

截至2012年，市場上銷售的一般的晶體硅太陽能電池的最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到20％，各研究機(jī)構(gòu)及廠商還在為了提高轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行多方面研發(fā)。日本NEDO（獨立行政法人新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)）正在實施“創(chuàng)新性光伏發(fā)電技術(shù)研發(fā)”計劃（期間為2008年度～2014年度），提出“探索利用新材料和新構(gòu)造等使‘轉(zhuǎn)換效率超過40％’以及‘使發(fā)電成本與普通電力相當(dāng)（7日元/kWh）’的實現(xiàn)方法，以驗證可行性為目標(biāo)進(jìn)行研發(fā)”。

太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率是表示輸入一定光能時能夠輸出多少電能的指標(biāo)，定義式如下。

轉(zhuǎn)換效率（％）＝輸出電能（W）÷太陽光能（W）×100

另外，日本國家標(biāo)準(zhǔn)還制定了光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率的測量方法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（JIS C 8910～8919等），規(guī)定了測量時的溫度、光線強(qiáng)度、模擬太陽光的光線波長成分等，并成為了全球通用的測量條件。

提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率會帶來哪些好處呢？光伏發(fā)電的發(fā)電量與太陽能電池面板的面積、日照時間及轉(zhuǎn)換效率成正比。因此，在獨棟住宅的屋頂?shù)劝惭b面積有限的地方，提高效率有助于增加發(fā)電量。但是，如果太陽能面板價格昂貴，就算“單位安裝面積的發(fā)電量”比較高，但換算成“單位投資額的發(fā)電量”時就沒有優(yōu)勢了。

提高轉(zhuǎn)換效率的方法有以下幾個。

（1）改進(jìn)材料和構(gòu)造

太陽光中含有多種波長的光，而目前太陽能電池最常用的硅材料無法將波長大于紅外線（波長大于1.1μm的光線）的光轉(zhuǎn)換為電能。可有效轉(zhuǎn)換為電能的波長因材料及晶體結(jié)構(gòu)不同而異，因此業(yè)界通過采用硅以外的材料（比如砷化鎵：GaAs等），將其他波長的光轉(zhuǎn)換成電能，或者重疊多種材料，將太陽光中含有的多種波長的光有效地轉(zhuǎn)換成了電能。2012年5月夏普發(fā)布的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到全球最高的43.5％的太陽能電池單元就重疊了三種化合物。

此外，目前業(yè)界正在研究的量子點構(gòu)造可將以前無法通過半導(dǎo)體晶體輸出能量的波長的光轉(zhuǎn)換為電能，也是一項備受期待的可大幅提高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)。

（2）改進(jìn)光線照射到太陽能電池的方法

光伏發(fā)電可以采用的方法是，利用透鏡等聚光裝置使太陽光會聚到太陽能電池單元，從而使大量太陽光照射到太陽能電池單元上。盡管太陽能電池單元單位面積的轉(zhuǎn)換效率提高，但聚光裝置也需要一定面積，所以實用化時的“安裝面積”往往大于電池單元面積的合計值。