太阳能电池板的工作原理

2017-11-16

太阳能电池中最重要的部件是通常由硅晶体组成的两层半导体材料。晶体硅本身并不是一个非常好的导电体，但是当有意添加杂质时，一种称为掺杂的过程就是为产生电流而设置的。

PV电池的底层通常掺杂有硼，其与硅键合以促进正电荷(P)，而顶层掺杂有与硅键合以促进负电荷(N)的磷。

所得“p型”和“n型”半导体之间的表面称为PN结(见下图)。在该表面处的电子运动产生电场，其允许电子仅从p型层流动到n型层。

当太阳光进入电池时，其能量使电子在两层都松散。由于层的相反电荷，电子想要从n型层流到p型层。但PN结处的电场阻止了这种情况的发生。

然而，外部电路的存在为n型层中的电子传播到p型层提供了必要的路径。流经该电路的电子(通常是沿着n型层顶部的细电线)为电池的所有者提供电力。

大多数光伏发电系统都是基于一边几英寸的独立方格。单独一个单元就会产生非常小的功率(几瓦)，所以它们被组合在一起成为模块或面板。然后，面板可以作为独立的单元使用，也可以分组到更大的阵列中。

　　有三种基本类型的太阳能电池：

单晶电池：由长圆筒制成，切成薄片。虽然这个过程是能源密集型的，并使用更多的材料，它会产生效率最高的电池，这些电池能够将最大的阳光转换为电力。在一些实验室测试中，由单晶电池制成的模块的效率可高达23%。单晶占全球PV市场的三分之一以上。

多晶硅电池：由铸造成锭的熔融硅制成，然后切成正方形。虽然生产成本较低，但电池效率也较低，最高组件效率接近20%。多晶硅电池约占全球光伏市场的一半。

薄膜电池：包括将材料(非晶硅，碲化镉或其它)喷涂或沉积到薄膜的玻璃或金属表面上，使得整个模块一次完成而不是组装单个电池。这种方法导致效率较低，但可以降低成本。薄膜电池约占全球光伏市场的百分之十。

如何将太阳能整合到电网中

向太阳能发电量较大的电力系统过渡可带来诸多好处。包括小型分布式太阳能(主要是屋顶系统)和大型光伏系统在内的技术范围对于房主，企业和公用事业来说具有不同的优势。

屋顶太阳能电池板产生的电力首先提供现场需求，电网根据需要提供额外的电力。当家庭或企业产生更多的电力而不是消耗电力时，电力就会反馈回电网。

屋顶太阳能 为电网提供的最大好处之一就是它经常在何时何地产生电力是最有价值的。例如，在很多地区，电力系统的需求在炎热，阳光明媚的日子，空调使用率高以及屋顶太阳能表现强劲时下午达到高峰。因此，这些系统帮助公用事业满足高峰需求兵不血刃了很少使用的发电厂是既昂贵又比大多数其他[选项污染较严重的。

屋顶系统还可以减少配电和输电设备的压力，允许家庭和企业首先在现场进行供电，而不是完全依靠电网。其优点是双重的：使用现场电源避免了远距离运输电力的低效率，现场系统可能使电力公司推迟对基础设施进行昂贵的升级。

与屋顶太阳能不同，大型太阳能系统将其电力直接馈入高压电网，并因此与美国电力系统发展的集中式发电厂有一些相似之处。

像屋顶系统一样，大规模的光伏发电系统在需求最大的时候也能够以最高容量运行。此外，光伏技术固有的模块化特性有助于使光伏系统比他们所取代的传统发电厂更能适应极端天气。当系统的一部分被损坏时，大型煤炭，天然气和核电站容易出现级联故障。随着大规模的光伏发电，即使一个太阳能项目的一部分损坏，大部分系统仍有可能继续工作。

虽然大型太阳能系统依赖于可能受到极端天气影响的输电线路，但项目本身在事件发生后很快就会恢复使用。