太阳能的使用方法

【专家解说】：2008-10-19 21:13太阳能发电的原理？还有太阳能发电板是什么材料制作的？ 这是半导体物理中涉及的问题。 物质根据导电性可以分为：导体，半导体和绝缘体。 从物质内部结构来讲，物质的导电性是由电子运动引起的。 如果物质内部所有能级都被电子所填充，那么电子就没有运动空间，也就不会导电，也就是绝缘体。 如果物质内部有一部分能级是空的，而另一部分被电子所填充，那么，在没有外界影响的状态下，电子会处于基态，也就是能量最低的状态，与最低能级相对应，这时高能级就是空的，在有外界能量输入时，低能级上的电子吸收能量跃迁到高能级，就发生了电子的运动，具有了导电性。 太阳能电池是由光敏半导体材料制成的，多数好象使用硅的化合物。 真正的太阳能电池与我们印象中的是不同的。一般人认为他应该是一个很光华的表面，但实际上，为了使吸收光照射的面积增大，硅板的表面需要通过蚀刻的方法在表面做出许多毛尖，使表面变的粗糙，因为光的利用率比较低。 太阳能电池发电原理： 太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。 晶体硅太阳能电池的制作过程： “硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。 太阳能电池的应用： 上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势 光能转化为电能的具体过程和这体现了什么物理学原理?最好请附图片. 阳能电池系一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，其将高纯度的半导体材料加入一些不纯物使其呈现不同的性质，如加入硼可形成 P 型半导体，加入磷可形成 N 型半导体，PN 两型半导体相结合后，当太阳光入射时，产生电子与电洞，有电流通过时，则产生电力，发电原理可参考下图。由於单一太阳能电池所输出的电力有限，为提高其发电量，将许多太阳能电池经串并联组合封装程序后，做成模板，成为太阳能电池模板 ( Solar Module ) 。太阳能电池的发电能源来自於光的波长。太阳光是一种全域波长。此外白炽灯的波长与日光灯的波长不同。而太阳能电池以阳光或白炽灯之波长为较适用。而且太阳能电池有三种，其中太阳能电子计算机上的太阳能电池是属於「室内型的非晶」，如果长期拿到户外曝晒，且串并联为较大电压及电流时，将导致其内部连结组织烧断而损坏 太阳能电池（soler cell)亦称光伏打电池把太阳能直接转换成电能的半导体器件，当太阳光入射时被吸收的光子使PN节的2侧P区和N区产生电子－空穴对，由于扩散而直达空间电荷区，在PN结的强电场作用下而分离，电子移向低电位N区，空穴移向P区，由于电子和空穴的积累，P区和N区间就产生了光生电动势。太阳能电池目前造价太高，家庭使用不合算 （转） 简单的说吧。就是由于光子的能量照射到硅和锗构成的半导体PN结中的电子孔穴位置，而电子就会产生迁跃，从而在两端的半导体硅中产生电压，如果该电压形成回路，则产生电流。 duoJInggul to一yongnengd一oneh- 多晶硅太阳能电池(polyerystaline一silicon solar cen)用多晶硅材料制成的pn结太阳能电 池。多晶硅是由许多细小的单晶顺粒非定向排列而成， 所以它的许多基本特性都和单晶硅相同。主要区别是 多晶硅中的单晶颗粒之间存在着晶界，而晶界往往有 许多非晶态硅原子和杂质原子。紧邻晶界的晶粒中，位 错、缺陷、应力、应变也较多，使得多晶硅中由人射光 激发而产生的光生载流子的寿命比较短，因而多晶硅 太阳能电池中的复合电流大，开路电压、短路电流、填 充因子及效率均没有单晶硅电池高。而一般的光电特 ~10种硅带技术在研究，其中有四种比较成熟，即:① 定边喂膜法(EFG);②跳状枝晶法(DB);③硅筒法 (SB);④电喷法。这四种方法获得的带硅厚约200料m. 沿带硅生长方向看，晶较取向比较一致，而沿带宽方向 看，晶向比较复杂，所以常称这种有纤维状晶体结构的 带硅为半晶硅。用半晶硅片制成的太阳能电池，平均效 率已突破10%，有的已达15%。其中:①定边喂膜法， 是用刻有狭缝的石墨模具浸人硅熔液，靠毛细现象，硅 液沿狭缝上升，用籽晶硅片把硅液沿狭缝冷凝后向上 拉伸，即得到等宽等厚的带硅;②跳状枝晶法，是用两 根细籽晶平行伸入硅熔液，靠表面张力，硅液在籽晶之 间形成一个蹼状弯月面状的硅膜，把籽晶向上提伸.这 种蹼状硅膜同时伸长，形成蹼状带硅;③硅筒法，是用 宽约125 mm、厚约0.2 mm的9片籽晶，围成8边形， 伸人硅熔液，然后向上提拉，即可得到一个8边形的硅 筒，用激光分割后，即可得到厚度均匀、质量较好的硅 片。由于硅筒生长速度快、切片损耗低，用硅筒基片制 成的太阳能电池的效率已达12%~14.5%，因而已具 备产业化的条件;④电喷法，是由多晶硅粉末电喷到耐 高温衬底上，形成宽60cm、长数米、可以绕曲的多晶 硅带。用这种电喷多晶硅带材料制成的光伏组件，典型 的参数为:输出功率尸。、匕90Wp，短路电流I、一5.8 A，开路电压Voc二21.gV，几何尺寸(LxwxH)- 1633 mm派660 mmX35mm。 (5)太阳级硅:一般认为它是一种能够制造出效率 大于10%的太阳能电池用的廉价硅.虽然已经花费了 巨额经费摸索了多种杂质元素对太阳能电池的影响， 但是至今尚无关于太阳级硅的精确定义。目前正在设 法从沸腾床反应炉和从冶金硅直接纯化法制备太阳级 硅。用锌催化从沸腾床反应炉产出的高纯颗粒状多晶 硅，已可用作硅太阳能电池的原料。 性和制作工艺与单晶硅太阳能电池相同. 因为拉制单晶硅需要消耗大量能源以及昂贵的高 纯石英增祸，人们从20世纪60年代起探索以多晶硅 作为制造太阳能电池的材料。其中主要有: (l)薄膜多晶硅:在廉价的衬底(如冶金硅、石墨、 陶瓷以至于金属)上，用化学汽相沉积(VCD)法、等 离子增强的化学汽相沉积(PCDV)法和金属有机物化 学汽相沉积(M〔X二VD)法，生长一层20~50拌m的多 晶薄层，由此做成的多晶硅太阳能电池效率已大于 10肠。 (2)铸锭多晶硅:用石墨增涡把熔融硅定向冷却， 以获得晶界纵向排列、晶粒粗大的多晶硅锭，用多线切 俐机或内圆切割机切成。.2~0.4讯m厚的大面积多 晶硅片。以此制成的多晶硅太阳能电池，效率已达 17%~18写.与拉制单晶硅相比，这种铸锭硅生产周期 短、产t大(单个铸锭已达240 kg)、价格低。在德国， 这种太阳能电池已经开始取代单晶硅成为第二代实用 ┌—┬—┬—┬——┬—┐ │ │ │ │ │ │ │ │ ├—┼——┼—┤ │ │ │! │盯- │ │ └—┴—┴—┴——┴—┘ 柱形晶粒的多晶硅 太阳能电池 的太阳能电池。图示为 这种多晶硅太阳能电 池的示意图. (3)片状多晶硅: 当液体硅滴到旋转的 平台上，很快可以形成 一片厚约0.1~o·2 mm的多晶硅片。用这种称为滴转法制成的多晶硅太 阳能电池，效率已突破10%. (4)带状多晶硅:直接从硅液中拉出多晶带作为电 池的羞体材料，然后用激光切割成方形太阳能电池基 片.它不擂机械切割，可节省一半硅材料，还可节省为 消除机械切割损伤所必需的清洗、腐蚀试剂和人工。这 种降低成本的途径已引起人们的注意，至少已经有8 磁在发电机和电动机中的应用 我们生活在电气化时代。但是电能是如何得到的？一般说来，电能是从其他能量如热能、水的动能、原子能等转换成电能的，即先将这些能量通过热机或水力机转换为机械(动)能，再把机械能转换为电能。这种将机械能转换为电能的机械称为发电机。为了减少电能在长途传送途中的损失，必须将电能的电压提高、电流减小，这就需要把电压升高的升压变压器，或称高压变压器。当电能经高压输送到使用地后，为了使用方便和用电安全，又必须把高压电的电压降低。这就需要把电压降低的降压变压器，或称低压变压器。不论升压变压器或降压变压器都离不开磁的应用。在电能应用中，很多是应用于动力机械，这就是将电能转换为机械(动)能。将电能转换为机械动能的机械称为电动机。 发电机是由磁铁系统、在磁性材料上绕有电流线圈的电枢和使电枢转动的转动机械构成的。发电机工作时，转动机械使电枢旋转，电枢上的线圈在磁铁系统产生的磁场中旋转，切割磁场的磁力线时，根据电磁感应作用原理，便会在线圈中产生感应电动势，在这电流线圈为通路时便会产生电流。这样发电机便开始发电了，图5(a)便是发电机的工作原理图。 图5 发电机与电动机 作用原理示意图 电动机的构造是同发电机的构造相似的，也是由磁铁系统、在磁性材料上绕有电流线圈的电枢和使电枢转动的转动机械构成。但电动机工作时，是从外部电源在电枢的电流线圈中通过电流，根据电动机作用原理，电枢便会受磁场作用而转动。图5(b)便是电动机的作用原理示意图。 变压器的构造是在磁性材料制成的磁芯上绕上两组通电流的线圈，称为绕组，其中一组是输入电流，称为输入绕组或称初级绕组；另一组是输出电流，称为输出绕组或称次级绕组。输入电压和电流通过电磁感应使变压器磁芯磁化，磁化的变压器磁芯又通过电磁感应使次级绕组产生输出电压和电流。根据电磁感应原理，输入电压与输出电压之比同输入绕组匝数与输出绕组匝数成正比，而输入电流与输出电流之比则同输入绕组匝数与输出绕组匝数成反比。 从发电机、电动机和变压器的结构和工作原理都可以看出：磁的使用都是十分重要和不可缺少的。但同时也应特别注意，磁的作用只是在发电机、电动机和变压器的能量变换和转移中起着重要的作用，它并没有产生能量。