工厂屋顶轻量化光伏发电发电量

太阳能原理

光生伏打效应在液体和固体物质中都会发生，但是只有固体（尤其是半导体PN结器件）在太阳光照射下的光电转换效率较高。利用光生伏打效应原理制成晶体硅太阳能电池，可将太阳的光能直接转换成为电能。太阳能的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池，是太阳能系统的基础和核心器件。太阳能转换成为电能的过程主要包括3个步骤：

(1)太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子一空穴对，称为“光生载流子”，两者的电极性相反，电子带负电，空穴带正电。

(2)电极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)光生载流电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。

其基本原理就是“光伏效应”。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。

光生伏特效应

如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。

线缆的保养

线缆承担着传输能量的重任，其连接必须十分牢靠，在大风，大雨，暴晒等极端天气过后，需要检查线缆是否连接牢固，特别是直流的光伏接线头，一旦松动，轻则影响发电，重则因连接不紧，导致其发热烧毁。

我国有非常丰富的太阳能资源。太阳能资源与太阳的辐射、经纬度和云量直接有关。阳能资源随着时间和地点的变化而产生改变，一年四季每时每刻都不一样。由于太阳光入射角度的倾斜和在到达地面前必须穿过很厚的大气层，纬度越高，太阳能资源越着。我国拥有最好太阳能资源的地方是西藏、青海、甘肃和宁夏等（可参看太阳能资源分布图），在这些地区，年日照时间都在2200小时以上，是非常有利用价值的。

太阳能发电的优势

通过对生物质能、水能、风能和太阳能等几种常见新能源的对比分析，可以清晰地看出太阳能发电具有以下独特优势。

(1)具有经济优势

可以从两个方面看太阳能利用的经济性：一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能的利用已具经济性。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能技术的突破，太阳能利用的经济性将会更加明显。如果说20世纪是石油的世纪，那么21世纪则是可再生能源的世纪（太阳能的世纪）。

从太阳能站建设成本来看，随着太阳能的大规模应用和推广，尤其是上游晶体硅产业和技术的日趋成熟，建筑房顶、外墙等平台的复合开发利用，每千瓦太阳能的建设成本越来越低，相比其他可再生能源已具有同样的经济优势，而且随着国家平价的政策推行，其普及会越来越广。

(2)太阳能是取之不尽的可再生能源

根据计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892x10^24吨，是目前世界主要能源探明储量的1万倍。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳能可源源不断供给地球的时间可以说是无限的，这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。

(3)对环境没有污染

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。由于传统化石燃料（煤、石油和天然气）在使用过程中排出大量的有毒有害物质，会对水、土壤和大气造成严重污染，形成温室效应和酸雨，严重危害人类的生存环境和身体健康，因此急需开发出新的比较清洁的替代能源，而太阳能作为一种比较理想的清洁能源，正受到世界各国的日益重视。

从目前各种发电方式的碳排放率(g/kW·h)来看，不计算其上游环节：煤发电为275g/kW·h,油发电为204g/kW·h,天然气发电为181g/kW·h,风力发电为20g/kW·h,而太阳能则接近零排放。并且，在发电过程中没有废渣、废料、废水、废气排出，没有噪声，不产生对人体有害的物质，不会污染环境。

(4)能量转换环节最少

从能量转换环节来看，太阳能是直接将太阳辐射能转换为电能，在所有可再生能源利用中，太阳能的转换环节最少、利用最直接。一般来说，在整个生态环境的能量流动中，随着转换环节的增加、转换链条的拉长，能量的损失将呈几何级增加，并同时大大增加整个系统的建设、运行成本和不稳定性。目前，晶体硅太阳能电池的光电转换效率实用水平为15%-20%,实验室最高水平已达35%。

(5)最经济、最环保

从资源条件尤其是土地占用来看，生物能、风能是较为苛刻的，而太阳能利用则很灵活。如果说太阳能占用土地面积为1,风力则是太阳能的8-10倍，生物能则达到100倍。就水电而言，一个大型水坝的建成往往需要淹没数十平方公里到上百平方公里的土地。相比而言，太阳能发电不需要占用更多的土地，屋顶、墙面都可成为太阳能利用的场所，还可利用我国广阔的沙漠，通过在沙漠上建造太阳能基地，直接降低沙漠地带直射到地表的太阳辐射，有效降低地表温度，减小蒸发量，进而使植物的存活和生长在相当程度上成为可能，稳固并减少沙丘，又向大自然索取了所需的清洁可再生能源。

(6)可免费使用且无须运输

人类可以通过专门的技术和设备将太阳能转化为热能或电能，就地加以利用，无须运输，为人类造福。而且人类利用太阳能这一取之不尽的能源也是免费的。虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。