海南太陽能板睡覺的正確姿勢
發(fā)布時間：2023-06-09 點擊量：421
1849年，“光－伏”（photo-voltaic）一詞出現(xiàn)，意指由光產(chǎn)生電動勢。到了1950年代，隨著人們對半導(dǎo)體物理性質(zhì)的逐漸了解，美國貝爾實驗室于1954年發(fā)現(xiàn)，在硅中摻入一定量的雜質(zhì)，會使其對光更加敏感，并制作出了第一個有實際應(yīng)用價值的太陽能電池。
發(fā)電靠太陽
（圖源：blog.sciencenet.cn）
在摻雜的雜質(zhì)作用下，P型硅材料具有較多帶正電的空穴，而N型硅則具有較多帶負電的電子。電子和空穴相對擴散、復(fù)合，在P型和N型硅材料的接觸表面產(chǎn)生一個由N型硅指向P型硅的內(nèi)建電場。當(dāng)入射的太陽光被吸收時，內(nèi)建電場處產(chǎn)生的電子將會受電場作用而移動至N型硅處，空穴則移動至P型硅處，在兩側(cè)分別累積。若以導(dǎo)線相連，就可以產(chǎn)生電流了。
雖然這么神奇的電池板可以直接把光轉(zhuǎn)換成電，但可不是什么光都可以的。事實上，太陽光（太陽輻射）在穿過大氣層到達地面的過程中，大氣中的空氣分子、水蒸氣、塵埃等會對太陽光產(chǎn)生吸收、反射、散射等作用，這些作用不僅會使太陽光的輻射強度減弱，還會改變輻射的方向和輻射的光譜分布。也就是說，到達地面的太陽光通常由直接太陽輻射和散射太陽輻射組成。
直接太陽輻射是指直接來自太陽，其輻射方向不發(fā)生改變的輻射。散射太陽輻射是指被大氣中的空氣分子、微塵、水汽等吸收、散射和反射的一部分太陽輻射。到達地面的散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。
（圖源：nengyuanjie.net）
在太陽電池組件工作的過程中，實際上主要是直接太陽輻射起到重要作用。換句話說，陽光普照的大晴天，就算偶然飄過的一朵云都會給正在工作的太陽電池帶來很大的影響。加上云層移動的不確定性，導(dǎo)致太陽電池的發(fā)電量也具有很大的不可預(yù)測性。
（更不用說接連飄過好幾朵云的情況了~ | 圖源：s7d2.scene7.com）
既然陰天和多云都會對太陽電池的發(fā)電效果產(chǎn)生那么大的影響，那晚上太陽落山之后呢？僅靠著月球反射的那一丟丟光亮，那自然是發(fā)不了電的了。要想讓晚上的萬家燈火用上太陽電池發(fā)出來的電能，我們把電池白天發(fā)出來的電儲存起來，等晚上再釋放，不就可以了嗎？那這個儲存方式，可得好好說道說道了呢~
用電靠儲能
儲能即能量的存儲，指通過介質(zhì)或者設(shè)備，利用化學(xué)或者物理的方法把能量存儲起來，根據(jù)應(yīng)用需求以特定能量形式釋放的過程，通常說的儲能是指針對電能的儲能。太陽能電站的電能存儲系統(tǒng)可在沒有太陽即太陽能電池?zé)o電能產(chǎn)出時提供電力。
考慮到太陽能發(fā)電的強烈波動性，目前多采取可以在短時間內(nèi)改變發(fā)電量的天然氣發(fā)電作為其互為補充的發(fā)電方式。一方面，太陽能發(fā)電可以降低天然氣使用量從而降低其發(fā)電成本，而另一方面，天然氣發(fā)電可以彌補太陽能的不穩(wěn)定性，兩者配合度極佳；此外，風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、抽水蓄能電站以及蓄電池、壓縮空氣儲能等都可以作為太陽能發(fā)電的互補發(fā)電形式。
（抽水蓄能電站利用勢能發(fā)電 | 圖源：wikipedia.org）
比如在南方地區(qū)比較常見的抽水蓄能電站，就是在山頂上修建一個水池，然后利用太陽能電池在白天發(fā)出的比較多的電能，把水提到高處的水池里，將電能轉(zhuǎn)換成水的勢能。但了晚上電池板不工作的時候，就可以將山頂上的這些水放到低處。在水往下流的時候，其重力做功，推動發(fā)電機工作，進而又將勢能轉(zhuǎn)化成了電能。
（傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)原理 | 圖源：iet.cas.cn）
再比如壓縮空氣儲能，白天利用太陽能電池發(fā)出的電能將空氣壓縮至高壓并存于儲氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲起來。到了晚上，將高壓空氣從儲氣室中釋放，進入燃燒室燃燒進行發(fā)電。此外，還有將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的存儲形式如蓄電池儲能等等。而我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔?，大多是由多種發(fā)電形式綜合運作、互相補充而提供的。
（太陽能發(fā)電上班時間約在早上九點到下午四點 | 圖源：xueqiu.com）
在我國的光伏儲能體系中，電網(wǎng)可以給蓄電池充電，蓄電池也可以給電網(wǎng)放電，所以其能量流動關(guān)系可用下圖來表示。光伏儲能系統(tǒng)能量管理的目標(biāo)是：能量資源與負荷需求的精確匹配。由于集合了不同的技術(shù)，重要的是采取正確的策略實現(xiàn)性能的最大化以及成本最小化。
（我國光伏儲能系統(tǒng)能量流動關(guān)系 | 圖源：公眾號坎德拉學(xué)院）
改進靠研究
鑒于目前太陽能發(fā)電裝置的種種不足，相關(guān)學(xué)者一直在探索一種更加合理的發(fā)電方式作為太陽能發(fā)電裝置的補充，盡量減少陰雨天氣以及夜間太陽能發(fā)電裝置的囧境。
目前市場上大量產(chǎn)的單晶與多晶硅的太陽電池平均效率約在15%上下，也就是說，這樣的太陽電池只能將入射太陽光能轉(zhuǎn)換成15%可用電能，其余的85%都轉(zhuǎn)換成了無法利用的熱能。通過運用新穎的元件結(jié)構(gòu)設(shè)計，嘗試引進新型材料，以及改進后續(xù)的封裝技術(shù)和光學(xué)技術(shù)，都可以達到增大太陽電池工作效率的目的。如熱光伏電池，不僅可以在白天額外吸收紅外波段的輻射，在夜間也可以將發(fā)熱物體作為紅外光源繼續(xù)工作，從而實現(xiàn)了太陽能電池在白天和夜晚都可以發(fā)電。
（一條狗的使命之紅外線照片 | 圖源：wikipedia.org）
除了夜晚外，陰天也同樣可以利用太陽電池發(fā)電。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員使用鈣鈦礦材料作為捕光設(shè)備，并使用一種有機空穴運輸材料取代傳統(tǒng)電池中使用的電解液。這一方法將太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率提高到了15%，在陰天和人造光環(huán)境下也具有較高的轉(zhuǎn)化效率。
加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校研究人員發(fā)明了一種利用熱電效應(yīng)在夜間發(fā)電的裝置，該裝置可以利用白天與夜晚溫度之間的差異，將溫差轉(zhuǎn)換為電能。
德國發(fā)明了一種“全天候”太陽電池，整個電池看起來就像一個透明的水晶球。它可以360°無死角地吸收太陽光，當(dāng)太陽光照射進入水晶球體內(nèi)，在其內(nèi)部會發(fā)生不斷的反射，直至太陽光被完全吸收。
此外，還有很多針對改進太陽電池發(fā)電效率的改進措施，終有一天，能夜間發(fā)電的太陽電池將不再是問題。
轉(zhuǎn)載：互聯(lián)網(wǎng)
