太陽能光伏led在西北地區(qū)的應(yīng)用前景研究-文庫吧
2025-04-17 04:18 本頁面
【正文】 .................................. 9 4 結(jié)論 ........................................................... 10 參考文獻(xiàn)： ......................................................... 12 物理與信息科學(xué)學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 1 引言 太陽是能量的天然來源。地球上每一個活著的生物之所以具有發(fā)揮作用的能力 ,甚至于是它的生存，都是由于直接或間接來自于太陽的能量。我們的地球處在離太陽差不多有一億英里的地方。它所截取的輻射能少到難以置信 （大約千萬分之三），這么小的一點能量， 實際上比整個世界目前現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬倍。目前全世界尤其是工業(yè) 發(fā)達(dá)國家 開始感到能量短缺，因此，人們開始求助于 太陽能 ，以解決能源危機 。 太陽能 資源豐富 ，而且數(shù)量龐大。作為一種不污染環(huán)境，又取之不盡的 新能源 ， 它無處不在。尤其是在 電力 供力方面，有專家認(rèn)為太陽能發(fā)電最終將在電力供應(yīng)中占 20%。為我們的照明用電提供豐富的資源。 目前，我國的室內(nèi)照明一般使用的是白熾燈和熒光燈，室外照明一般采用氣體放電燈。這些傳統(tǒng)燈具耗能較大，都是在高壓的環(huán)境下工作，極不安全，而且壽命短。隨著固體物理和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，第四代固體光源 LED 燈彌補了前三代照明光源的不足，使用壽命可達(dá) 50000 小時以上。半導(dǎo)體燈采用發(fā)光二極管作為新光源，同樣亮度下，耗電僅為普通白熾燈的十分之一，而使用壽命卻可以延長 100 倍。它綜合了太陽能與 LED 照明結(jié)合、 交流電與 LED 照明結(jié)合、風(fēng)光電互補結(jié)合三種照明技術(shù)，為目前節(jié)能照明技術(shù)提供了新方法。此外，由于 LED 燈本身的特點，可以減少火力發(fā)電所帶來的大量天然能源的消耗和環(huán)境的污染，也可以節(jié)約大量能源。 迄今為止我國仍有 2 800 多萬無電人口 ,分散居住在邊遠(yuǎn)落后的貧困地區(qū)。由于能源短缺 ,至今也沒有解決供電問題 ,特別是西北地區(qū) ,由于氣候干旱 ,土地荒漠化 ,草原退化的情況越來越嚴(yán)重 ,生態(tài)環(huán)境日益惡化 ,嚴(yán)重阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展。同時西北地區(qū)的太陽輻射強 ,日照時間長 ,太陽能資源豐富。因此 ,利用太陽能光伏技術(shù)與 LED照明系統(tǒng)便可以 解決西北地區(qū)的這一大難題。 物理與信息科學(xué)學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 2 1 太陽能光伏技術(shù) 光伏技術(shù) 太陽能光伏技術(shù)，即太陽能發(fā)電技術(shù)，其基本工作原理是：以太陽能電池板接收太陽光并產(chǎn)生電能（即發(fā)電），再將產(chǎn)生的電能儲存在蓄電池里，到需要用電時再 由蓄電池供電 。太陽能電池板（也叫光伏板或光伏組件）本身只能發(fā)電不能儲存電能。它發(fā)出的是直流電，蓄電池進(jìn)出的也是直流電。對用電器而言，這時可以直接給直流電器供電，也可經(jīng)過逆變器將直流電變換為交流電給交流電器供電或直接進(jìn)入電網(wǎng)。 現(xiàn)在比較成熟的光伏元件是硅元件，分為晶體硅和非晶體硅。晶體硅目前能規(guī)模生產(chǎn)的 產(chǎn)品發(fā)電效率在 13 ～ 17 ％，非晶體硅效率在 7 ～ 10 ％左右。即 1 ㎡電池板在 1kW 太陽能量的照射下，分別產(chǎn)生 130 ～ 170Wp 和 70 ～ 100Wp 的電能（電池板發(fā)電能力以 Wp 來表示，讀作 “ 峰瓦 ” ，表示電池板在標(biāo)準(zhǔn)條件下所產(chǎn)生的電力）。由于晶體硅比非晶體硅的發(fā)電效率高，所以目前市場上晶體硅太陽電池（包括單晶硅、多晶硅電池）占主導(dǎo)地位。 太陽能電池原理 太陽能是一種輻射能，太陽能發(fā)電意味著 要將太陽光直接轉(zhuǎn)換成 電能 ，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。 將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程確切地說應(yīng)叫 光伏效應(yīng) 。不需要借助其它任何機械部件，光線中的能量被半導(dǎo)體器件的電子獲得，于是就產(chǎn)生了電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是 太陽能電池 。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導(dǎo)體組成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太陽能電池的高純硅，要經(jīng)過特殊的提純處理制作。太陽能電池只要受到陽光或燈光的照射，就能夠把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?電池 從一方流向另一方，一般就可發(fā)出相當(dāng)于所接收光能的 10～ 20% 的 電能 。一般來說，光線越強，產(chǎn)生的電能就越多。為了使 太陽能電池板 最大 限度地減少光反射，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，一般在它的上面都蒙上一層可防止光反射的膜? 使太陽能板的表面呈紫色。它的工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體 PN 結(jié)的 光生伏打效應(yīng)， 簡稱“ 光伏效應(yīng) ” 。 1954 年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成物理與信息科學(xué)學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 3 了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。太陽電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體 PN 結(jié)的光生伏打效應(yīng)，就是當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。即當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的 PN 結(jié)時，就會在 PN 結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓，使 PN 結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。 太陽電池是一種對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過程。 P 型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得 N 型硅，形成 PN 結(jié)。如圖 1 所示。 圖 1 當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收 。光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在 PN 結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程 。 單一太陽電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽光照射到由 P 型和 N 型兩種不同導(dǎo)電類型的、同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 PN 結(jié)上時，在一定的條件下（太陽光譜中波長小于
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