看下圖，很多人都可以說這是太陽能發(fā)電裝置，但太陽能發(fā)電的原理和為什么它遲遲不能普及，你能不能一一列舉？咱們今天就來看看吧。
太陽輻射系統(tǒng)光伏陣列
1。
太陽怎樣發(fā)電？
太陽發(fā)電是指把地球外部天體的能量(主要是太陽能)轉換成人類可以利用的電能的過程。太陽發(fā)電主要有兩種形式：光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。
就光熱發(fā)電而言，由于太陽能熱水器的普及，大家可能比較熟悉。太陽光熱發(fā)電過程可以歸納為：光—熱—電轉換過程。
用大量的反射器或透射器把太陽光集中起來，加熱工質(zhì)(介質(zhì)物質(zhì))，然后高溫工質(zhì)通過熱交換系統(tǒng)，把水加熱成高溫高壓蒸汽，然后高參數(shù)蒸汽進入汽輪發(fā)電機組做功并輸出電能。
由于它的發(fā)電過程需要充足的直射光和充足的水源，因此在光熱系統(tǒng)建設中，對地面和建筑地區(qū)的自然資源要求也比較嚴格。然而，其發(fā)電的穩(wěn)定性和可持續(xù)性優(yōu)勢，卻是光伏發(fā)電所沒有的。
資料來源：莫一波，楊靈，黃柳燕，徐瓊鷹，陳海峰.對太陽能發(fā)電的各種技術研究的綜述.東方電氣，2018,32(01):78-82.
光伏發(fā)電與光熱發(fā)電相比，對自然資源要求不高，而且它能更充分地利用總的太陽輻射，而且對地形的兼容性更好，因而具有相當大的優(yōu)勢，是太陽光利用的主要方式。
光電發(fā)電系統(tǒng)主要包括四個部分：逆變器(將直流電轉換成交流電)、太陽能電池(將光能轉換成電能)、控制器(充放電控制)、蓄電池(節(jié)省或提供電能)。
在這些因素中，太陽能電池(PV)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部件，其質(zhì)量和成本直接決定了整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。
來源：高習斌，李建寧.[J]，上海電氣股份有限公司光伏發(fā)電系統(tǒng)技術綜述，2013/3/45-52.
2。
什么是常用太陽能電池？
從1954年太陽能電池發(fā)明到現(xiàn)在，電池的種類逐漸豐富起來，并且有了多樣化的結構，轉換效率有了顯著的提高。市場上的太陽能電池按制造材料可分為三種：晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池和光電化學太陽能電池。
晶體硅光電池起步最早，市場份額最高。基于半導體P-N結的晶硅太陽能電池，接受太陽光照射，產(chǎn)生一種將光能直接轉換成電能的“光伏效應”。
N結是P型半導體和N型半導體在交界處附近組合而成的結點。半導體中的載流子特性決定了P-N結的特性。
在P型半導體中存在大量可移動的空穴載體，而N型半導體中幾乎沒有空穴，這是由于濃度差導致空穴從P向N型擴散。
類似地，N型半導體中存在大量的自由電子載體，而P型半導體中幾乎沒有，兩者之間存在著自由電子濃度差，導致N型半導體中電子向P型半導體擴散。
在N區(qū)和P區(qū)的交界處，空穴和電子會合并合成，從而在交界處附近形成一段沒有載體的距離，即形成空間電荷區(qū)。
在P型半導體一側的空間電荷為負離子，N型半導體一側的空間電荷為正離子，而正離子在其邊界處產(chǎn)生內(nèi)電場。這場場場阻止了載流子的進一步擴散，但迫使部分載流子沿擴散運動的反方向移動。
在漂移和擴散達到平衡的時候，就會形成一個阻擋層。擋板層稱為P-N結。
形成P—N結
資料：閻金鐸主編.《中國中學教學百科全書》.沈陽：沈陽出版社.1990.第217頁。
陽光照射到太陽能電池的P-N結上時，半導體材料對光子的本征吸收產(chǎn)生光生空穴電子對，并且在內(nèi)電場的作用下，光生電子會向N端移動，而光生空穴則會向P端移動。在P區(qū)內(nèi)，隨著光生電子在N區(qū)邊界的累積，P區(qū)與N區(qū)間形成了電勢差。
在將PN兩端連接成回路之后，在電路中就會產(chǎn)生一個電流，由N端指向P端。隨著空穴電子對的增加，電勢差增大，電流增強；
資料來源：莫一波，楊靈，黃柳燕，徐瓊鷹，陳海峰.對太陽能發(fā)電的各種技術研究的綜述.東方電氣，2018,32(01):78-82.
相對于單晶硅太陽能電池，薄膜太陽能電池起步較晚，市場接受程度也不及光化學太陽能電池。
采用半導體薄膜作基板制作的薄膜太陽能電池能量消耗小，可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅為微米，適用于光伏建筑一體化。
現(xiàn)在市面上的薄膜太陽能電池主要有硅基、碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，與晶硅太陽能電池的發(fā)電原理類似。
普通光電化學太陽能電池是染料敏化納米晶太陽能電池。染色敏化納米晶太陽能電池是由光陽極、染料敏化劑、電極和氧化還原電解質(zhì)等組成，其原理來源于人類模仿植物的光合作用，利用染料敏化劑優(yōu)良的吸收性能，把太陽能轉化為電能。
鈣鈦礦和量子阱半導體太陽能電池是未來太陽能電池發(fā)展的新方向。
太陽能電池的發(fā)電原理和結構與染料敏化電池相似，以鈣鈦礦(CH3NH3PbX3(X=Br,I))為光吸收層，鈣鈦礦層的兩端接觸面分別與N型半導體形成P-I-N結構(即N-I-P反型結構)。
量子阱半導體太陽能電池是發(fā)展高效III-Ⅴ族復合半導體太陽能電池的有效途徑，也是提高疊層電池轉換效率的有效方法。為了提高光電轉換效率，科學家們通過調(diào)整電池中量子阱半導體太陽能電池中不同元素的含量來實現(xiàn)。
來自衛(wèi)星的太陽能發(fā)電設備
來自|網(wǎng)絡。
伴隨著太陽能電池的繁榮，航空業(yè)也在蓬勃發(fā)展。與普通太陽能電池相比，用于空間站的太陽能電池具有長期可持續(xù)發(fā)電、高效、零排放、能夠承受各種沖擊等優(yōu)點。
當前，國內(nèi)空間站用太陽能光伏電池主要以晶硅太陽能電池為主，經(jīng)濟性好，運行穩(wěn)定。
同時，單結型砷化鎵太陽電池和多結級聯(lián)砷化鎵太陽電池在空間站上的應用和發(fā)展也比較迅速，但由于由不同組分組成的太陽能電池的優(yōu)缺點不同，各型太陽能電池在太空中的作用也不一樣。
3。
為什么太陽能發(fā)電不能普及？
對此，也許大家會感到疑惑：太陽能已經(jīng)發(fā)展了一百多年，而且取得了這么多的成果，那么為什么全部到2020年了，太陽能還沒有大規(guī)模應用于民用發(fā)電？
其原因可分為兩類：環(huán)境因素和成本因素。從環(huán)境角度看，太陽能發(fā)電需要足夠的直射光，而且需要持續(xù)的光照，所以太陽能發(fā)電受到氣候的限制較大。并非所有地區(qū)都適合安裝太陽能發(fā)電設備，也并非每個季節(jié)都適合安裝。
在成本方面，光伏發(fā)電單片太陽能電池的發(fā)電效率極低，所以為了提高效率，必須增加采光面積，顯然這不僅導致發(fā)電建設成本很高，而且作為民用發(fā)電，電費昂貴，性價比不高。
為了降低太陽能發(fā)電的成本，可在整個光伏發(fā)電過程中的每一個環(huán)節(jié)進行技術改進。但雖然每一步都有降低成本的空間，但仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，包括材料、設備、電池、電池組件、兆瓦級光伏電站等各種技術還沒有完全成熟。
所以太陽能發(fā)電的普及也依賴于技術創(chuàng)新，以獲得高效、廉價、易制造的太陽能電池。
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