中国科普博览 - 全球首座熊猫外型电站在山西落成,光伏电站也卖萌?

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  出品:科普中国

  制作:山夕团队 唐媛

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

  世界上首座熊猫外形的光伏站在山西大同郊外落成,近日已开始正式并网发电电站由黑白两种颜色组成。如果从高处俯瞰,熊猫的黑色部分,比如爪子和耳朵,由单晶体硅太阳能电池组成;白色部分由薄膜太阳能电池组成。

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  大同熊猫电站鸟瞰图(图片来自网络)

  据悉,全部投入使用后,电站能在25年内提供32亿千瓦时的绿色电力,相当于节约煤炭105.6万吨,减少二氧化碳排放270万吨。

  这只被网友们成为“世界上最可爱的发电站”是怎么工作的呢?这主要依靠的是太阳能光伏发电。

  太阳能光伏发电原理

  在国际市场硅原材料持续紧张的背景下,薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。

  太阳光能照射在一些特殊材料上,会引起材料中电子的移动,形成电势差。太阳能光伏发电,就是依据这个原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。

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  “国宝”发电站(图片来自新华网)

  利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能,即当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被太阳能材料吸收,光子激发电子跃迁至导带成为自由电子。于是不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生了电位差。有了电压,就像筑高了大坝,如果两者之间连通,就会形成电流。太阳光光伏发电过程其实就是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程。

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  太阳能光伏发电示意图(图片来自网络)

  光伏电池的基本结构

  光线照射在光伏电池上产生出光生电流和电压,从而获得电功率。这一转变过程首先需要材料吸收光线,使电子获得更高的能量,接着具有更高能量的电子从电池移动到外电路中,释放出额外的这部分能量,再回到太阳能电池中。

  太阳能电池工作的基本过程:产生光生载流子——收集光生载流子从而产生电流——产生较大的光生电压——将产生的功率分配给负载及寄生电阻。

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  太阳能电池工作的基本结构(图片来自网络)

  光伏发电电池类型

  光伏电池分为晶体硅电池和薄膜电池。晶体硅太阳能电池包括单晶硅太阳电池,多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。

  其中,单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料,硅纯度要求99.999%,为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。

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  熊猫发电站的黑色部分由单晶硅太阳能电池组成(图片来自网络)

  薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池,目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有三种:硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS)、碲化镉薄膜太阳能电池(CdTe)。

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  硅基薄膜太阳能电池(图片来自网络)

  光伏发电的其他用途

  除了光伏电站外,光伏发电还有很多应用实例,小到太阳能充电器、太阳能路灯、太阳能航标灯,大到太阳能汽车、人造卫星、月球车、太阳能飞行器、光伏建筑一体化等。

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  人造卫星的太阳能充电板(图片来自网络)

  中国是目前世界上太阳光伏组件市场出口份额最大的国家之一,我国目前的太阳能发电产业正步入专业化、规模化和国际化的健康发展轨道。

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  图片来自网络

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