光伏发电的意义和工作原理与光伏电池的分类及其应用介绍

　　光伏发电的意义

　　世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。

　　我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76％，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。

　　　　光伏发电工作原理

　　太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。

　　当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。

　　如图2.1所示，光伏电池单体实际是一个PN结，当PN结处于平衡状态时，PN结处有一个耗尽层，耗尽层中存在着势垒电场，电场方向由N区指向P区。光伏电池就是利用半导体材料的电子特性把光能直接转换成电能的器件。

　　如图2.2所示，当PN结受到光照时，硅原子受光激发而产生电子空穴对，在势垒电场的作用下，空穴向P区移动，电子向N区移动，从而P区就有过剩空穴，N区就有过剩电子，在PN结附近形成与势垒电场方向相反的光生电动势。光生电动势的部分抵消势垒电场，另部分使P区带正电、N区带负电，从而在P区与N区之间产生光生伏打效应。若在光伏电池单体两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。

　　单体光伏电池不能直接作电源使用，应按照电性能要求，将若干个光伏电池单体串并联并封装后形成光伏电池组件，它是单独作为电源使用的最小单元，其功率为几瓦至几十瓦、百余瓦。光伏电池组件再经过串并联组合可形成光伏电池阵列，以满足要求。

　　2.2 光伏电池的分类

　　光伏电池多为半导体材料制造，形式各样，按其材料分类为：