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延華新聞

科普 | “雙碳”目標進行時 光伏發電正當時

發布時間:2023-05-26被閱次數:1075 來源:




“實施屋頂光伏開發行動、千家萬戶沐光行動”、“將更多金融資源投向風電、光伏發電等可再生能源領域”、“光伏扶貧效果顯著”、“中國企業承建卡塔爾800MW光伏電站”……

近年來,隨著科技的創新與發展,光伏逐漸走入大眾視野。但若提及光伏究竟指什么,它如何發電,與我們的生活又有哪些關聯,相信很多人都并不了解。今天就帶大家一起詳細了解光伏發電。

什么是光伏發電?

  

1839年

法國物理學家A.E.貝克勒爾意外發現

用兩片金屬浸入溶液構成的伏特電池

在受到陽光照射時會產生額外的伏特電勢

這就是光生伏特效應

圖片

 

后來人們利用這個原理

制造出了可以發電的太陽能電池圖片


我們知道

想要通電,首先得滿足兩個條件

1、有足夠的自由電子

2、這些電子得定向移動


那么,光伏發電的具體原理是什么呢?

 

太陽能電池

是由兩塊硅板組合構成


電池為什么長這樣?

 

原子是由原子核和電子構成的

而電子會分好幾層圍繞著核轉

人們發現

通常最外層要有八個電子

原子才會比較穩定

但多數原子卻達不到



比如說:硅原子

硅原子最外層電子數只有四個

因此不太穩定


圖片

注:動畫小狗比喻電子


為保持穩定就必須再找四個電子

可多出來的電子從哪來呢?

沒錯,再找一個硅原子湊在一起


這樣每個核周圍都有八個電子

非常穩定


這就是普通硅板的結構

但這里的電子:

一不自由,二不定向移動

 

怎么通電呢?

 

我們可以在一塊硅板里加點

因為磷的最外層有五個電子

比硅多一個


磷和硅加在一起

這塊硅板就會多出很多自由電子

這種板也叫N型硅板

圖片

 另一塊硅板則加點

硼最外層有三個電子

比硅少一個

每個硼都少一個電子

硼和硅加在一起

這塊硅板就會多出很多“空位”

這種板也叫P型硅板


兩塊不一樣的硅板組合在一起

 

電子就有了生命

“運氣好”的電子迅速占位

形成了中間部分——

既沒有自由電子

 

也沒有空位的穩定區域


磷的電子跑到了硼那里

 

它們各自開始帶電

有正有負

于是在中間就形成了電場

所以對于外面的電子來說

就會受到一個來自電場的力

 

不讓它們繼續鉆“空子”

 

中間的部分好比一個結界

所以也叫PN結

 

而電池在不工作時

就穩定在這種狀態

這個電場力便是電子定向移動的關鍵

 

電池如何工作?

吸收太陽后的N型硅板

頓時“熱鬧”起來

因為PN結處產生的電勢差

除了自由的電子

原來穩定的電子

也會離開原位,開始定向移動

 

電子“空位”由P極區往N極區移動

而電子由N極區向P極區移動

 

這樣也就形成了電流

 

總而言之,“光伏”是一種利用半導體材料的“光生伏特效應”,是將光能轉化為電能,從而為人類生活、生產提供電力的新型發電方式。

目前,光伏發電已經應用于交通、建筑、農業、鄉村、電站、通信、醫院、學校等場景,與我們的生活息息相關。

光伏發電有什么優點?

廣泛性

太陽光照射地球表面,不限地域,無論陸地、海洋、高山或是平地,都可以開發利用,雖然照射時間和強度不同,但其分布廣泛,不會因為地域或天氣等原因無法獲取。

 

無限性和可持續性

根據目前太陽產生的核能速率估算,氫的貯量足夠維持上百億年。在生態污染愈加嚴峻的今天,太陽能資源取之不盡用之不竭,是一種真正可再生的清潔能源。

 

? 安裝地點靈活

 

建筑物的屋頂開闊,擁有不受建筑物朝向影響、接受光照時間長、最大程度避免陰影干擾等優勢。光伏發電不僅能夠安裝在住宅設施屋頂上,也能夠安裝在工業規模的設施中,通過太陽能發電獲取電能來滿足建筑物內的用電需求。在鄉村振興領域,屋頂分布式光伏技術的發展也可有效解決縣域地區的用電問題。
 

? 綠色環保

光伏發電本身不消耗燃料,不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內的任何物質,不污染空氣,不產生噪聲。

 

? 提高國家能源穩定性

通過光伏發電,人們可以減少對化石燃料發電的依賴,有效避免能源危機或燃料市場不穩定而造成的沖擊,從而提高國家能源安全性。

 

? 運維成本低

光伏發電無機械傳動部件,運行穩定可靠。一套光伏發電系統只要有太陽能電池組件就能發電,加之自動控制技術的廣泛運用,基本上可實現無人值守,維護成本低。

 

光伏發電在實現“雙碳”

戰略目標中的地位是什么?


要實現“碳達峰”“碳中和”的戰略目標,零碳能源的占比至關重要,其中,光伏這種天然的可再生電力能源是零碳能源的重要組成部分。光伏發電的建設成本低、維護成本低、使用周期長、使用條件寬松、使用場景廣泛等特點也奠定了其作為新能源、零碳能源在“碳達峰”“碳中和”目標實現過程中的
支柱作用。尤其隨著制造工藝的提升和制造規模的擴大,光伏發電成本已經低于傳統化石能源發電成本,未來將成為中國能源的主力。


結  語


隨著全球能源匱乏和環境污染問題日益加重,“碳中和”已逐步成為全球共識。截止2021年年底,全球已有136個國家提出了“碳中和”承諾,這一范圍覆蓋了全球88%的二氧化碳排放、90%的GDP和85%的人口。

 

光伏發電的出現將世界能源產業從資源屬性轉變為制造屬性,從全球能源革命的歷史周期來看,主導能源革命的國家將成為最具有經濟活力的經濟體。中國光伏產業軍團,也將是實現中國“雙碳”目標的有力抓手。

 

 

資料來源:光伏門、索比光伏網、果殼等

 

 

 

 

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