太陽光発電は、半導体界面の光起電力効果を利用して、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する技術です。 この技術の重要な要素は太陽電池です。 太陽電池を直列に接続した後、パッケージ化して保護し、大面積の太陽電池モジュールを形成し、パワーコントローラーやその他のコンポーネントと組み合わせて太陽光発電デバイスを形成することができます。
1光起電力効果
光が太陽電池に当たり、その光が界面層で吸収されると、十分なエネルギーを持つ光子がP型とN型の両方のシリコンの共有結合から電子を励起し、電子正孔対を生成します。 界面層の近くの電子と正孔は、再結合の前に空間電荷の電界効果によって互いに分離されます。 電子は正に帯電したN領域に向かって移動し、正孔は負に帯電したP領域に向かって移動します。 界面層を介した電荷分離により、P領域とN領域の間に外向きに測定可能な電圧が生成されます。 このとき、シリコンウェーハの両面に電極を追加して電圧計に接続することができます。 結晶シリコン太陽電池の場合、開回路電圧の一般的な値は0 .5〜0。6Vです。 界面層上の光によって生成される電子正孔対が多いほど、電流の流れは大きくなります。 界面層によって吸収される光エネルギーが多いほど、界面層、すなわちセル面積が大きくなり、太陽電池で形成される電流が大きくなります。
2.原則
半導体のpn接合に太陽光が当たって、新しい正孔と電子のペアが形成されます。 pn接合電界の作用下で、正孔はn領域からp領域に流れ、電子はp領域からn領域に流れます。 回路がオンになった後、電流が形成されます。 これが光電効果太陽電池のしくみです。
太陽光発電には、光-熱-電気変換と光-電気直接変換の2つの方法があります。
（1）光・熱・電気変換法は、日射による熱エネルギーを利用して発電します。 一般に、太陽集熱器は吸収された熱エネルギーを作動媒体の蒸気に変換し、次に蒸気タービンを駆動して発電します。 前者のプロセスは、光から熱への変換プロセスです。 後者のプロセスは、通常の火力発電と同じ熱から電気への変換プロセスです。 太陽光発電のデメリットは、効率が非常に低く、コストが高いことです。 その投資は、少なくとも通常の火力発電よりも高いと推定されています。 発電所は5倍から10倍高価です。
（2）光から電気への直接変換法光電効果を利用して、日射エネルギーを電気エネルギーに直接変換します。 光から電気への変換の基本的なデバイスは太陽電池です。 太陽電池は、光起電力効果により太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置です。 半導体フォトダイオードです。 フォトダイオードに太陽が当たると、フォトダイオードは太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換して発電します。 現在。 多くのセルが直列または並列に接続されている場合、比較的大きな出力電力を持つ太陽電池アレイになる可能性があります。 太陽電池は、耐久性、清浄度、柔軟性という3つの大きな利点を備えた有望な新しいタイプの電源です。 太陽電池は長寿命です。 太陽が存在する限り、太陽電池は1回の投資で長期間使用できます。 火力、原子力発電。 対照的に、太陽電池は環境汚染を引き起こしません。
3.システム構成
太陽光発電システムは、太陽電池アレイ、バッテリーパック、充放電コントローラー、インバーター、AC配電キャビネット、太陽追尾制御システム、その他の機器で構成されています。 その機器機能のいくつかは次のとおりです。
バッテリーアレイ
光があるとき（太陽光であろうと他の照明によって生成された光であろうと）、バッテリーは光エネルギーを吸収し、バッテリーの両端で逆信号電荷の蓄積が発生します。つまり、「光生成電圧」が生成されます。これが「光起電力効果」です。 光起電力効果の作用により、太陽電池の両端が起電力を発生し、光エネルギーを電気エネルギーに変換します。これがエネルギー変換装置です。 太陽電池は一般にシリコンセルであり、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池の3種類に分けられます。
バッテリーパック
その機能は、太陽電池アレイが点灯したときに放出される電気エネルギーを蓄積し、いつでも負荷に電力を供給することです。 太陽電池発電で使用されるバッテリーパックの基本的な要件は次のとおりです。 低い自己放電率; b。 長い耐用年数; c。 強力な深放電能力; d。 高い充電効率; e。 メンテナンスが少ない、またはメンテナンスフリー。 f。 動作温度広い範囲; g。 低価格。
コントローラ
バッテリーの過充電や過放電を自動的に防ぐことができる装置です。 充電と放電のサイクル数とバッテリーの放電の深さはバッテリーの耐用年数を決定する重要な要素であるため、バッテリーパックの過充電または過放電を制御できる充電および放電コントローラーは不可欠なデバイスです。
インバーター
直流を交流に変換する装置。 太陽電池と電池は直流電源なので、
負荷がAC負荷の場合、インバーターが不可欠です。 運転モードにより、インバータは独立運転インバータと系統連系インバータに分けられます。 スタンドアロンインバーターは、スタンドアロンの太陽電池電力システムでスタンドアロンの負荷に電力を供給するために使用されます。 グリッド接続されたインバーターは、グリッド接続された太陽電池発電システムに使用されます。 インバータは出力波形により方形波インバータと正弦波インバータに分けられます。 方形波インバータは、回路がシンプルで低コストですが、高調波成分が大きくなっています。 これは通常、数百ワット未満で高調波要件が低いシステムで使用されます。 正弦波インバーターは高価ですが、さまざまな負荷に適用できます。
4.システム分類
太陽光発電システムは、独立した太陽光発電システム、グリッド接続された太陽光発電システム、分散型太陽光発電システムに分けられます。
1.独立した太陽光発電は、オフグリッド太陽光発電とも呼ばれます。 主に太陽電池部品、コントローラー、バッテリーで構成されています。 AC負荷に電力を供給するために、ACインバーターを構成する必要があります。 独立した太陽光発電所には、遠隔地の村の電力供給システム、ソーラー家庭用電源システム、通信信号電源、陰極保護、ソーラー街灯、および独立して動作できるバッテリーを備えたその他の太陽光発電システムが含まれます。
2.グリッド接続された太陽光発電とは、ソーラーモジュールによって生成された直流が、グリッド接続されたインバーターを介して主グリッドの要件を満たす交流に変換され、次に公共グリッドに直接接続されることを意味します。
バッテリーの有無にかかわらず、グリッド接続された発電システムに分けることができます。 バッテリーを備えたグリッド接続された発電システムはスケジュール可能であり、必要に応じて電力グリッドに統合したり、電力グリッドから撤退したりすることができます。 また、何らかの理由で送電網が遮断された場合に非常用電源を供給することができるバックアップ電源の機能も備えています。 バッテリーを備えた太陽光発電グリッド接続発電システムは、住宅の建物に設置されることがよくあります。 バッテリーのないグリッド接続発電システムは、ディスパッチ可能性とバックアップ電力の機能を持たず、通常、より大規模なシステムにインストールされます。 グリッド接続された太陽光発電は、一般的に全国レベルの発電所である集中型の大規模なグリッド接続された太陽光発電所を持っています。 しかし、この種の発電所は、投資額が大きく、建設期間が長く、面積が大きいため、あまり発展していません。 分散型の小規模グリッド接続太陽光発電、特に太陽光発電所統合型太陽光発電は、投資が少なく、建設が迅速で、設置面積が小さく、強力な政策支援の利点があるため、グリッド接続太陽光発電の主流です。
3.分散型電源または分散型エネルギー供給としても知られる分散型太陽光発電システムは、特定のユーザーのニーズを満たし、既存の電力をサポートするために、ユーザーサイトまたは発電所の近くにあるより小さな太陽光発電システムの構成を指します。配電網の経済運営、または両方の側面の要件を同時に満たす。
4.分散型太陽光発電システムの基本設備には、太陽電池部品、太陽光発電スクエアアレイブラケット、DCコンバイナーボックス、DC配電キャビネット、グリッド接続インバーター、AC配電キャビネットおよびその他の機器、ならびに電源システムが含まれます。監視装置および環境監視装置。 その動作モードは、太陽放射の条件下で、太陽光発電システムの太陽電池モジュールアレイが太陽エネルギーから出力電気エネルギーを変換し、DCコンバイナーボックスとグリッドを介してDC配電キャビネットに送信するモードです。 -接続されたインバーターはそれをAC電源に変換します。 建物自体に負荷がかかり、グリッドに接続することで過剰または不十分な電力が調整されます。
5.長所と短所
一般的に使用されている発電システムと比較して、太陽光発電の利点は主に次のことに反映されています。
太陽光発電は最も理想的な新エネルギーと呼ばれています。 ①枯渇の危険はありません。 ②安全で信頼性が高く、騒音、汚染物質の排出がなく、完全にクリーン（汚染なし）。 ③資源の地理的分布にとらわれず、屋根を建てるメリットを生かすことができます。 ④燃料を消費したり、送電線を建設したりする必要はありません。地域の発電と電力供給。 ⑤高エネルギー品質; ⑥ユーザーは感情的に受け入れやすいです。 ✓工事期間が短く、エネルギーの取得にかかる時間が短い。
欠点：
①照射のエネルギー分布密度が小さい、つまり大きな面積を占める。 ②得られるエネルギーは、昼夜、曇り、晴れなどの気象条件の四季に関係しています。 太陽エネルギーを利用して発電することは設備費が高いが、太陽エネルギーの利用率が低く、広く利用することはできない。 これは主に衛星などの特殊な環境で使用されます。
6.適用分野
1.ユーザーの太陽光発電：（1）10-100 Wの範囲の小型電源で、高原、島、牧歌的な地域、国境の支柱、照明などのその他の軍事および民間の生活用電力など、電力のない遠隔地で使用されます。 、テレビ、テープレコーダーなど。 （2）3 -5KW家庭用屋上グリッド接続発電システム。 （3）太陽光発電用送水ポンプ：電気のない地域の深井戸を飲んだり灌漑したりする問題を解決します。
2.ナビゲーションライト、交通/鉄道信号灯、交通警告/信号灯、Yuxiang街路灯、高高度障害物灯、高速道路/鉄道無線電話ブース、無人道路シフト電源などの交通分野。
3.通信/通信分野：ソーラー無人マイクロ波中継局、光ケーブル保守局、放送/通信/ページング電源システム。 地方のキャリア電話太陽光発電システム、小型通信システム、兵士用のGPS電源など。
4.石油、海洋および気象分野：石油パイプラインおよび貯水池ゲート用の陰極防食太陽エネルギーシステム、石油掘削プラットフォーム用の生命および緊急電力供給、海洋検出装置、気象/水文観測装置など。
5.家庭用ランプの電源：ガーデンランプ、ストリートランプ、ポータブルランプ、キャンプランプ、登山用ランプ、釣り用ランプ、黒色光ランプ、タッピングランプ、省エネランプなど。
6.太陽光発電所：10KW -50 MWの独立した太陽光発電所、風力発電（ディーゼル）補完発電所、さまざまな大型駐車場充電ステーションなど。
7.ソーラービルは、太陽光発電と建材を組み合わせることで、将来の大型ビルが電力の自給自足を実現することを可能にします。これは、将来の主要な開発の方向性です。
8.その他の分野は次のとおりです。（1）自動車とのマッチング：ソーラー車両/電気自動車、バッテリー充電装置、自動車用エアコン、換気扇、コールドドリンクボックスなど。 （2）太陽水素製造および燃料電池用の回生発電システム。 （3）海水淡水化装置の電源。 （4）衛星、宇宙船、宇宙太陽光発電所など。