Существует два способа производства солнечной энергии, один из которых - преобразование светового теплового электричества, другой - прямое преобразование светового электричества.
1. Оптическое тепловое электрическое преобразование
Режим преобразования светового тепла использует тепловую энергию, генерируемую солнечным излучением, для выработки электроэнергии. Как правило, солнечный коллектор преобразует поглощенную тепловую энергию в пар рабочего тела, а затем приводит паровую турбину для выработки электроэнергии. Первый процесс представляет собой процесс преобразования светового тепла; Последний процесс представляет собой процесс преобразования тепловой электроэнергии, который аналогичен обычному производству тепловой энергии. Недостатком солнечной тепловой генерации является ее низкая эффективность и высокая стоимость. Подсчитано, что его инвестиции как минимум в 5 ~ 10 раз выше, чем у обычных тепловых электростанций. Солнечная тепловая электростанция мощностью 1000 МВт требует инвестиций в размере 2-2,5 млрд. долларов США, со средними инвестициями в размере 2000-2500 долларов США за 1 кВт. Поэтому его можно использовать только в особых случаях в небольших масштабах, а крупномасштабное использование не экономично, и оно не может конкурировать с обычными тепловыми электростанциями или атомными электростанциями.
2. Оптическое электрическое прямое преобразование
Выработка энергии солнечными элементами производится в соответствии с фотоэлектрическими свойствами конкретных материалов. Черное тело (например, солнце) излучает электромагнитные волны с различными длинами волн (соответствующими различным частотам), такими как инфракрасный, ультрафиолетовый, видимый свет и т. Д. Когда эти лучи облучаются на различных проводниках или полупроводниках, фотоны взаимодействуют со свободными электронами в проводниках или полупроводниках для производства тока. Чем короче длина волны и чем выше частота лучей, тем выше энергия у них. Например, энергия ультрафиолетовых лучей намного выше, чем у инфракрасных лучей. Однако не все длины волн энергии лучей могут быть преобразованы в электрическую энергию. Стоит отметить, что фотоэлектрический эффект не зависит от интенсивности луча. Ток может генерироваться только тогда, когда частота достигает или превышает порог, который может производить фотоэлектрический эффект. Максимальная длина волны света, которая может заставить полупроводник производить фотоэлектрический эффект, связана с шириной запрещенной зоны полупроводника. Например, ширина запрещенной зоны кристаллического кремния составляет около 1,155 ев при комнатной температуре. Таким образом, свет с длиной волны менее 1100 нм может заставить кристаллический кремний производить фотоэлектрический эффект. Производство энергии на солнечных элементах является возобновляемым и экологически чистым методом производства электроэнергии, который не будет производить парниковые газы, такие как углекислый газ, во время процесса производства электроэнергии и не будет загрязнять окружающую среду. В соответствии с производственными материалами он подразделяется на полупроводниковые батареи на основе кремния, тонкопленочные батареи CdTe, тонкопленочные батареи CIGS, тонкопленочные батареи с сенсибилизацией красителя, батареи из органического материала и т. Д. Кремниевые элементы делятся на монокристаллические ячейки, поликристаллические ячейки и аморфные кремниевые тонкопленочные ячейки. Наиболее важным параметром для солнечных элементов является эффективность преобразования. Среди разработанных в лаборатории солнечных элементов на основе кремния КПД монокристаллических кремниевых элементов составляет 25,0%, КПД поликристаллических кремниевых элементов – 20,4%, КПД тонкопленочных ячеек CIGS – 19,6%, КПД тонкопленочных элементов CdTe – 16,7%, а эффективность тонкопленочных ячеек аморфного кремния (аморфного кремния) – 10,1%.
