「涨知识」一文了解光伏发电原理
1839年,法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应,即“光伏效应”。
1917年,波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术,后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。
1941年,奥尔在硅上发现光伏效应。
1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。
……
光伏发电大家都听说过,但是你光伏发电的原理吗?
光伏发电 是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏效应
如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发,以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前,将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。
通过界面层的电荷分离,将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大。
太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结内建电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
1、光—热—电转换方式
该方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
2、 光—电直接转换方式
该方式是利用光伏效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。
光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统。
独立光伏发电 也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统,通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
并网光伏发电 就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。
可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能,当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑;不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能,一般安装在较大型的系统上。 并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,还没有太大发展。而分散式小型并网光伏,特别是光伏建筑一体化光伏发电,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网光伏发电的主流。
分布式光伏发电系统 又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。
分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。
1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)。
1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效应,并制作第一片硒太阳能电池。
1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。
1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。
1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。
1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。
1930年B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池,发表“新型光伏电池”论文W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。
1932年Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。
1933年L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。
1941年奥尔在硅上发现光伏效应。
1951年生长p-n结,实现制备单晶锗电池。
1953年Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象,(RCA:RadioCorporationofAmerica,美国无线电公司)。
贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现,几个月后效率达到6%。(贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功)
1955年西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利,在亚利桑那大学召开国际太阳能会议,Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品,电池为14mW/片,25美元/片,相当于1785USD/W。
1956年P.Pappaport,J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。
1957年Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。
1958年美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池,这种电池抗辐射能力强,这对太空电池很重要Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射,光伏电池100c㎡,0.1W,为一备用的5mW话筒供电。
1959年Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%,并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻卫星探险家6号发射,共用9600片太阳能电池列阵,每片2c㎡,共20W。
1960年Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射,所用的太阳能电池功率14W。
1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列,在当时是世界最大的光伏电池阵列。
1964年宇宙飞船“光轮发射”,安装470W的光伏阵列。
1965年PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。
1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。
1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统,用于教育电视供电。
1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。
1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带,25mm宽,457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth,定边喂膜生长)。
1977年世界光伏电池超过500KWD.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池。
1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW。
1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器,接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。
1981年名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。
1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW。
1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚,20天内行程达到4000Km.
1984年面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。
1985年单晶硅太阳能电池售价10USD/W澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。
1986年6月,ARCOSolar发布G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。
1987年11月,在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上,GMSunraycer获胜,平均时速约为71km/h。
1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。
1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。
1992年世界太阳能电池年产量超过57.9MW。
1993年世界太阳能电池年产量超过60.1MW。
1994年世界太阳能电池年产量超过69.4MW。
1995年世界太阳能电池年产量超过77.7MW光伏电池安装总量达到500MW。
1996年世界太阳能电池年产量超过88.6MW。
1997年世界太阳能电池年产量超过125.8MW。
1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。
1999年世界太阳能电池年产量超过201.3MW美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡(CIS)太阳能电池效率达到18.8%非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。
2000年世界太阳能电池年产量超过399MWWuX.,DhereR.G.,AibinD.S.等报道碲化镉(CdTe)太阳能电池效率达到16.4%单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。
2002年世界太阳能电池年产量超过540MW多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。
2003年世界太阳能电池年产量超过760MW德国FraunhoferISE的LFC(Laserfired-contact)晶体硅太阳能电池效率达到20%。
2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%,降为1999年的1/3,CdTe占1.1%而CIS占0.4%。
2005年世界太阳能电池年产量1759MW。
中国太阳能发电发展历史
中国作为新的世界经济发动机,光伏业业呈现出前所未有的活力。大量光伏企业应运而生,现在光伏产量已经达到世界领先水平。现在OFweek太阳能光伏网带大家来回顾下中国太阳能发展历史:
1958,中国研制出了首块硅单晶
1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。
1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。
1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。
1998年,中国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。
2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。
2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长。
2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。
2007,中国成为生产太阳电池最多的国家,产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。
2008年,中国太阳电池产量达到2600MW。
2009年,中国太阳电池产量达到4000MW。
2006年世界太阳能电池年产量2500MW。
2007年世界太阳能电池年产量4450MW。
2008年世界太阳能电池年产量7900MW。
2009年世界太阳能电池年产量10700MW。
2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。
欧洲能源危机的原因:
1、长期结构性因素:一是欧洲传统化石能源对外依赖度较高,且进口来源集中。欧洲超过八成的天然气依赖进口,2021年度欧盟从俄罗斯进口天然气占全部供应量的32%,容易受到地缘政治风险冲击。二是欧洲长期推崇清洁能源,造成了能源供应稳定性下降,脆弱性上升。欧洲能源体现了“退煤退核、风光并进”的趋势,但风力、光伏等新能源高度依赖天气状况,发电不稳定。
2、短期事件性冲击:一是欧盟推动对俄能源制裁过于激进,招致俄罗斯断供天然气反制。二是极端高温干旱天气既限制了传统能源运营,也冲击了清洁能源的生产。
欧洲干旱使得航道水位线下降,导致煤炭等货运量减少,造成煤电供给不足。高温导致河流蒸发加剧,水库水位下降,“欧洲电池”挪威的水电发电量同比减少10%。法国核电面临设备老化和天气困扰,法国1-8月累计核电发电量同比下降20%。
能源危机:
能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而造成的危机。这通常涉及到石油,电力或其他自然资源的短缺。能源危机通常会使得经济休克。
很多突如其来的经济衰退通常就是由能源危机引起的。事实上,电力的生产价格的上涨导致生产成本的增加。从一个消费者的角度,汽车或其他交通工具所使用的石油产品价格的上涨降低了消费者的信心和增加了他们的开销。
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用第十四章中我们提出的企业行为模型不能正确地描述微软的经营决策。在那一章中,我们分析了竞争市场,在竞争市场上有许多企业提供基本相同的产品,因此,每一个企业对它得到的价格没有什么影响。与此相比,像微软这样的垄断者没有接近的竞争者,因此,可以影响它的产品的市场价格。竞争企业是价格接受者,而垄断企业是价格制定者。
在本章中,我们考察这种市场势力的含义。我们将说明,市场势力改变了企业价格与其成本之间的关系。竞争企业把其产品的价格作为既定的,并选择供给量,以使价格等于边际成本。与此相比,垄断者收取的价格大于边际成本。这个结果在微软视窗软件的情况下显然是正确的。视窗软件的边际成本——微软把它的程序复印到另一张磁盘上所引起的额外成本——只有几美元。视窗软件的市场价格是其边际成本的许多倍。
2022年9月28日至30日在河北省石家庄市正定新区石家庄国际会展中心举办第二届河北光伏、储能、风电暨华北智慧能源博览会。本届展会预计展出面积达24000平方米;参展商约500家;专业观众约26000人次。
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2、2016年8月,晶科能源有限公司在"2016中国企业500强"中排名第411位。 2019年7月,荣获全国模范劳动关系和谐企业。 2019年9月1日,2019中国战略性新兴产业领军企业100强榜单在济南发布,晶科能源有限公司排名第27位2019中国制造业企业500强榜单发布,晶科能源有限公司名列第166位。
3、晶科能源在全球拥有9个全球化生产基地;日本,韩国,越南,印度,土耳其,德国,意大利,瑞士,美国,墨西哥,巴西,智利,澳大利亚,葡萄牙,加拿大,马来西亚,阿联酋,香港、丹麦等22个海外子公司;销售团队遍布中国,英国,法国,西班牙,保加利亚,希腊,乌克兰,约旦,沙特阿拉伯,突尼斯,摩洛哥,香港,南非,哥斯达黎加,哥伦比亚,巴拿马,哈萨克斯坦,马来西亚,缅甸,斯里兰卡,泰国,越南,波兰和阿根廷。
拓展资料
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垂直一体化产业模式,在竞争日趋激烈的光伏市场,成本与效率是致胜的关键。垂直一体化产业模式使我们对各个环节进行有效控制,为客户创造更高价值。垂直一体化产业模式意味着:
1、 降低对第三方供应商的依赖性,确保产品的可靠性与稳定度
2、 提升质量监控,出色的效率优势
3、 减少成本,确保利润率
4、 提升技术创新能力,使产品更快投入市场
5、 简化生产流程,缩短生产周期
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在很多80后的眼中,日本松下的电池就是“豪华套餐”的象征。与电动玩具接触最多的一代人自然会为松下着迷。现如今,当这一代人去选择电动汽车的时候,不由得会问,“电池还是松下最牛吗?”
单看7月电池装机量,松下市场占比为13%,位列第三,其身后还有三星SDI(7.3%)、比亚迪(5.6%)、SK创新(4.5%)。前两位则是LG化学(26.8%)和宁德时代(25.4%)。此前,宁德时代则因中国新能源汽车市场的突飞猛进得以独领风骚,霸占月度冠军宝座许久。
值得注意的是,今年1-7月三家韩企(LG化学、三星SDI、SK创新)的动力电池出货量在全球市场占比总和为35.6%,同比增长一倍以上。LG化学1-7月累计装机量13.4GWh,同比大增97.4%。这就是现在的格局,打破了很多人的认知!
■ 属于LG化学的特殊标签
如果只从市占率上判断一家动力电池企业的实力,或许就有些狭隘了。LG化学能在2020年实现全球性反扑源于它身上的特殊标签。
实际上,电池只是LG化学四大事业之一。其他还包括石油化学部门、IT和汽车相关的尖端材料部门、包含医美和医疗试剂相关的生命科学部门。
插播一个美丽的“栗子”,LG化学生命科学部门研发的YVOIRE伊婉玻尿酸可不是韩国人的专属,该产品已经在全球30多个国家销售,中国的年销售额早已突破了500亿韩元(约2.9亿人民币),而这款产品代言人就是韩国演员韩彩英。LG化学其他业务在全球同样拥有广泛市场。
『LG化学的四大事业领域』
关于电池业务布局,LG化学相当丰富,电池基础材料、移动电池、动力电池、储能电池全部囊括,但LG化学的电池发展史和很多中国本土零部件企业一样,也经历了被“藐视”的阶段。1996年,LG化学仅有腐蚀专业人员和镍氢电池经验人员,当时试图与日本企业进行技术合作,但遭到拒绝,无设备也无材料储备,只能间接获得相关设备知识。1997年,LG化学用于移动电脑的小型电池试产成功,1999年韩国首个锂离子电池在LG化学量产成功。
当时,面对索尼、三洋这样的全球性电子公司,LG化学的电池业务很难达到预期的盈利水平。电池业务因此陷入危机,在业务架构调整犹豫不定之时,LG化学还是选择开启坚定的10年电池投资路。2000年之后,LG化学正式进入电动汽车领域,初站选择了美国通用。
2006年,LG化学参与通用电动车项目,但提交样品出现问题惨遭落选;2007年,通用正式开启Volt电动车项目,这一次LG化学绝路逢生,经过一年的共同开发才得以确立最终的电池方案。2010年,LG化学成为量产电动车雪佛兰Volt电池的唯一供应商。
由此,LG化学的汽车动力电池业务才正式起步。
2019年LG化学销售额达到245亿美元(约1672亿人民币),其中电池事业部销售额72亿美元(约490亿人民币)。2020年上半年,即使在疫情的影响下,LG化学的电池业务依然突破了166亿元人民币,其中汽车电池业务创造了历史新高。
实际上,LG化学在全球的布局是相对激进的,在中国、韩国、美国、欧洲已经拥有7个生产基地。
在中国南京,LG化学2015年建第一座动力电池工厂(新江开发区);2018年投资20亿美元(约137亿元人民币)再建厂(滨江开发区),规划建设电极、电芯生产线23条;2019年又投1.2万亿韩元(约73亿元人民币)对新江开发区工厂扩建。
在波兰,LG化学2015年建造电池工厂,2018年再投5亿欧元(约39亿人民币)将产能提升至70GWh,未来可满足30万辆电动车的电池需求。在美国,LG化学于2010年投资第一座工厂;2019年与通用合资建新厂,确保30Gwh的产能。在印尼,LG化学也正在进行初步研究,计划投入23亿美元(约合人民币162亿元)建立一家综合性电池工厂。