太阳能解释光伏和电力

光伏电池将阳光转化为电能

光伏 (PV) 电池，通常称为太阳能电池，是一种将太阳光直接转化为电能的非机械装置。一些光伏电池可以将人造光转化为电能。

光子携带太阳能

阳光由光子或太阳能粒子组成。这些光子包含不同数量的能量，对应于不同的波长

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电流的流动

每个带负电荷的电子向电池前表面的运动会在电池的前表面和后表面之间产生电荷不平衡。这种不平衡反过来会产生电压电位，例如电池的负极和正极。电池上的电导体吸收电子。当导体在电路中连接到外部负载（例如电池）时，电流会在电路中流动。

光伏系统的效率因光伏技术的类型而异

光伏电池将太阳光转化为电能的效率因半导体材料和光伏电池技术的类型而异。商用光伏组件的效率在 20 世纪 80 年代中期平均不到 10%，到 2015 年增加到 15% 左右，而现在最先进的组件的效率接近 20%。用于空间卫星等利基市场的实验光伏电池和光伏电池已实现近 50% 的效率。

光伏系统如何运作

光伏电池是光伏系统的基本组成部分。单个电池的尺寸可以从大约 0.5 英寸到大约 4 英寸不等。然而，一节电池只能产生 1 或 2 瓦的功率，这仅够小用途使用，例如为计算器或手表供电。

PV 电池电气连接在封装的、风雨密的 PV 模块或面板中。光伏模块的大小和它们可以产生的电量各不相同。 PV模块的发电能力随着模块中电池的数量或模块表面积的增加而增加。光伏组件可以分组连接形成光伏阵列。一个光伏阵列可以由两个或数百个光伏组件组成。光伏阵列中连接的光伏组件数量决定了阵列可以产生的总电量。

光伏电池产生直流 (DC) 电。这种直流电可用于为电池充电，而电池又可为使用直流电的设备供电。在电力传输和分配系统中，几乎所有电力都以交流电 (AC) 的形式供应。设备调用

光伏电池和组件在直接面向太阳时会产生最大的电量。光伏模块和阵列可以使用跟踪系统来移动模块以始终面向太阳，但这些系统很昂贵。大多数光伏系统的模块都处于固定位置，模块正对正南（在北半球 - 在南半球正北），并以优化系统物理和经济性能的角度。

太阳能光伏电池被分组在面板（模块）中，面板可以分组为不同大小的阵列以产生从小到大的电力，例如为牲畜水的水泵供电，为家庭提供电力，或用于公用事业-规模发电。

来源：国家可再生能源实验室（版权所有）

光伏系统的应用

最小的光伏系统为计算器和手表供电。更大的系统可以提供电力来抽水、为通信设备供电、为单个家庭或企业供电，或者形成为成千上万的电力消费者供电的大型阵列。

光伏系统的一些优点是

² 光伏系统可以在没有配电系统（电力线）的地方供电，也可以向
• 光伏阵列可以快速安装并且可以是任何尺寸。
• 位于建筑物上的光伏系统对环境的影响很小。

来源：国家可再生能源实验室（版权所有）

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光伏的历史

第一个实用的光伏电池于 1954 年由贝尔电话公司的研究人员开发出来。从 20 世纪 50 年代后期开始，光伏电池被用于为美国太空卫星提供动力。到 20 世纪 70 年代末，光伏电池板开始为偏远地区或地区提供电力

美国能源信息署 (EIA) 估计，公用事业规模光伏电站的发电量从 2008 年的 7600 万千瓦时 (kWh) 增加到 2019 年的 690 亿千瓦时。公用事业规模的发电厂至少有 1000 千瓦（或一兆瓦）的发电量。 EIA 估计，2019 年小型并网光伏系统产生的电量为 330 亿千瓦时，高于 2014 年的 110 亿千瓦时。小型光伏系统是指发电能力不足 1 兆瓦的系统。大多数位于建筑物上，有时被称为