为什么太阳光能够变成电?

发表时间: 2018-06-12 15:53 来源: 浏览次数:T浏览字号:

  1985年10月8日,我国第一座太阳能发电站在甘肃省榆中县园子乡建成并正式运转发电。那么,为什么太阳光能够转变成电能呢?

  太阳能是地球上绝大部分能源之“源”。但是,人类只利用了太阳能中极少的一部分。要想将太阳馈赠的“礼物”变得更有用,最好的办法就是将它转变成更便于利用的有效形式,比如人们日常生活中离不开的电。

  利用太阳光来发电有两类方式:一类是太阳光直接发电,叫作太阳能光伏发电;另一类是太阳光间接发电,又叫太阳能光热发电。

  在太阳能光热发电中,有一种称为聚光太阳能发电(简称CSP)的技术,即先用抛物镜将阳光聚集到充满合成油的吸热管上,等到合成油被阳光加热到约400℃时,再将热油输送至热交换器里,通过热交换器加热循环水,产生水蒸气,推动涡轮转动,从而带动发电机发电。太阳能光热发电与常规火力发电原理是类似的,只是热能不是来自煤炭的燃烧,而是来自太阳光,因此非常洁净。

  与太阳能光热发电不同,光伏发电直接将阳光转变成电。科学家发现了一种能吸收阳光产生电能的半导体材料,它的这种特殊本领称为光伏效应。

  光伏效应涉及两个最基本的过程,一个是电子—空穴对的产生,另一个是电子—空穴对的分离。

  物质是由分子构成的,分子是由原子构成的,原子里有电子。半导体也是一种物质,它里面也有电子。当半导体中的电子吸收阳光后,获得能量,变得异常“兴奋”,就从低能量态“跃”到高能量态。由于电子的离开,在低能量态的位置就留下了电子的一个“空座位”,科学家给这个空座位起名叫作“空穴”。因为电子带负电荷,所以空穴就带正电荷。这就是电子—空穴对的产生。

  如果往水里加一点糖,就会变成糖水,加一点盐就会变成盐水。同样,如果在半导体里掺入两种不同的物质,例如加一点磷或者硼,半导体也会变成两种“味道”不同的半导体,一种称为n型半导体,另一种则叫p型半导体。如果把n型半导体和p型半导体接触在一起,界面上就会形成pn结。pn结界面上跨越着内建电场,能够将电子—空穴对分离,指挥所有电子到n型半导体这边“集合”,空穴则到p型半导体那边“集合”。这就是电子—空穴对的分离。

  半导体中的电子在吸收阳光、获得能量后,便离开“座位”,产生了电子—空穴对。pn结中的内建电场将这些电子—空穴对分离,所有带负电荷的电子聚集在一边,而带正电荷的空穴聚集在另一边。在两边装上电极就构成了一个电池,这种电池就叫光伏电池或者叫太阳能电池。这就是阳光直接变成电的过程。

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