太陽能板 : 太陽能電池板如何工作？

太陽能發電和配電的基本原理

• 太陽能擊中太陽能電池，產生電場

• 產生的能量循環到面板邊緣並進入導線

• 導線將電能傳輸到逆變器，在逆變器中將直流電 (DC) 轉換為交流電 (AC)，用於為家庭供電。

• 另一根電線將交流電能從逆變器傳輸到物業的配電盤（也稱為斷路器盒），為整個物業分配所需的電力。

• 發電時不需要的任何電力都通過公用事業儀表路由到公用電網中。通過電錶的電流促使電錶向後運行，將多餘的發電歸功於您的財產。

太陽能電池板有鏡子，可以集中太陽輻射，將太陽能轉化為電能。

這種能量可以轉化為電能或儲存在電池或蓄熱裝置中。

雖然地球上的每個位置一年中都會獲得一些陽光，但到達地球表面任何給定位置的太陽輻射強度不同。

太陽能電池板捕獲這種輻射並將其轉化為可用能量。

太陽能電池板工作原理的分步分解

這是太陽能電池板實際工作原理的簡單 3 步指南。

太陽能發電

開始回答“太陽能電池板是如何工作的？”這個問題。讓我們首先討論傳統上是如何生產電力的。

發電需要使用燃料。發電中使用的許多燃料都會對環境造成嚴重後果。

破壞是由化石燃料的開采和使用造成的。

從山區開采的煤炭被用作傳統發電廠的燃料。

鈾是從礦山中提取出來用於核能的。

獲取和輸送用於發電的燃料是一個費力且有時具有破壞性的過程。

煤和天然氣等化石燃料的燃燒過程會產生空氣污染物。

核能的使用增加了放射性洩漏的可能性。

另一方面，太陽能使用完全不同類型的燃料：陽光。

沒有採礦，沒有大型管道，也沒有地球移動，只有從天而降的自然陽光。

陽光充足、易於收集、安全且環保。

由於太陽是一種無限的資源，太陽能經常被稱為可再生能源。

這就是為什麼一些地區會提供當地太陽能配置補貼的原因。

存在其他類型的太陽能，例如太陽能熱能和聚光太陽能。

太陽能電池板吸收陽光

當太陽光以距離太陽約 9300 萬英里的光速傳播並落在太陽能電池板上時，發電過程就開始了。

太陽能電池板最有可能放置在陽光充足的屋頂或花園或附近田野的地面上。

它很可能連接到其他類型的流行太陽能電池板。

太陽能電池板是由多個面板組成的一組。

究竟什麼是太陽能電池板？

它是由矽電池（一種半導體）組成的四角板狀結構。

它也被稱為模塊。

電子存在於細胞中。

一些物質（如磷和硼）被施加到細胞上以形成磁場。

一些電池帶正電，而另一些則帶負電。

陽光會破壞電子，使帶負電的電子流向矽電池的一側。

由於運動而產生電力的流動或電流。

電由電池上的金屬導體收集並傳輸到電線。

太陽光通過太陽能逆變器轉化為電能。

太陽能目前還沒有準備好供家庭使用。

這是安裝太陽能逆變器生效的地方。

這是一個金屬盒，也稱為太陽能轉換器，可能位於您家中靠近保險絲盒的位置。

儘管外觀不起眼，但盒子在使我們能夠使用太陽能方面發揮著重要作用。

將其視為太陽能電池板與房屋之間的紐帶。

它的線圈、電線和磁鐵不僅將電源從直流“轉換”為交流，使其可供家庭使用，而且逆變器還有助於其他電源管理功能。

如果發生停電，一些逆變器可以使房屋脫離中央電網。

逆變器還可以包括最少量的電池電源，以確保房屋在斷電時獲得一些電力。

由於它們執行能源管理和通信功能，使您的太陽能更加可靠，因此新逆變器通常被稱為太陽能配置背後的“智能”。

值得注意的是，與傳統逆變器有所不同。

微型逆變器就是您所看到的。

微型逆變器不是裝在盒子裡，而是直接安裝在太陽能電池板下方。

當您的太陽能逆變器運行時，就您可以使用太陽能的各種事物而言，天空是無限的，例如太陽能泳池供暖、太陽能家庭供暖安裝選項和太陽能熱水器。

光伏 (PV) 電池科學

太陽能光伏電池板由較小的光伏電池組成，可以將陽光轉化為電能。

這些電池由半導體材料製成，最常見的是矽，它可以導電，同時保持產生電場所需的電不平衡。

當陽光照射到太陽能 PV 電池中的半導體時，光子形式的光能被吸收，導致許多電子被釋放並在電池內自由移動。

太陽能電池由帶正電和帶負電的半導體結合在一起形成電場組成。

該電場迫使電子沿一個方向流動——流向排列電池的導電金屬板。

這種流動被稱為能量流，它的強度決定了每個細胞可以產生多少電能。

當鬆散的電子與金屬板碰撞時，電流會被導入電線，讓電子像在任何其他發電源中一樣流動。

當太陽能電池板產生電流時，能量通過一系列電線傳輸到逆變器。

雖然太陽能電池板產生直流 (DC) 電，但大多數電力用戶需要交流 (AC) 電來為其房屋供電。

逆變器的功能是將電能從直流電（DC）轉換為交流電（AC），使其可用於日常活動。

電力轉換為可用形式（交流電）後，從逆變器傳輸到配電盤，並根據需要在整個房屋內循環。

太陽能現在廣泛用於為燈、電器和其他電子設備供電。

未通過斷路器箱吸收的任何電力都通過公用電錶發送到公用電網。

公用事業電錶監控進出您家中的電力流量。

當您的太陽能電池板系統產生的電力多於您在現場使用的電力時，該電錶會反轉，您將因淨計量過程產生的多餘電力而被計入。

當您使用的電量超過太陽能電池板產生的電量時，您會通過此電錶從電網獲取補充電力，使其正常運行。

在您使用存儲解決方案脫離電網之前，您將需要使用一些電網能源，尤其是在太陽能電池板不發電的晚上。

儘管如此，大部分電網能量將通過白天和低使用率期間產生的多餘太陽能進行補償。

太陽能熱水和聚光太陽能

太陽能熱水系統收集太陽能並用它為您的家加熱水。

收集器、儲罐、熱交換器、控制器系統和備用加熱器是這些系統的重要組成部分。

太陽能熱水系統中沒有電子運動。

相反，面板將陽光轉化為熱量。

太陽能熱系統的面板被稱為“收集器”，它們通常安裝在屋頂上。

與傳統的光伏面板相比，它們以不同的方式捕獲能量，產生熱量而不是電能。

陽光穿過集熱器的玻璃覆蓋物並照射到具有塗層的吸收板，該塗層旨在收集太陽能並將其轉化為熱量。

這種熱量被傳遞到板中小管道中的“傳輸流體”（防凍劑或飲用水）。

聚光太陽能的工作方式與太陽能熱水通過將陽光轉化為熱量的方式相同。

CSP 技術通過使用鏡子聚集太陽能熱能來發電。

CSP 安裝中的鏡子將太陽反射到焦點。

吸收器或接收器在該焦點處捕獲並存儲熱能。

CSP 最常用於公用事業規模的安裝，以幫助推動電網。

太陽能電池板工作原理的其他重要組成部分

除了矽太陽能電池外，太陽能電池板還包含一個玻璃外殼，可為矽光伏電池提供耐用性和安全性。

該面板在玻璃外部下方具有絕緣體和保護背板，可防止太陽能係統中的能量吸收和溫度升高。

這種絕緣很重要，因為較高的溫度會降低效率，從而降低太陽能電池板的性能。

太陽能電池板塗有抗反射塗層，可增強陽光吸收並使矽電池獲得最大程度的陽光照射。

矽太陽能電池通常以兩種電池配置生產：單晶和多晶。

單晶電池由單晶矽組成，而多晶電池由矽碎片或碎片組成。

儘管單晶形式通常更昂貴，但它們為電子移動提供了更多空間，提供了比多晶更高效的太陽能技術。

究竟什麼是高效的太陽能電池板？

購買太陽能電池板時，請記住，並非所有太陽能電池板的效率都相同。

這就是太陽能電池板安裝成本經常發生變化的原因。

太陽能電池板的效率取決於有多少照射到它的陽光被轉化為電能。

您的太陽能電池板越有效，您需要的就越少。

如果您的屋頂空間有限或部分被遮蔽，則太陽能電池板的效率至關重要。

在尋求效率時，價格並不總是一個考慮因素。

您通過購買更少的面板節省的費用，您可能會因為更高效的型號支付更高的價格而損失。

在安裝太陽能電池板之前，您應該研究您家的太陽指數分數，這表明您根據位置和接收到的陽光量建立高效太陽能係統的潛力。

大多數光伏電池的效率約為 15% 和 20%，在頻譜的兩端都有異常值。

在某些情況下，複雜的太陽能電池板的效率可以超過 22%，但市場上的大多數太陽能電池的效率都不超過 20%。

考慮到相同數量的陽光照射在具有不同效率等級的兩個太陽能電池板上相同的時間長度，效率更高的電池板將比效率較低的電池板產生更多的電力。

天氣對太陽能電池板的工作方式有什麼影響？

氣候條件會影響太陽能電池板產生的電量，儘管與您想像的不同。

當然，產生太陽能的理想條件包括晴朗的晴天。

然而，與大多數電子產品一樣，太陽能電池板在寒冷天氣下比在溫暖天氣下更高效。

因此，面板可以在相同的時間內產生更多的電力。

隨著溫度升高，面板產生的電壓和產生的能量更少。

儘管太陽能電池板在冬季條件下更可靠，但它們不一定比夏季產生更多的電力。

在溫暖的夏季月份，陽光明媚的天氣更為常見。除了較少的雲外，通常一天中的較長時間都能看到太陽。

因此，即使您的面板在炎熱天氣下效率較低，它們在夏季肯定會比在冬季產生更多的電力。有些州比其他州獲得更多的陽光。

那麼，如果氣候條件可以影響太陽能發電，那麼某些州是否比其他州更好地選擇太陽能？

簡單的答案是肯定的，但並不總是因為天氣。

以雲為例。任何在陰天被曬傷的人都知道太陽輻射會穿透雲層。

出於同樣的原因，太陽能電池板即使在陰天也能發電。然而，根據云量和太陽能電池板的質量，與晴天相比，太陽能電池板的發電效率可能在 10% 到 25% 之間或更高。

關於太陽能電池板如何工作的事實

以下是您可能想了解的有關太陽能電池板工作原理的更多事實。

太陽能電池板不需要陽光直射即可工作

儘管在陽光明媚的情況下可實現最佳性能，但在陰天和冬季仍會產生電力。

另一方面，晚上不能發電，但這個問題可以通過存儲系統來解決。

太陽能電池存儲系統的成本可以通過向國家電網出售多餘的能源以及完全獨立於能源的好處來抵消。

您應該記住，太陽能電池板在白天更昂貴因此更有價值時產生免費電力。

潛在問題

在安裝太陽能電池板之前，請考慮屋頂的形狀和傾斜度以及房屋本身的位置。

為了獲得最佳的年度性能，屋頂應以 30 度角朝南。

這些並不是嚴格的要求，因為太陽能電池板可以在各種環境中運行，前提是系統在上午 10 點到下午 4 點之間沒有陰影

確保您的太陽能電池板遠離樹木和灌木有兩個原因：它們可能會遮蔽裝置，並且樹枝和樹葉可能會劃傷表面，從而降低其性能。

從長遠來看，過多的風吹雨打也可能會降低性能，因此在評估放置時應考慮防風罩。

儘管如此，太陽能係統通常有 25 年的保修期，保證在此期間性能不會低於 80%。

令人驚訝的是，太陽能係統在較熱的氣候下無法發揮最佳性能。

這是因為太陽能電池使用陽光而不是熱量，高溫會降低其性能。

太陽能電池板由什麼材料製成？

太陽能電池板，也稱為光伏電池，是基於半導體的系統，可將陽光轉化為電能。

當光照射到細胞時，電子與其原子分離並流過細胞，從而產生電。

家用裝置中的太陽能電池板現在可以將它們接收到的約 20% 的陽光轉化為電能。