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太陽能發(fā)電依賴化學(xué)嗎？

優(yōu)質(zhì)內(nèi)容文章來源：沐天光伏文章作者：沐天光伏小編發(fā)布日期：2023-06-25 10:04瀏覽次數(shù)：分享：19?收藏：24

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　　太陽能發(fā)電是一種可持續(xù)發(fā)展的能源，它利用太陽光的輻射產(chǎn)生電能。太陽能發(fā)電的過程可以分為兩種主要類型，分別是：光伏發(fā)電（Photovoltaic,PV）和光熱發(fā)電（Concentrated Solar Power,CSP）。這兩種方法利用太陽光產(chǎn)生電能的過程中都涉及到一定的化學(xué)原理。接下來，我們將從這兩種太陽能發(fā)電技術(shù)的角度詳細(xì)討論太陽能發(fā)電過程中化學(xué)的作用。

　　1.光伏發(fā)電

　　光伏發(fā)電是通過光伏效應(yīng)將太陽光直接轉(zhuǎn)化為電能的過程。光伏效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料在光照射下產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象。這個過程中涉及到一定的化學(xué)原理，具體包括以下幾個方面：

　　1.1.半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

　　半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)是光伏效應(yīng)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體材料的特點是其導(dǎo)帶（Conduction Band）和價帶（Valence Band）之間的能隙（Energy Gap）較小。光子攜帶的能量可以激發(fā)價帶上的電子躍遷至導(dǎo)帶，從而在半導(dǎo)體中產(chǎn)生自由電子和空穴（Holes）。

　　1.2.PN結(jié)

　　光伏發(fā)電的核心部件是太陽能電池，它通常由兩種不同摻雜類型的半導(dǎo)體材料形成PN結(jié)。其中，P型半導(dǎo)體中多出空穴，N型半導(dǎo)體中多出自由電子。在PN結(jié)的交界處會形成一個內(nèi)建電場（Built-in Electric Field），有利于光生電子和空穴的分離。

　　1.3.光生載流子分離與輸送

　　當(dāng)太陽光照射到太陽能電池上，半導(dǎo)體中的電子會被激發(fā)，產(chǎn)生自由電子和空穴。在內(nèi)建電場的作用下，光生電子和空穴分別向N型和P型半導(dǎo)體運動，形成電流。通過外部電路，電流可以被收集并用于驅(qū)動不同的負(fù)載。

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　　2.光熱發(fā)電

　　光熱發(fā)電是通過聚光系統(tǒng)將太陽光的熱能收集并轉(zhuǎn)化為電能的過程。通常使用的光熱發(fā)電技術(shù)有拋物槽（Parabolic Trough）、塔式（Power Tower）和菲涅耳鏡（Fresnel Reflector）等。這些技術(shù)的主要原理是利用反射鏡將太陽光集中到吸熱管道，使工質(zhì)加熱，進(jìn)而驅(qū)動蒸汽輪機(jī)發(fā)電。光熱發(fā)電中涉及到的化學(xué)原理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　2.1.吸熱工質(zhì)

　　在光熱發(fā)電系統(tǒng)中，吸熱管道內(nèi)充滿了工質(zhì)。工質(zhì)可以是液體或氣體，如水、熔鹽、空氣等。當(dāng)太陽光被聚焦到吸熱管道上，工質(zhì)會吸收熱量，發(fā)生物理或化學(xué)變化。例如，在熔鹽系統(tǒng)中，熔鹽在吸收熱量后會發(fā)生相變，從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，儲存熱量。

　　2.2.熱力循環(huán)

　　吸熱工質(zhì)在加熱后，會被輸送到蒸汽輪機(jī)。在蒸汽輪機(jī)中，加熱的工質(zhì)會產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。然后，冷卻的工質(zhì)會返回到吸熱管道，重新吸收熱量。這個過程形成了一個熱力循環(huán)，將太陽能的熱量轉(zhuǎn)化為電能。

　　2.3.熱儲存和釋放

　　為了實現(xiàn)光熱發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)運行，通常需要采用熱儲存系統(tǒng)。熱儲存系統(tǒng)可以是感熱儲存（如熔鹽儲熱）或潛熱儲存（如相變材料）。這些儲熱材料可以在吸收太陽能熱量時發(fā)生物理和化學(xué)變化，如相變、吸熱反應(yīng)等。當(dāng)需要釋放熱量時，這些變化可以逆向進(jìn)行，將儲存的熱量釋放出來，進(jìn)一步驅(qū)動蒸汽輪機(jī)發(fā)電。

　　綜上所述，太陽能發(fā)電過程中涉及到的化學(xué)原理主要體現(xiàn)在光伏發(fā)電的半導(dǎo)體材料與能帶結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、光生載流子分離與輸送，以及光熱發(fā)電的吸熱工質(zhì)、熱力循環(huán)、熱儲存與釋放等方面。雖然這些化學(xué)原理在太陽能發(fā)電過程中起到了關(guān)鍵作用，但太陽能發(fā)電本身并不是一種純粹的化學(xué)過程，而是光、熱、電等多種物理現(xiàn)象共同作用的結(jié)果。

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