光伏发电基本原理
光伏发电基本原理简述
光伏发电基本原理简述
光伏发电是一种利用太阳辐射能直接转化为电能的技术。
其基本原理是光伏效应，即当光线照射到半导体材料表面时，光子能量促使半导体中原子发生电子跃迁，形成电子空穴对。
通过在两个不同掺杂的半导体材料之间建立电场，可以将电子和空穴分开，从而产生电流。
这个过程是在光伏电池中发生的，光伏电池是由大量的单个光伏电池组成的。
光伏电池的关键组成部分是半导体材料，常用的是硅。
硅是一种具有特殊电学性质的材料。
通过对硅进行掺杂，可以在材料中创建所需的电荷载体。
当光线照射到光伏电池的表面时，光子将能量传递给电池材料中的原子。
根据光子能量的不同，电子可以跃迁到不同的能级，并在材料中移动。
在P-N结构上，N面是电子富集的区域，P
面是空穴富集的区域。
当光子被吸收并且光子能量大于材料带隙能量时，光子能够将电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
由于导电性的存在，电子和空穴会沿着电池内部的电场方向分离。
电子流向N面，空穴流向P面。
通过将导线连接到N面
和P面，可以将电流从电池中提取出来，供应给外部电路使用。
光伏发电的基本原理就是通过光伏电池将光能转化为电能。
随着技术的发展，光伏发电已经成为一种可持续发展的能源选择，广泛应用于太阳能电站、住宅和商业建筑的太阳能系统中。
光伏电站是怎样发电的原理
光伏电站是怎样发电的原理
光伏电站是利用太阳能将光能转化为电能的一种发电方式。
其原理分为以下几个步骤：
1. 光子吸收：光伏电站中的光伏电池板由许多薄片组成，这些薄片是由半导体材料制成。
当太阳光照射到薄片表面时，光子被吸收，激发了薄片中的电子。
2. 光生电子：激发后的电子会跃迁到半导体材料的导带中，形成自由电子。
这些自由电子的移动构成了电流。
3. 电子流动：自由电子沿着电池板内的金属电极流动，形成一个电流回路。
金属电极连接到电池板的正负极，正负极之间形成了一个电势差。
4. 直流电的转换：光伏电站中的逆变器将直流电转换为交流电，以便供应到电网中。
逆变器调整电流的频率和电压，使其与电网的频率和电压相匹配。
5. 连接到电网：逆变器将转换后的电能传输到电网中，供电给用户使用。
总体上，光伏电站利用太阳能的光能，通过光伏电池板将其转化为直流电，再通过逆变器将直流电转化为交流电，并连接到电网中，以供给电网和用户使用。
光伏发电知识科普
光伏发电知识科普随着全球对清洁能源需求的不断增长，光伏发电作为一种可再生能源，逐渐成为能源领域的热门话题。
光伏发电利用太阳能将光能转化为电能，具有环保、可再生、零排放等优势。
本文将从光伏发电的基本原理、技术类型、应用领域等方面进行科普，以提高公众对光伏发电的了解。
一、光伏发电的基本原理光伏发电的基本原理是利用光生电效应，即某些材料在光照射下能够产生电流。
主要包括以下几个步骤：光照射：太阳光中含有丰富的能量，其中的光子具有一定能量。
光子击中半导体：光子被太阳能电池板上的半导体材料（通常是硅）吸收，导致半导体中的电子被激发并跃迁。
电子跃迁：被激发的电子从半导体的价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
电子流动：电子和空穴分别在半导体中流动，形成电流。
电流输出：通过电流的流动，光伏电池产生的电能被输出到电路中供电使用。
二、光伏发电的技术类型光伏发电技术主要分为单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜光伏等几种类型。
单晶硅光伏：制作单晶硅太阳能电池需要高纯度的硅材料，通过单晶体生长技术制成单晶硅棒，再切割成薄片制成太阳能电池板。
具有高转换效率，但制造成本较高。
多晶硅光伏：多晶硅是由多个小晶体组成的，制造成本较单晶硅低，但转换效率稍低。
多晶硅光伏是目前市场上应用最广泛的技术。
非晶硅光伏：非晶硅光伏利用非晶硅材料制造，具有制造成本低、灵活性高的优势，但转换效率相对较低。
薄膜光伏：利用薄膜材料制造太阳能电池板，如铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池、非晶硅薄膜电池等。
薄膜光伏具有轻薄、柔韧性强的特点，适用于一些特殊应用场景。
三、光伏发电的应用领域光伏发电在各个领域都有广泛的应用，其中主要包括：居民和商业用途：家庭屋顶、商业建筑屋顶等场所安装太阳能电池板，通过光伏发电为居民和商业用户提供清洁能源。
农业光伏：在农田、温室等农业用地上建设光伏电站，既能发电又能保护农作物，实现农业与光伏的双赢。
工业和公用事业：大规模的光伏电站用于工业和公用事业，为工厂和城市提供清洁能源。
光伏发电重要知识点总结
光伏发电重要知识点总结一、光伏发电原理光伏发电主要依靠光电效应来实现太阳能转换为电能。
光电效应是指在半导体材料中，当光线照射到材料表面时，光子与材料中的电子发生作用，使得电子从价带跃迁到导带，产生电荷载流，最终形成电流。
光伏电池是将光能直接转换为电能的装置，其工作原理主要有两种：一种是晶体管效应，一种是PN结效应。
1. 晶体管效应晶体管效应是指利用多晶硅、单晶硅等半导体材料制成太阳能电池，当太阳光照射到光伏电池表面时，光子与电池中的原子发生作用，使得电子跃迁到导带，形成电子空穴对（正电荷和负电荷）。
在电场的作用下，电子和空穴被分离，形成电压差，最终产生电流。
2. PN结效应PN结效应是指利用硅、镓、砷化镓等半导体材料制成太阳能电池，其结构类似于二极管。
当阳光照射到PN结表面时，光子与材料中的原子发生作用，使得电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
在PN结处存在电场，电子和空穴被分离，形成电压差，最终产生电流。
二、光伏组件种类光伏组件是光伏发电系统的核心部件，其主要包括多晶硅电池、单晶硅电池、非晶硅电池和薄膜太阳能电池等类型。
1. 多晶硅电池多晶硅电池是目前应用最广泛的一种光伏电池，其制备成本相对较低，效率较高。
多晶硅电池的外观呈蓝色，表面呈现出晶粒的纹理。
多晶硅电池的光电转换效率通常在15%~20%之间。
2. 单晶硅电池单晶硅电池是采用单晶硅片制成的光伏电池，其外观呈黑色，表面光滑均匀。
单晶硅电池的光电转换效率较高，通常在20%~25%之间。
由于制备工艺复杂，成本相对较高。
3. 非晶硅电池非晶硅电池是采用非晶硅材料制成的光伏电池，其外观呈黑色，表面光滑均匀。
非晶硅电池的制备工艺简单，成本较低，但光电转换效率相对较低，通常在10%~15%之间。
4. 薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池是利用非晶硅、铜铟镓硒、氧化铟锡等薄膜材料制成的光伏电池，其外观呈灰色或棕色。
薄膜太阳能电池的制备工艺极其简单，成本较低，但光电转换效率较低，通常在5%~10%之间。
简述光伏发电的原理
光伏发电是一种利用光能直接转换为电能的技术，其原理基于光电效应。
光电效应是指当光照射到某些材料表面时，会激发材料中的自由电子并引起电流流动的现象。
光伏发电的主要原理如下：
1.光照射：当太阳光照射到安装有光伏组件（太阳能电池板）的表面时，光束中的光子与
光伏组件中的半导体材料相互作用。
2.光吸收：光子被光伏组件中的半导体材料（通常为硅）吸收，传递给半导体材料的原子
或分子。
3.电子激发：光能使得半导体材料中的价带内的电子被激发，跃迁到导带中形成自由电子。
4.电荷分离：自由电子在半导体结构中移动，同时产生正电荷空穴。
5.电流流动：自由电子和正电荷空穴的分离导致在半导体中形成电势差，从而产生电流。
6.发电输出：通过连接电路，将产生的直流电转换为交流电，用于供应家庭、工业或商业
电力需求。
值得注意的是，光伏发电效率取决于光子与半导体材料的相互作用效果以及光伏组件的设计和制造质量。
随着技术的进步，光伏发电已成为一种可持续、环保且日益普及的清洁能源解决方案。
光伏最全知识点总结
光伏最全知识点总结一、光伏发电原理1. 光电效应：光电效应是指当光线照射到半导体材料表面时，光子激发了材料的电子，使得电子跃迁到导带而产生电荷分离的现象。
2. pn结：光伏电池的主要材料是硅，通过n型硅和p型硅构成pn结，当光子照射到pn 结上方时，激发了电子跃迁到导带，形成光生电荷对，从而产生电流。
3. 光伏效率：光伏电池的电能转换效率是一个重要性能指标，反映了光伏电池将光能转换为电能的效率，通常情况下大致可分为照明效率、光照转换效率和电能转换效率等。
二、光伏发电技术1. 光伏组件：光伏组件是由多块光伏电池组合而成的组件，通常为硅片、硅膜、硅薄膜等材料制成，主要作用是将光能转换为电能。
2. 光伏阵列：由多个光伏组件组合而成的光伏阵列，通常根据实际需求和场地大小进行组合安装，用以产生更大的电能输出。
3. 光伏逆变器：光伏逆变器是将光伏电池组件产生的直流电转换为交流电的设备，它的主要功能是将太阳能电池板吸收的太阳能转换成市电可以使用的交流电。
4. 光伏发电系统：光伏发电系统是由光伏组件、逆变器、电网连接等部分组成的系统，用于将光能转换为电能供应给电网或局部用电系统。
三、光伏发电应用1. 分布式光伏发电：分布式光伏发电是指将光伏组件安装在建筑屋顶、地面、水面等分散的地方，通过逆变器将直流电转换为交流电并接入电网。
2. 大型光伏电站：大型光伏电站通常是指规模较大的光伏发电项目，其通常拥有较大面积的光伏组件和配套设施，用于向电网提供大规模的电能输出。
3. 光伏农业：光伏农业是指将光伏组件与农业结合，充分利用农田等区域进行光伏发电，以提高土地利用率并兼顾农业生产。
4. 光伏充电桩：光伏充电桩是指利用光伏发电技术向电动汽车充电的充电设施，通过太阳能实现对电动汽车的充电需求。
四、光伏发电市场1. 全球光伏发电发展情况：全球光伏发电市场呈现出快速增长的趋势，其中中国是全球最大的光伏发电市场，其它地区如欧洲、美国、日本等也持续发展光伏发电产业。
光伏发电基本原理
光伏发电基本原理光伏发电是一种利用太阳能直接转换成电能的技术。
它的基本原理是利用光电效应，将太阳能转化为电能。
光伏发电系统由光伏电池组成，光伏电池是将太阳能直接转化为电能的半导体器件。
当太阳光照射到光伏电池上时，光子会激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，从而产生电流。
这种光电转换的过程就是光伏发电的基本原理。
光伏电池是光伏发电系统的核心部件，它根据工作原理的不同可以分为单结、多结和薄膜光伏电池等不同类型。
单结光伏电池是最早的一种光伏电池，它由单一的半导体材料构成。
多结光伏电池则是由多种不同材料层叠组成，能够更高效地利用太阳能。
薄膜光伏电池则是利用薄膜材料制成，具有轻薄灵活的特点。
不同类型的光伏电池在工作原理上有所不同，但其基本原理都是利用光电效应将太阳能转化为电能。
除了光伏电池，光伏发电系统还包括支架、逆变器、电网连接等部件。
支架用于支撑光伏电池，使其能够正确朝向太阳光的方向。
逆变器则用于将光伏电池产生的直流电转化为交流电，以便于接入电网供电。
电网连接部件则用于将光伏发电系统与电网连接起来，实现太阳能发电与电网供电的无缝衔接。
光伏发电的基本原理简单清晰，但在实际应用中有着复杂的工程技术和经济运营问题。
光伏发电系统的安装、运行和维护都需要专业的技术支持和管理。
此外，光伏发电系统的经济性和可持续性也是需要考虑的重要因素。
随着技术的不断进步和成本的降低，光伏发电已经成为了一种具有广阔发展前景的清洁能源技术。
总的来说，光伏发电基本原理是利用光电效应将太阳能直接转化为电能，其核心部件是光伏电池。
光伏发电系统包括光伏电池、支架、逆变器、电网连接等部件。
光伏发电技术的发展将为人类提供清洁、可持续的能源，对于推动可再生能源的发展具有重要意义。
希望随着技术的不断进步，光伏发电能够在未来发挥更大的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
太阳能光伏发电工作原理
太阳能光伏发电工作原理1.光电效应光电效应是太阳能光伏发电的基本原理。
当太阳光照射到太阳能电池的表面时，其中的光子会撞击到太阳能电池材料的原子，并将其电子激发出来。
激发的电子会在材料内部移动，形成电流。
这个过程中，在太阳辐射的作用下，电池板内部会产生一个不断流动的直流电。
2.太阳能电池组件太阳能电池组件是太阳能发电的核心部件，也是光电效应的关键。
太阳能电池组件通常由多个太阳能电池片组成。
每个太阳能电池片都是由具有半导体特性的硅晶片制成的。
当太阳光照射到太阳能电池组件上时，晶片内部的电子受到能带结构的激发，并形成正负电荷分离。
3.电流的收集在太阳能电池组件中，电子和空穴将分离，并被安排在电池板中的电流收集地电极和顶端的电流收集线路中。
顶端的电流收集线路将电流从太阳能电池板中传送到电池组。
4.电压的输出顶端的电流收集线路还会将电流传送到逆变器中。
逆变器主要用于将直流电转换成交流电。
在逆变器中，直流电被变换成为具有可用的电压和频率的交流电。
逆变器还负责监测电池的状态，并将电能传送到电网或者电池充电。
5.电网互连和储存6.逆变器逆变器是太阳能光伏发电系统中的重要组成部分，它将太阳能电池产生的直流电转换为交流电。
逆变器的输出可以用于满足家庭或工业用电需求，或者注入电网上。
总的来说，太阳能光伏发电工作原理是通过光电效应将太阳光转化为电能。
通过太阳能电池组件的光电效应，太阳能电池板内部产生电流，然后通过电流收集和逆变器的转换，将直流电转化为交流电，以供家庭、工业用电或注入电网使用。
这种可持续的能源转换过程，能够有效地利用太阳能资源，减少对传统能源的依赖，对保护环境和可持续发展具有重要意义。
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五、光伏发电系统原理
DC/DC斩波器
DC/AC逆变器
太阳能电池阵列
DC/DC变换器 蓄电池
驱动电路 PWM控制器
典型并网光伏发电系统
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电抗器
电网
～
变压器
山大电气-WH
山大电气-WH
五、光伏发电系统原理
（1）光伏阵列
光伏电池组件的串联，要求所串联组件具有相同的电流容量； 光伏电池的并联，要求所并联组件具有相同的电压等级。 1个光伏电池额定输出电压大约为0.45V.
举例：双极性PWM控制方式
V1、V4和V2、V3两组相互导通。
ur >uc，给V1、V4导通信号，如io>0，则V1和V4通，如io<0，则VD1和VD4通，不管哪种 情况都是uo=Ud
ur<uc，给V2、V3导通信号，如io<0，则V2和V3通，如io>0，则VD2和VD3通，不管哪
种情况都是uo=-Ud
uUN
uUN '
uUN '
uVN' 3
uWN '（2）储能 Nhomakorabea蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备 蓄电池或其他蓄能元件如超导、 超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的电能储存起来，以使无光照 时也能够连续并且稳定的输出电能，满足用电负载的需求。
（3）负载
终端电能消耗设备，通过消耗电能作功，将电能再次转换成其他形式的 能量。——直流负载，交流负载
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主流电池
汇流条和互连条的作用是一样的，都是收集电荷用，互联条是将单个电池片 上的电荷进行收集并起到将电池片进行串联的目的，汇流条是将每一串的电 流进行连接的，汇集一起进行输出。汇流条和互联条都是涂锡铜带。
光伏电池封装胶膜（EVA）一种热固性有粘性的胶膜，用来粘结固定钢化玻璃 和发电主体（如电池片）
五、光伏发电系统原理
（4）电力电子变换器
电力电子变换器实现DC-AC或DC-DC电能变换，完成升压，对蓄电 池或其他中间蓄能元件进行充放电控制外，按照负载电源的需求进行 逆变，使光伏阵列转换的电能经过变换后可以供一般的用电设备使用。 是光伏发电系统的关键部分。
变 直流变换器（DC-DC）:将直流电变换为不同电压等级的直流电 换 器 逆变器——将直流电逆变成交流源
1958年，美国第二颗卫星“先锋1号”首次 采用太阳电池，为蓄电池充电，在太空连 续工作8年。
1977年，前苏联首次将GaAs太阳电池用在 人造卫星上。
我国1958年开始研制太阳电池，于1971年 将封装有20多块单晶硅太阳电池的组合板 用在我国第二颗人造卫星上。
硅太阳电池的三位发明人、美 国贝尔实验室的皮尔逊、查平 和富勒（Pearson, Chapin, Fuller）在测量早期太阳电池
失谐电池不但对组件输出没有贡献，而且会消耗其他电池产生 能量，导致局部过热。这种现象称为热斑效应。
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四、热斑效应
热斑效应的破坏力:
有光照的组件所产生的部分能量或全部能量都可能被遮蔽 的电池所消耗。热斑效应会使焊点融化，破坏封装材料( 如无旁路二极管保护)，甚至会使整个方阵失效。
组件热斑产生的原因:
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五、光伏发电系统原理
光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射能量转换为 电能的直接发电形式。
光伏发电系统主要由光伏阵列、控制器、储能、电力电 子变换器、负载等环节组成，将太阳能转换为可利用的电 能。
独立光伏发电系统 并网光伏发电系统
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五、光伏发电系统原理
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独立光伏发电系统组成
Hitachi 日立（日本） IXYS 艾赛斯（德国） Sanken 三肯 （日本）
San Rex 三社（美国）
IR (美国） Concept (瑞士)
Eupee 优派克（德国）
Semikron 西门康（德国） Mitsubishi 三菱（日本） Infineon 英飞凌（德国）
ABB 山大电气-WH
u
ur uc
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wt
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u of
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O
wt
-Ud
双极性PWM控制方式波形
三相桥式PWM型逆变电路
三相桥式PWM型逆变电路
◆采用双极性控制方式
◆电路工作过程（U相为例）
当urU>uc时，上桥臂V1导通，下桥臂V4关断，则U相相对 于直流电源假想中点N’的输出电压uUN’=Ud/2。
个别坏电池的混入、 电极焊片虚焊 电池由裂纹演变为破碎、 个别电池特性变坏、 电池局部受到阴影遮挡等。
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解决热斑效应的方法:
在组件上加装旁路二极管 旁路二极管的工作原理:
四、热斑效应
一般来说,一个由36个单体光伏电池串联的商用光伏组件 中,每18个单体光伏电池会并联上一个旁路二极管
当urU<uc时，V4导通，V1关断，则uUN’=-Ud/2。 V1和V4的驱动信号始终是互补的。 当 二给 极管V1V(VD4)1加(V导D4通)续信流号导时通，，可这能要是由V阻1(V感4)负导载通中，电也流可的能方是
向来决定。 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有±Ud/2两种电平。
` 光伏发电基本原理
山东大学电气工程学院 王辉
2017.08.03
内容
1. 新能源发电技术概述
2. 光伏发电系统
3. 光伏发电系统控制技术
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4. 其他关键技术
一、能源的定义和分类
按照开发和使用程度可分为：常规能源 （媒、石油、水利等）、新能源（太阳能、 风能、海洋能等）
按照是否可反复使用可分为：不可再生能 源（化学能源、核能）、可再生能源（太 阳能、水能、风能、地热能、海浪能等）
的光响应。
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三、光伏电池的分类
1. 单晶硅太阳能电池 2. 多晶硅太阳能电池 3. 非晶硅太阳能电池
在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和 多晶硅 电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。
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三、光伏电池的分类 外观
： 四角为截角或圆形
蓝灰色，质地单一
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美国加州建造的一个槽式抛物面聚焦系统照片
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槽式抛物面镜线聚焦太阳能热发电系统工作原理图
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太阳能热发电—塔式
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太阳能热发电—塔式
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太阳能热发电—塔式
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二、光伏电池工作原理
1)太阳光子打到半导体表面，能 量大于禁带宽度的，打出电子 空穴对。
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三相桥式PWM逆变电路波形
三相桥式PWM型逆变电路
三相桥式PWM逆变电路波形
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三相桥式PWM型逆变电路
输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构 成。
√当臂1和6导通时，uUV=Ud。
√当臂3和4导通时，uUV=－Ud。 √当臂1和3或臂4和6导通时，uUV=0。
负载相电压uUN可由下式求得
2)由于P-N结具有由N指向P的内 建电场，电子和空穴分别向相 反方向移动，在两侧电极积累。
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二、光伏电池工作原理
1839年，法国物理学家贝克勒尔（E. Becquerel）在湿电池实验中发现光伏效应。 但效率不足1%。
1953年，美国贝尔实验室的皮尔逊 (G.Pearson)、查平(D.Chapin)、富勒(C. Fuller) 利用掺杂半导体硅晶片，得到比 以前高得多的光电转换效率。
应用范围
99.999％ 以上的
单晶硅棒 晶粒生长 各向同性
需要高度提纯 严苛的晶粒 生长环境 生产成本高
电耗大
20％左右
精密电子仪器 半导体元器件 重要场所的 光伏电池原料
多晶硅电池
根据不同需要 掺入各种杂质
晶粒生长 呈不规则性
生产工艺纯熟 成本低
电耗相对小
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16％左右
普通场所 大型光伏电站
背板作用，密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化） 山大电气-WH
几个概念
单体：
由1片硅晶片构成的太阳能电池
光伏组件（模块）：
多个太阳能电池单体构成
光伏阵列：
多个光伏组件构成
热斑效应：
为了达到较高转换效率，光伏组件中的单体电池须具有相似的特性 。在实际使用过程中，可能出现电池裂纹或不匹配、内部连接失效、局 部被遮光或弄脏等情况，导致一个或一组电池的特性与整体不谐调。
Lb
Ui
Q OFF
Lb iLb + ULb _ Ui
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D
Q Cf
AD Q Cf
B
RLd
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0
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+
uAB
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Ton Ts
ILbmax Toff
ILbmin t
Uo
1 1 DUi
绝缘栅双极晶体管
■IGBT的结构和工作原理
◆IGBT的结构 ☞是三端器件，具有栅极G、
石油—40年；天然气—60年；煤— 200年 （低碳生活）
按照是否经过加工或转换，可分为一次能 源、二次能源。
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二、相关新能源发电技术
太阳能发电 风力发电
生物质能发电 海洋能利用与发电 燃料电池、地热能、空气能、核能等 储能技术（蓄电池、抽水蓄能、飞轮储能、
氢能等）