機場用電僅靠太陽能？太陽能應用潛力無限

知識 11-10

機場用電僅靠太陽能？太陽能應用潛力無限

近日，印度建成了一個完全依靠太陽能供電的飛機場。飛機場的電全部由太陽能板所產生的電量提供，這個機場現在已經可以完全脫離傳統的電力供應。

機場用電僅靠太陽能？太陽能應用潛力無限

這個太陽能機場建在印度南部喀拉拉邦科欽，科欽國際機場現在成為了全球第一個完全由太陽能來供應電力的機場。科欽機場是印度首個國際機場，據2012年的統計，它印度第四繁忙的機場，有第七繁忙的國際客運量。

眾所周知，人類的發展需要尋找能夠代替傳統能源的新型的清潔能源，其中一個重要的方面就是對太陽能的開發和利用。科欽機場用太陽能來供應電力的改造就是一次很好的實踐。

太陽能電池是一種直接將陽光轉化為電能的電子器件。太陽能電池的結構是怎樣的？它又是如何將太陽能轉化為電能的呢？

太陽能電池的基本結構

太陽能電池是一種直接將陽光轉化為電能的電子器件。光線照射在太陽能電池上產生出光生電流和電壓，從而獲得電功率。這一轉變過程首先需要材料吸收光線，使電子獲得更高的能量，接著具有更高能量的電子從電池移動到外電路中，釋放出額外的這部分能量，再回到太陽能電池中。

機場用電僅靠太陽能？太陽能應用潛力無限

太陽能電池工作的基本過程：

產生光生載流子——收集光生載流子從而產生電流——產生較大的光生電壓——將產生的功率分配給負載及寄生電阻。

光生電流的過程

在太陽能電池中產生「光生電流」包括兩個重要的過程。首先是吸收入射光子產生電子空穴對。當入射光子的能量高於帶隙間能量時可以產生電子空穴對。p型材料中的電子與n型材料中的空穴將在與少子壽命相當的時間內，以相對穩定的狀態存在，直到複合。當載流子複合後，光生電子空穴對將消失，沒有電流和功率產生。

接下來是pn結收集這些光生載流子的過程。採用pn結結構產生的自建電場，可以在空間上分離電子與空穴從而阻止其複合。當光生少子到達pn結邊緣，將被自建電場迅速所驅動，迅速通過pn結，成為多數載流子。當太陽能電池的基極與發射極相聯（即電池被短路）時，光生載流子將通過外電路。

光生伏特效應

對光生載流子的收集並不能直接對產生功率做出貢獻，除了電流，還要有電壓，才能形成功率的產生。太陽能電池中的電壓由「光伏效應」產生。對光生載流子的收集過程使得在pｎ結中ｎ型一側聚集電子，在ｐ型一側聚集空穴。在短路電流狀態下，載流子流出器件形成光生電流。

如果光生載流子被阻止流出太陽能電池，則對光生載流子的收集使得pn結的n型一側電子數目增加，同時ｐ型一側的空穴數目增加。這種電荷的分離在pn結上產生了一個方向與自建電場相反的電場，從而消弱了凈電場。

產生的電場對正向擴散電流來說是一個勢壘，而電場的削弱增加了擴散電流，當pn結上產生新的電勢，一個新的平衡隨即產生。

中國需要大力發展太陽能

同國外相比，我國的能源系統更加不具備可持續發展特點。

能源枯竭的威脅可能來的更早。人口多，人均資源佔有量僅及世界的一半，石油和天然氣資源僅佔世界人均量的17.1％和13.2％；加之能源利用技術落後，效率低下，能耗高，枯竭速度可能會比國外更加迅速，能源匱乏的威脅可能來的更早。

能源供需缺口將越來越大。2020年全國需求量27億噸TOE，尚缺4.8億噸標煤；2050年一次需求量達到40億噸標煤，缺口達10億噸標煤，短缺25％以上。

過度依賴煤炭，環境影響更加嚴重。煤炭幾乎滿足了我國一次能源需求的70％，66％的城市大氣顆粒物的含量和22％的城市的二氧化硫含量均超過國家空氣質量二級標準，在冬季這些污染物的濃度更大，通常為夏季的2倍。環境專家估計，大氣中90％的二氧化硫和70％的煙塵來自於燃煤。

煤廢料的處理仍是問題。煤炭開發利用過程中產生的大量的矸石、腐蝕性水、煤泥、灰渣和飛灰等，已構成對工農業生產和生態環境的危害，成為制約所在地區可持續發展的一個制約因素。

人類的發展需要尋找能夠代替傳統能源的新型的清潔能源，其中一個重要的方面就是太陽能的開發和利用。

出品：科普中國

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