光伏能源是如何运作的？

可再生能源的兴起与太阳能的利用密不可分，但光伏能源是如何运作的？它又是如何到达您的家中的呢？

太阳，这个占据我们天空的炽热之球，几乎所有人类文化都围绕着它旋转，至今仍在旋转，并将永远围绕着它旋转（字面意义上的旋转）。对太阳的文化和宗教崇拜，非但没有被日益淡化神秘感的人类所摒弃，反而正在转化为对能源的科学利用。事实上，这颗拥有46.03亿年历史的恒星——与其他恒星的年龄相比，它还算不上成熟——对地球生命至关重要（我们认为现在无需解释原因），也对清洁、可持续、取之不尽、用之不竭的能源——光伏——的生产至关重要。因此，在短短几十年的时间里，从能源角度来看，我们已经从背对太阳的生活转变为经历了光伏热潮，我们开始利用太阳王的潜力来发电。但你有没有想过光伏太阳能是如何工作的？今天，我们将为你揭秘。涂上防晒霜，我们开始了。

也许首先也是最有必要的事情是澄清什么是光伏太阳能。这种能量是通过将太阳辐射转化为电能而获得的，这要归功于所谓的光电效应；其基本原理是电磁辐射撞击材料（在本例中是位于光伏板表面的光伏电池，无论其尺寸和技术如何）时发射电子（随后将变成电能）。这些光伏组件又由一系列电半导体材料层（无论是硅还是其他材料）构成，表面覆盖一层玻璃层，允许太阳辐射通过并最大限度地减少能量损失，尽管目前最先进的装置的最高效率也只有20%。通过这种方式，留在光伏板内部的太阳光线被“捕获”，这要归功于在电气装置中产生的电路中运行的电场。

现在，我们挚爱的太阳光线被捕获在我们的电路中，其强度将决定——在我们装置的容量限制范围内——我们能够产生的电能，这要归功于科学的“魔力”。现在是时候将它们转化为我们可以使用的实际电能了。

随着“被捕获”的光子释放电子，它们会通过光伏板电路产生越来越多的电能。光伏板电路无法利用所有产生的电子，因此会将它们重新定向回所谓的负极板，以便它们能够在后续过程中重新进入。因此，这个循环过程可以产生我们所知的直流电，直流电存储在电池中，然后通过我们解释的第二个重要主角：电压逆变器，转换成交流电（我们在家中使用的交流电）。

光伏能源是如何工作的？

这些逆变器是关键，因为没有它们，我们就不可能利用光伏太阳能。因此，由于从直流电到交流电的转换，这些设备的工作电流相当于我们在家里任何插座中找到的电流。之所以需要对电流进行逆变，是因为直流电，顾名思义，是一种单向流动的规则电流，而交流电的功率和方向会不断变化，时间间隔不同，形成功率峰谷。这样，逆变器就会不断地将直流电的方向转换为交流电；因此，我们可以将其用于家庭用途，因为将电器的特定电压调整到交流电要容易得多。

太阳能及其全球贡献

好了，现在，为了继续解释，我们必须先了解一下有哪些类型的光伏装置。基本上，我们可以将它们分为两大类：

• 连接到电网的光伏装置
• 未连接到电网的光伏装置

让我们看看操作上的差异以及哪些其他元素可以发挥作用以保证它们的使用。

连接到电网的光伏太阳能装置

这些类型的装置，无论是自用型（我们安装在私人住宅中以为自己提供“免费”能源的装置）还是中央装置（产生光伏太阳能并将其分配给不同消费者的大型装置），都与大型电网互连；使其能够利用其剩余能源（在自用的情况下）和生产能源（在发电厂的情况下）。

未连接到电网的光伏太阳能装置

第二种类型最不常见，但在农业领域以及偏远或难以到达的地方却非常常见。基本上，这些装置在所谓的“能源岛”中运行，以满足独立装置的能源需求。因此，这类光伏装置的操作更加简单，因为它们无需连接到主电网，无需额外的开关设备，可以用作照明、种植园灌溉系统的电能发电机，或为其他发电系统（例如柴油发电机）提供支持。

为了做到这一点，回到能量已经通过太阳能电池板并安全存储在电池中的环节，这些装置需要另一个在操作方面使其与众不同的附加元件：调节器。该元件的作用基本上是保护电池免受电气过载或储存能量的低效或不负责任的使用。这样，受到良好保护的电池将能量输送到自主电网（包括线路和家庭/农业/工业设施），供后者使用。就是这么简单。

光伏能源：可持续且经济实惠

直到最近，关于光伏能源的争论，就像其他可再生能源一样，影响深远。那些威胁着遮蔽阳光灿烂的“光伏天空”的阴云，正是对其作为能源可行性的质疑。与任何技术一样，光伏技术在其初始阶段也付出了额外成本的代价，但经过数年的发展，其多功能性得到了充分展现，凭借技术的成熟和安装价格的持续下降，这一成本得以克服。

就在两年前，光伏太阳能历史上出现了一个里程碑， 国际能源署 (IEA) 发布了其 2020 年度能源报告（世界能源展望），其中裁定太阳能不仅具有竞争力和效率，而且是“历史上最便宜的电力”；这很重要。其中的关键是太阳能项目的资本成本，这使得太阳能的生产价格低于每兆瓦时 20 美元，因此，鉴于其高盈利能力，这也成为融资实体青睐提供资本来推动新太阳能项目的原因之一。

如今，光伏发电容量已达到 1,000 GW 的心理障碍，这要归功于 2021 年的出色表现，其中全球电网增加了 168 GW 的容量。 SolarPower Europe 发布的《全球太阳能市场展望》报告证实了这一点，该报告还强调，光伏行业连续第九年打破年度装机容量纪录。预计这一趋势将在 2022 年延续，届时太阳能装机容量将首次超过 200 吉瓦。