早在2015年12月，《联合国气候变化框架公约》各方就达成了一项具有里程碑意义的协议。195个国家，几乎是世界上所有的国家，将正式对抗气候危机。这就是现在众所周知的《巴黎协定》。该条约的主要目标是将全球气温上升限制在远低于2摄氏度的范围内。
但为了拯救地球免受气温上升的影响，我们每年需要从大气中清除数十亿公吨的碳。为了帮助实现这一目标，各国一直在投资于负排放和低碳技术，并增加基础设施来支持这些技术。太阳能已经是这场可再生能源革命的前沿。为什么?因为太阳是地球上最丰富的能源。但你对太阳能电池板了解多少?它们究竟是如何工作的?
让我们从光伏电池开始。
这些电池将阳光转化为电能。单个光伏电池，也被称为太阳能电池，可以比邮票还小，比人的头发还细。
一个太阳能电池本身可以产生大约半伏的电压。所以，为了增加能量输出，你可以将这些太阳能电池组合成太阳能模块，甚至稍微大一点的太阳能电池板。
根据它们的大小和材料，以及可用的阳光量，太阳能电池板的功率输出可能会有所不同。这种输出，或面板产生的能量，以千瓦时为单位。所以，如果一个面板在一小时内产生100瓦，那将是100瓦小时或0.1千瓦时。
但你可以将模块和面板进一步结合起来，形成太阳能阵列。这些结构被用来为家庭甚至宇宙飞船提供动力。如果你在一个地方收集足够的太阳能阵列，你甚至可以为城市供电。
你可能看到过太阳能电池板覆盖的大片土地。这些通常被称为太阳能农场或太阳能公园。迄今为止最大的太阳能公园是印度的帕瓦伽达太阳能公园。该电站占地超过53平方公里，可生产20亿瓦的电力，足以为70万户家庭供电。
截至2018年底，全球太阳能电池装机容量超过480吉瓦，是仅次于风能的第二大可再生能源。
现在，这似乎已经是很多能量了，但研究人员预计，到2050年，全球太阳能电池的容量将超过8500千兆瓦。这正是我们实现《巴黎协定》的碳减排目标所需要的扩张。
光伏电池还没有风靡全球的主要原因是该技术仍然受到三个重要因素的限制。江南体育全站app成本、效率和可靠性。
效率基本上是指太阳能电池板将阳光转化为电能的能力有多强，而成本可以通过制造太阳能电池的材料、制造、分销、安装，以及相对于产生多少瓦数的投资回报来定义。最后，我们必须确保太阳能电池在晴天和阴天都能发电，这比你想象的要难。
近年来，太阳能技术的进步使得像你我这样的普通人以及参加世界太阳能挑战赛的团队更容易获江南体育全站app得太阳能。
基本上，太阳以光子的形式提供能量。当这些光子撞击到太阳光线时当它撞击到太阳能电池时，光子激发电子这些电子会跳过太阳能电池内部的带隙它们基本上会流过你的电路。所以，你得到了电子的流动。
今天，太阳能电池中最流行的半导体材料是硅。更深入地研究，我们将看到晶体硅电池是由硅原子相互连接形成晶格组成的。
硅键是由电子构成的，电子是原子中带负电荷的粒子。这些电子使它能够完美地结合到它的硅邻居上，创造出这种完美组织的晶格结构。
在太阳能电池中，有两层硅。一层n型，带负电荷，另一层p型，带正电荷。
每一次充电都需要加强才能产生我们想要的能量。为了做到这一点，研究人员将在硅材料中掺杂或添加其他元素，给它额外的电子，或制造空穴供电子填充。
负电荷通常是通过将硅层与磷层混合而获得的。这增加了额外的电子，使更多的电子在晶格中自由漫游。
p层的正电荷是通过掺杂硼来实现的，形成了称为空穴的空间。
两层之间的边界被称为p-n结，而它周围的区域被称为损耗区。现在开始有趣的部分。当来自太阳的光照射到这些层时，来自光子的能量将电子击散。
因为这些层是带相反电荷的，电子想要从n型层移动到p型层以填充它的空穴。
电子在电池的两端产生电压差。因此，通过在一端添加一个电路，电子可以通过这个电路，一路为设备供电，最终进入p型层。
但是典型的晶体硅光伏电池只能将18%到22%的阳光转化为电能。这显然是不够的。
我们希望太阳能电池尽可能高效，这样它们就可以为尽可能多的东西供电。参加世界太阳能挑战赛的团队已经在使用一种先进的材料来做到这一点。
制造太阳能电池的典型材料是硅。他们最多只能住四平方米。但最近很多汽车都改用了一种不同的材料，砷化镓电池，而且效率明显更高。
砷化镓是一种由镓和砷元素制成的半导体材料。砷化镓太阳能电池目前保持着单结太阳能电池的世界效率记录，转化率仅为28.8%左右。那么是什么阻止我们在任何事情上使用它呢?嗯，制造砷化镓晶片要比制造硅片贵得多。
砷化镓阵列的尺寸是3.56平方米，要覆盖这个尺寸的阵列，你需要大约10万美元，嗯，来覆盖同样大小的面积，实际上是覆盖大约4平方米。所以即使是更大面积的硅，你也需要3000美元，所以有很大的价格差异。
因此，研究人员仍在努力寻找既省钱又高效的完美太阳能电池。像世界太阳能挑战赛中使用的那些创新将继续推动可再生太阳能技术的边界。江南体育全站app现在你已经掌握了太阳能电池板和光伏的工作原理，让我们来仔细看看我们如何将所有这些太阳能技术应用到赛车上。
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