一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種對光有響應并能(neng)將光能(neng)轉(zhuan)換成電(dian)力(li)的器(qi)件。能(neng)產生光伏(fu)效應的材料有許多種，如：單晶(jing)(jing)硅(gui)，多晶(jing)(jing)硅(gui)，非晶(jing)(jing)硅(gui)，砷(shen)化鎵，硒銦銅等(deng)。它們(men)的發電(dian)原理基本相(xiang)同，現(xian)以(yi)晶(jing)(jing)體(ti)硅(gui)為(wei)例描述(shu)光發電(dian)過(guo)程。P型晶(jing)(jing)體(ti)硅(gui)經(jing)過(guo)摻雜磷可(ke)得(de)N型硅(gui)，形成P-N結。

當光(guang)線照射太(tai)陽電(dian)池表面時(shi)，一部分光(guang)子被(bei)硅材料吸(xi)收;光(guang)子的能量傳遞給了硅原子，使電(dian)子發生了躍遷，成為自由(you)電(dian)子在P-N結兩側集聚(ju)形成了電(dian)位差，當外(wai)部接通電(dian)路(lu)時(shi)，在該電(dian)壓的作用下，將(jiang)會(hui)有電(dian)流流過外(wai)部電(dian)路(lu)產生一定的輸(shu)出(chu)功率。這個過程的的實(shi)質是：光(guang)子能量轉換成電(dian)能的過程。

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太陽能發電有兩種(zhong)方式(shi)，一(yi)種(zhong)是(shi)光—熱—電轉換(huan)方式(shi)，另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)光—電直接轉換(huan)方式(shi)。

（1）光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換(huan)成工質的(de)(de)蒸氣，再驅動汽(qi)輪機發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)。前一(yi)個過程是(shi)光—熱(re)轉換(huan)過程；后(hou)一(yi)個過程是(shi)熱(re)—電(dian)(dian)(dian)(dian)轉換(huan)過程，與普通(tong)的(de)(de)火力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)一(yi)樣。太陽能熱(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)缺點是(shi)效率很低而(er)(er)成本(ben)很高，估計它(ta)的(de)(de)投(tou)資至少(shao)要比普通(tong)火電(dian)(dian)(dian)(dian)站貴5～10倍。一(yi)座1000MW的(de)(de)太陽能熱(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站需要投(tou)資20～25億美(mei)元，平均1kW的(de)(de)投(tou)資為2000～2500美(mei)元。因(yin)此，適用(yong)小規模(mo)特殊的(de)(de)場合，而(er)(er)大規模(mo)利用(yong)在經濟上很不合算，還(huan)不能與普通(tong)的(de)(de)火電(dian)(dian)(dian)(dian)站或核電(dian)(dian)(dian)(dian)站相競爭。

（2）光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可(ke)以一(yi)次投資(zi)而長(chang)期使(shi)用；與火(huo)力發(fa)電、核(he)能(neng)發(fa)電相比，太陽能(neng)電池(chi)不(bu)會(hui)引起環境污染；太陽能(neng)電池(chi)可(ke)以大中小并舉，大到(dao)百萬千(qian)瓦的中型電站，小到(dao)只供一(yi)戶用的太陽能(neng)電池(chi)組(zu)，這是其它電源(yuan)無法比擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太(tai)(tai)陽能(neng)交流發(fa)電系(xi)統是由太(tai)(tai)陽電池(chi)板、充(chong)電控制器(qi)、逆變器(qi)和蓄電池(chi)共同組(zu)成；太(tai)(tai)陽能(neng)直流發(fa)電系(xi)統則不包括逆變器(qi)。為了使太(tai)(tai)陽能(neng)發(fa)電系(xi)統能(neng)為負載提供足(zu)夠的電源(yuan)，就要根據用(yong)電器(qi)的功(gong)(gong)率，合理選(xuan)擇(ze)各部件。下面(mian)以100W輸(shu)出功(gong)(gong)率，每天使用(yong)6個(ge)小時(shi)為例，介(jie)紹一下計算方法(fa)：

1、首先應計(ji)算出(chu)每天消耗(hao)的瓦時(shi)(shi)數(shu)（包括逆變器的損耗(hao)）：若逆變器的轉換(huan)效率(lv)為(wei)90%，則(ze)當輸出(chu)功(gong)率(lv)為(wei)100W時(shi)(shi)，則(ze)實際需要輸出(chu)功(gong)率(lv)應為(wei)100W/90%=111W；若按每天使用5小時(shi)(shi)，則(ze)輸出(chu)功(gong)率(lv)為(wei)111W*5小時(shi)(shi)=555Wh。

2、計(ji)算太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池板：按每日有(you)效日照時間為(wei)(wei)6小時計(ji)算，再考慮到充(chong)電(dian)效率和(he)充(chong)電(dian)過(guo)程中的損耗，太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池板的輸出功率應為(wei)(wei)555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充(chong)電(dian)過(guo)程中，太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池板的實際使用(yong)功率。

三、發電效率

單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能的(de)(de)光電(dian)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)最高的(de)(de)達到(dao)24%，這是目(mu)前(qian)所有種類的(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池中光電(dian)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)最高的(de)(de)。但是單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池的(de)(de)制作成本很大，以致于它還(huan)不能被大量廣泛和(he)普遍(bian)地使(shi)(shi)用。多(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池從制作成本上來講，比單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池要(yao)便宜一些(xie)，但是多(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池的(de)(de)光電(dian)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)則(ze)要(yao)降低不少，此外，多(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池的(de)(de)使(shi)(shi)用壽命也要(yao)比單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池短(duan)。因此，從性(xing)能價格比來講，單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)能電(dian)池還(huan)略好。

研究者發現有一些化合物半導體材料適于作太陽能光電轉化薄膜。例如CdS,CdTe；Ⅲ-V化合物半導體：GaAs，AIPInP等；用這些半導體制作的薄膜太陽能電池表現出很好光電轉化效率。具有梯度能帶間隙多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜范圍，進而提高光電轉化效率。使薄膜太陽能電池大量實際的應用呈現廣闊的前景。在這些多元的半導體材料中Cu（In，Ga）Se2是一種性能優良太陽光吸收材料。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅明顯地高的薄膜太陽能電池，可以達到的光電轉化率為18%。