一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種(zhong)對光(guang)(guang)有響應(ying)并能(neng)(neng)將光(guang)(guang)能(neng)(neng)轉換成(cheng)(cheng)電(dian)力的器件。能(neng)(neng)產生(sheng)光(guang)(guang)伏效應(ying)的材料(liao)有許多種(zhong)，如(ru)：單晶(jing)硅(gui)(gui)，多晶(jing)硅(gui)(gui)，非晶(jing)硅(gui)(gui)，砷化鎵，硒銦銅(tong)等。它們的發電(dian)原(yuan)理(li)基本相同，現以晶(jing)體硅(gui)(gui)為例描述光(guang)(guang)發電(dian)過程。P型晶(jing)體硅(gui)(gui)經(jing)過摻雜磷可得N型硅(gui)(gui)，形成(cheng)(cheng)P-N結。

當(dang)光線(xian)照射太陽電(dian)池表面時(shi)，一部分光子(zi)被(bei)硅材料吸收;光子(zi)的(de)能量傳遞(di)給了(le)(le)硅原子(zi)，使(shi)電(dian)子(zi)發生了(le)(le)躍遷，成為自由(you)電(dian)子(zi)在(zai)P-N結兩(liang)側(ce)集聚形成了(le)(le)電(dian)位差，當(dang)外部接(jie)通電(dian)路時(shi)，在(zai)該電(dian)壓的(de)作用下(xia)，將會有電(dian)流流過外部電(dian)路產生一定的(de)輸出功率。這個過程的(de)的(de)實(shi)質是：光子(zi)能量轉換成電(dian)能的(de)過程。

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太(tai)陽能發電(dian)有兩種方(fang)式(shi)，一種是光(guang)—熱(re)—電(dian)轉(zhuan)換方(fang)式(shi)，另一種是光(guang)—電(dian)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)換方(fang)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(cheng)工質的(de)(de)蒸氣，再驅動汽輪機(ji)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)。前一(yi)(yi)個過程(cheng)是(shi)(shi)光—熱(re)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)過程(cheng)；后一(yi)(yi)個過程(cheng)是(shi)(shi)熱(re)—電(dian)(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)過程(cheng)，與(yu)普(pu)通(tong)(tong)(tong)的(de)(de)火(huo)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)一(yi)(yi)樣(yang)。太陽能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)缺點是(shi)(shi)效率很低(di)而成(cheng)本很高，估計(ji)它的(de)(de)投資至少要比普(pu)通(tong)(tong)(tong)火(huo)電(dian)(dian)(dian)(dian)站貴5～10倍(bei)。一(yi)(yi)座1000MW的(de)(de)太陽能(neng)熱(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站需要投資20～25億美元，平(ping)均1kW的(de)(de)投資為2000～2500美元。因此，適用小(xiao)規模特殊的(de)(de)場合(he)，而大規模利(li)用在經濟上(shang)很不(bu)合(he)算，還不(bu)能(neng)與(yu)普(pu)通(tong)(tong)(tong)的(de)(de)火(huo)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(yi)一次(ci)投(tou)資而長期使用；與火(huo)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、核能(neng)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)相比(bi)，太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池不會引起環境污(wu)染；太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池可(ke)以(yi)大中小(xiao)并舉(ju)，大到(dao)百萬(wan)千瓦的(de)中型(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)站，小(xiao)到(dao)只供(gong)一戶(hu)用的(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池組，這是其它電(dian)(dian)(dian)(dian)源無(wu)法比(bi)擬(ni)的(de)。

二、太陽能電池板功率計算方法

太(tai)陽能交流發電(dian)(dian)系統(tong)是由太(tai)陽電(dian)(dian)池板、充電(dian)(dian)控(kong)制器(qi)(qi)、逆(ni)變器(qi)(qi)和蓄電(dian)(dian)池共同組成(cheng)；太(tai)陽能直流發電(dian)(dian)系統(tong)則不包括逆(ni)變器(qi)(qi)。為了使(shi)太(tai)陽能發電(dian)(dian)系統(tong)能為負載提供足夠的電(dian)(dian)源，就要根據用電(dian)(dian)器(qi)(qi)的功率，合理選擇各部(bu)件。下(xia)(xia)面以100W輸出(chu)功率，每天使(shi)用6個小時為例(li)，介(jie)紹一下(xia)(xia)計算方法：

1、首先應(ying)(ying)計算(suan)出(chu)每(mei)天消(xiao)耗(hao)的(de)瓦時數（包括逆(ni)變(bian)器的(de)損耗(hao)）：若逆(ni)變(bian)器的(de)轉換效(xiao)率(lv)(lv)為90%，則當輸出(chu)功率(lv)(lv)為100W時，則實際需(xu)要(yao)輸出(chu)功率(lv)(lv)應(ying)(ying)為100W/90%=111W；若按每(mei)天使用(yong)5小時，則輸出(chu)功率(lv)(lv)為111W*5小時=555Wh。

2、計(ji)算太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)板(ban)：按每日有效(xiao)日照時間(jian)為(wei)6小(xiao)時計(ji)算，再考慮到充電(dian)效(xiao)率和充電(dian)過(guo)(guo)程中的損耗，太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)板(ban)的輸出功率應(ying)為(wei)555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電(dian)過(guo)(guo)程中，太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)板(ban)的實際使用功率。

三、發電效率

單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)的(de)光電轉(zhuan)換效(xiao)率最高(gao)的(de)達(da)到24%，這是(shi)目前所有種類的(de)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)中光電轉(zhuan)換效(xiao)率最高(gao)的(de)。但是(shi)單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)的(de)制作成(cheng)本很大，以(yi)致于它還不能(neng)(neng)被(bei)大量廣泛和普遍地(di)使用(yong)。多(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)從(cong)制作成(cheng)本上來講(jiang)，比單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)要(yao)便宜一些，但是(shi)多(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)的(de)光電轉(zhuan)換效(xiao)率則要(yao)降低不少，此外，多(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)的(de)使用(yong)壽(shou)命(ming)也要(yao)比單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)短。因此，從(cong)性能(neng)(neng)價格比來講(jiang)，單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi)還略好(hao)。

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(yi)達到的光電轉化率為(wei)18%。