一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種(zhong)對光有響(xiang)應并能(neng)將光能(neng)轉換成電(dian)力(li)的器件。能(neng)產生(sheng)光伏(fu)效應的材(cai)料有許多種(zhong)，如(ru)：單晶(jing)硅(gui)，多晶(jing)硅(gui)，非晶(jing)硅(gui)，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fa)電(dian)原理基本相同，現以晶(jing)體硅(gui)為例(li)描(miao)述(shu)光發(fa)電(dian)過程。P型晶(jing)體硅(gui)經過摻雜磷可得N型硅(gui)，形成P-N結。

當光線照射太陽電池表面時(shi)，一部分光子(zi)(zi)(zi)被(bei)硅材料吸收(shou);光子(zi)(zi)(zi)的(de)能(neng)(neng)量(liang)傳遞給了硅原子(zi)(zi)(zi)，使電子(zi)(zi)(zi)發(fa)生(sheng)了躍遷，成(cheng)為(wei)自由電子(zi)(zi)(zi)在P-N結兩側(ce)集聚形(xing)成(cheng)了電位差，當外(wai)部接通電路時(shi)，在該電壓(ya)的(de)作用下，將會有電流(liu)流(liu)過(guo)外(wai)部電路產(chan)生(sheng)一定的(de)輸出功率。這(zhe)個過(guo)程(cheng)的(de)的(de)實質是：光子(zi)(zi)(zi)能(neng)(neng)量(liang)轉換成(cheng)電能(neng)(neng)的(de)過(guo)程(cheng)。

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太陽能發電(dian)有兩(liang)種方(fang)(fang)式(shi)，一種是(shi)(shi)光—熱—電(dian)轉換方(fang)(fang)式(shi)，另一種是(shi)(shi)光—電(dian)直接轉換方(fang)(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成(cheng)(cheng)工質的(de)蒸氣，再驅(qu)動(dong)汽輪(lun)機發電(dian)。前一個(ge)過(guo)程是(shi)光—熱(re)(re)轉換過(guo)程；后一個(ge)過(guo)程是(shi)熱(re)(re)—電(dian)轉換過(guo)程，與(yu)普通(tong)的(de)火力發電(dian)一樣。太陽能熱(re)(re)發電(dian)的(de)缺點(dian)是(shi)效(xiao)率很(hen)低(di)而成(cheng)(cheng)本很(hen)高，估計它的(de)投資(zi)(zi)至少要(yao)比(bi)普通(tong)火電(dian)站貴5～10倍。一座1000MW的(de)太陽能熱(re)(re)電(dian)站需要(yao)投資(zi)(zi)20～25億美(mei)元，平均1kW的(de)投資(zi)(zi)為2000～2500美(mei)元。因(yin)此(ci)，適用小規(gui)模特殊(shu)的(de)場合(he)，而大規(gui)模利用在經濟上很(hen)不合(he)算，還不能與(yu)普通(tong)的(de)火電(dian)站或(huo)核電(dian)站相競爭(zheng)。

（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，太陽能電池就可以一次投資(zi)而長期使用(yong)；與火力發(fa)電(dian)(dian)、核能(neng)發(fa)電(dian)(dian)相比，太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)不會(hui)引(yin)起(qi)環境污染；太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)可以大(da)中(zhong)小(xiao)并舉，大(da)到(dao)百萬(wan)千瓦(wa)的中(zhong)型電(dian)(dian)站(zhan)，小(xiao)到(dao)只供一戶用(yong)的太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)組，這(zhe)是其它電(dian)(dian)源(yuan)無(wu)法比擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太陽(yang)能(neng)交流發(fa)電(dian)系(xi)(xi)(xi)統是(shi)由(you)太陽(yang)電(dian)池板、充電(dian)控制器(qi)、逆變器(qi)和蓄電(dian)池共同組成；太陽(yang)能(neng)直流發(fa)電(dian)系(xi)(xi)(xi)統則不(bu)包括(kuo)逆變器(qi)。為了使太陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)系(xi)(xi)(xi)統能(neng)為負載提供足夠的(de)電(dian)源(yuan)，就要(yao)根(gen)據用電(dian)器(qi)的(de)功率，合(he)理選擇各部(bu)件。下面以100W輸出功率，每(mei)天使用6個小(xiao)時為例，介紹一下計(ji)算方法：

1、首(shou)先應計(ji)算出每(mei)(mei)天消耗的(de)瓦時數（包括逆變(bian)器的(de)損耗）：若逆變(bian)器的(de)轉換效率(lv)為(wei)90%，則(ze)當輸(shu)(shu)出功(gong)率(lv)為(wei)100W時，則(ze)實際需要輸(shu)(shu)出功(gong)率(lv)應為(wei)100W/90%=111W；若按(an)每(mei)(mei)天使用5小時，則(ze)輸(shu)(shu)出功(gong)率(lv)為(wei)111W*5小時=555Wh。

2、計算太陽能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)板(ban)(ban)：按每日(ri)有(you)效(xiao)日(ri)照時間為(wei)6小時計算，再考慮到充(chong)電(dian)(dian)(dian)效(xiao)率和充(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中的(de)損耗(hao)，太陽能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)板(ban)(ban)的(de)輸出功率應為(wei)555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中，太陽能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)板(ban)(ban)的(de)實際使用功率。

三、發電效率

單(dan)(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)的光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)效(xiao)率(lv)最高的達到24%，這是目前所有(you)種類(lei)的太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)效(xiao)率(lv)最高的。但是單(dan)(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的制(zhi)作成(cheng)本很大，以致(zhi)于它還不能(neng)(neng)被大量廣(guang)泛和(he)普遍(bian)地使用。多(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)從制(zhi)作成(cheng)本上來講，比(bi)(bi)單(dan)(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)要(yao)便(bian)宜(yi)一(yi)些，但是多(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)效(xiao)率(lv)則要(yao)降低不少，此外，多(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的使用壽(shou)命也要(yao)比(bi)(bi)單(dan)(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)短(duan)。因此，從性能(neng)(neng)價格比(bi)(bi)來講，單(dan)(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(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，可以達到的光電轉化(hua)率(lv)為18%。