一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種(zhong)對光有(you)響應并能(neng)(neng)(neng)將光能(neng)(neng)(neng)轉換成電力的(de)器件。能(neng)(neng)(neng)產生光伏(fu)效應的(de)材料(liao)有(you)許多種(zhong)，如：單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)，多晶(jing)(jing)硅(gui)，非晶(jing)(jing)硅(gui)，砷化鎵，硒(xi)銦銅等。它(ta)們的(de)發電原理基本相同(tong)，現以(yi)晶(jing)(jing)體硅(gui)為例描述光發電過程。P型(xing)晶(jing)(jing)體硅(gui)經過摻(chan)雜磷可(ke)得(de)N型(xing)硅(gui)，形(xing)成P-N結(jie)。

當(dang)(dang)光(guang)(guang)線(xian)照射太陽(yang)電池表面時(shi)，一部(bu)分光(guang)(guang)子(zi)被硅材(cai)料吸收;光(guang)(guang)子(zi)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)傳遞給了硅原子(zi)，使電子(zi)發生(sheng)了躍遷，成為自由電子(zi)在P-N結兩側集聚形成了電位差，當(dang)(dang)外部(bu)接通電路(lu)時(shi)，在該(gai)電壓的(de)(de)(de)作用下，將會有電流流過外部(bu)電路(lu)產生(sheng)一定的(de)(de)(de)輸出功(gong)率。這個(ge)過程(cheng)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)實(shi)質(zhi)是：光(guang)(guang)子(zi)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換成電能(neng)的(de)(de)(de)過程(cheng)。

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太陽能發電(dian)有兩種方式，一種是(shi)光(guang)—熱—電(dian)轉換方式，另一種是(shi)光(guang)—電(dian)直接轉換方式。

（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工質的(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)氣，再驅動汽(qi)輪機發電(dian)(dian)。前一個(ge)過程(cheng)是(shi)(shi)光—熱轉換過程(cheng)；后一個(ge)過程(cheng)是(shi)(shi)熱—電(dian)(dian)轉換過程(cheng)，與普(pu)(pu)通的(de)(de)(de)(de)火力發電(dian)(dian)一樣(yang)。太陽能熱發電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)缺點是(shi)(shi)效率很低而(er)成本很高(gao)，估計它的(de)(de)(de)(de)投(tou)(tou)資(zi)(zi)至少要比(bi)普(pu)(pu)通火電(dian)(dian)站貴5～10倍。一座(zuo)1000MW的(de)(de)(de)(de)太陽能熱電(dian)(dian)站需(xu)要投(tou)(tou)資(zi)(zi)20～25億美(mei)元，平均1kW的(de)(de)(de)(de)投(tou)(tou)資(zi)(zi)為2000～2500美(mei)元。因此，適用小規模特殊的(de)(de)(de)(de)場合(he)，而(er)大規模利(li)用在經濟上很不合(he)算，還不能與普(pu)(pu)通的(de)(de)(de)(de)火電(dian)(dian)站或核(he)電(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，太陽能電池就可以一次(ci)投資而長期使用；與(yu)火力發(fa)電(dian)、核能發(fa)電(dian)相(xiang)比，太陽能電(dian)池不會(hui)引(yin)起環境污(wu)染(ran)；太陽能電(dian)池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電(dian)站，小到只供(gong)一戶用的太陽能電(dian)池組，這是其它電(dian)源無法比擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太(tai)陽能交流發(fa)電系(xi)統(tong)是由(you)太(tai)陽電池板(ban)、充電控制器(qi)、逆變器(qi)和蓄電池共(gong)同組成；太(tai)陽能直流發(fa)電系(xi)統(tong)則不包括逆變器(qi)。為(wei)(wei)了使(shi)太(tai)陽能發(fa)電系(xi)統(tong)能為(wei)(wei)負載(zai)提供(gong)足(zu)夠的電源，就要根(gen)據用電器(qi)的功率(lv)，合(he)理(li)選擇各部件。下面(mian)以100W輸出功率(lv)，每天使(shi)用6個小時為(wei)(wei)例，介紹(shao)一下計算方法：

1、首先應計算出每天消耗的瓦時(shi)(shi)(shi)數（包括逆變(bian)器的損耗）：若逆變(bian)器的轉換效率(lv)為90%，則當輸出功率(lv)為100W時(shi)(shi)(shi)，則實際需要輸出功率(lv)應為100W/90%=111W；若按每天使(shi)用5小時(shi)(shi)(shi)，則輸出功率(lv)為111W*5小時(shi)(shi)(shi)=555Wh。

2、計(ji)算太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)(dian)池板：按每日有效(xiao)日照時間為6小時計(ji)算，再考慮到(dao)充電(dian)(dian)(dian)效(xiao)率(lv)和充電(dian)(dian)(dian)過程中(zhong)的(de)損(sun)耗，太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)(dian)池板的(de)輸出功率(lv)應為555Wh/6h/70%=130W。其中(zhong)70%是充電(dian)(dian)(dian)過程中(zhong)，太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)(dian)池板的(de)實(shi)際使用(yong)功率(lv)。

三、發電效率

單(dan)晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)光電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)最(zui)高(gao)的(de)(de)達(da)到24%，這是目前所有種類的(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)光電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)最(zui)高(gao)的(de)(de)。但(dan)是單(dan)晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)制作成本很(hen)大(da)，以致于它還不能(neng)(neng)(neng)被大(da)量廣泛和普遍地使用。多晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)從制作成本上來講(jiang)，比單(dan)晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)要(yao)便宜一(yi)些，但(dan)是多晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)光電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)則要(yao)降低(di)不少(shao)，此(ci)外，多晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)使用壽(shou)命(ming)也(ye)要(yao)比單(dan)晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)短。因此(ci)，從性能(neng)(neng)(neng)價格比來講(jiang)，單(dan)晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)還略好。

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(yi)達到(dao)的光電轉化率為18%。