一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是(shi)一種對(dui)光(guang)(guang)有響應并能將光(guang)(guang)能轉換成(cheng)電力的器件。能產生光(guang)(guang)伏效應的材料有許多種，如：單晶(jing)硅(gui)，多晶(jing)硅(gui)，非晶(jing)硅(gui)，砷化(hua)鎵，硒銦銅等。它們的發電原理(li)基本(ben)相同，現以晶(jing)體硅(gui)為例描(miao)述光(guang)(guang)發電過(guo)程(cheng)。P型(xing)晶(jing)體硅(gui)經過(guo)摻雜磷可得N型(xing)硅(gui)，形成(cheng)P-N結。

當光(guang)線照(zhao)射太(tai)陽電池表面時(shi)(shi)，一(yi)(yi)部(bu)(bu)分光(guang)子被(bei)硅材(cai)料吸(xi)收;光(guang)子的(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)傳遞給了硅原子，使電子發生了躍遷，成(cheng)為自由電子在P-N結兩(liang)側集(ji)聚形(xing)成(cheng)了電位(wei)差(cha)，當外部(bu)(bu)接通電路時(shi)(shi)，在該電壓的(de)作用下，將會有電流流過外部(bu)(bu)電路產生一(yi)(yi)定(ding)的(de)輸出功率。這個(ge)過程的(de)的(de)實質是：光(guang)子能(neng)(neng)量(liang)(liang)轉換成(cheng)電能(neng)(neng)的(de)過程。

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太(tai)陽能(neng)發電有兩種方(fang)式(shi)，一種是光—熱—電轉換方(fang)式(shi)，另一種是光—電直接轉換方(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)(cheng)工(gong)質的蒸氣(qi)，再驅(qu)動汽輪機發電。前一個過程是(shi)光—熱(re)轉換(huan)過程；后一個過程是(shi)熱(re)—電轉換(huan)過程，與普通的火(huo)力發電一樣。太陽能熱(re)發電的缺(que)點是(shi)效率很低而(er)成(cheng)(cheng)本很高(gao)，估(gu)計它(ta)的投資至少要比普通火(huo)電站(zhan)(zhan)貴5～10倍。一座1000MW的太陽能熱(re)電站(zhan)(zhan)需要投資20～25億美元，平均(jun)1kW的投資為2000～2500美元。因此，適用小規模特殊的場合(he)，而(er)大規模利用在經濟(ji)上很不(bu)合(he)算，還不(bu)能與普通的火(huo)電站(zhan)(zhan)或核電站(zhan)(zhan)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)以一次投資而長期使用；與火力發電(dian)、核能(neng)(neng)發電(dian)相比，太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)不會引起(qi)環境污染；太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)可(ke)以大中小(xiao)并(bing)舉，大到百萬千瓦(wa)的中型電(dian)站，小(xiao)到只供一戶用的太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)組，這是(shi)其它電(dian)源無法比擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太陽(yang)(yang)能交流發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統是由太陽(yang)(yang)電(dian)(dian)池板、充電(dian)(dian)控制器、逆變(bian)(bian)器和蓄電(dian)(dian)池共同組成；太陽(yang)(yang)能直流發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統則不包(bao)括逆變(bian)(bian)器。為(wei)了使太陽(yang)(yang)能發(fa)電(dian)(dian)系(xi)統能為(wei)負(fu)載(zai)提供足夠(gou)的(de)電(dian)(dian)源(yuan)，就要根據用電(dian)(dian)器的(de)功(gong)率，合理選擇(ze)各部件。下面以100W輸出(chu)功(gong)率，每天使用6個小時為(wei)例，介紹一下計(ji)算方法：

1、首先(xian)應計算出(chu)每天消耗的瓦時(shi)數(shu)（包括逆變(bian)器(qi)的損(sun)耗）：若逆變(bian)器(qi)的轉換效(xiao)率(lv)為(wei)90%，則(ze)當輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)為(wei)100W時(shi)，則(ze)實際需要輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)應為(wei)100W/90%=111W；若按每天使(shi)用5小(xiao)時(shi)，則(ze)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)為(wei)111W*5小(xiao)時(shi)=555Wh。

2、計算(suan)太陽(yang)能(neng)電(dian)池板(ban)：按每日有效(xiao)(xiao)日照時間為6小時計算(suan)，再(zai)考慮到(dao)充電(dian)效(xiao)(xiao)率和充電(dian)過程中(zhong)的(de)損耗，太陽(yang)能(neng)電(dian)池板(ban)的(de)輸出功(gong)率應為555Wh/6h/70%=130W。其(qi)中(zhong)70%是充電(dian)過程中(zhong)，太陽(yang)能(neng)電(dian)池板(ban)的(de)實際使用功(gong)率。

三、發電效率

單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)的(de)光(guang)(guang)電(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)最高(gao)(gao)的(de)達到24%，這是(shi)目(mu)前所有種類的(de)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)中光(guang)(guang)電(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)最高(gao)(gao)的(de)。但是(shi)單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)制作(zuo)成本很(hen)大，以致于它還(huan)不(bu)能(neng)被大量廣泛(fan)和普遍(bian)地(di)使(shi)用。多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)從(cong)(cong)制作(zuo)成本上來講(jiang)，比單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)要便(bian)宜一些，但是(shi)多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)光(guang)(guang)電(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)則要降低不(bu)少，此外(wai)，多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)使(shi)用壽(shou)命也要比單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)短。因此，從(cong)(cong)性能(neng)價格比來講(jiang)，單(dan)晶(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)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(da)到的光電轉化率為18%。