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(you)響(xiang)應并能將(jiang)光(guang)(guang)能轉(zhuan)換成電力的器(qi)件。能產生光(guang)(guang)伏效應的材料有(you)許多種(zhong)，如(ru)：單晶(jing)硅，多晶(jing)硅，非晶(jing)硅，砷(shen)化鎵，硒銦銅等。它(ta)們(men)的發電原理基本相(xiang)同，現以(yi)晶(jing)體(ti)硅為例描(miao)述光(guang)(guang)發電過程。P型(xing)晶(jing)體(ti)硅經(jing)過摻雜磷可(ke)得N型(xing)硅，形成P-N結。

當光(guang)線照射太陽電(dian)池表面時(shi)，一(yi)部分光(guang)子被硅材(cai)料(liao)吸收;光(guang)子的(de)能量傳遞給了(le)硅原子，使電(dian)子發生(sheng)了(le)躍(yue)遷，成為自由電(dian)子在(zai)(zai)P-N結兩(liang)側集聚形(xing)成了(le)電(dian)位差，當外部接通電(dian)路(lu)時(shi)，在(zai)(zai)該電(dian)壓的(de)作用下(xia)，將會有電(dian)流流過(guo)外部電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)一(yi)定的(de)輸(shu)出功率。這個過(guo)程(cheng)的(de)的(de)實質是：光(guang)子能量轉(zhuan)換成電(dian)能的(de)過(guo)程(cheng)。

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太陽(yang)能(neng)發電有兩種方式(shi)，一種是(shi)光(guang)—熱—電轉換方式(shi)，另(ling)一種是(shi)光(guang)—電直接轉換方式(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成工(gong)質的(de)蒸氣，再驅動汽輪機發電(dian)(dian)。前一(yi)個過程是(shi)光—熱(re)轉換過程；后一(yi)個過程是(shi)熱(re)—電(dian)(dian)轉換過程，與普(pu)通(tong)(tong)的(de)火力發電(dian)(dian)一(yi)樣。太(tai)(tai)陽能(neng)熱(re)發電(dian)(dian)的(de)缺點是(shi)效率很(hen)(hen)(hen)低(di)而(er)成本很(hen)(hen)(hen)高，估計它(ta)的(de)投(tou)資(zi)至少(shao)要(yao)(yao)比普(pu)通(tong)(tong)火電(dian)(dian)站(zhan)貴5～10倍。一(yi)座1000MW的(de)太(tai)(tai)陽能(neng)熱(re)電(dian)(dian)站(zhan)需(xu)要(yao)(yao)投(tou)資(zi)20～25億美元，平(ping)均(jun)1kW的(de)投(tou)資(zi)為2000～2500美元。因此，適用小規(gui)模(mo)特殊的(de)場合(he)(he)，而(er)大規(gui)模(mo)利(li)用在經濟上很(hen)(hen)(hen)不合(he)(he)算，還不能(neng)與普(pu)通(tong)(tong)的(de)火電(dian)(dian)站(zhan)或核電(dian)(dian)站(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，太陽能電池就可以(yi)一次投資(zi)而(er)長期使用(yong)；與火(huo)力發電(dian)、核能發電(dian)相比(bi)(bi)，太(tai)陽能電(dian)池不(bu)會引(yin)起(qi)環(huan)境污染；太(tai)陽能電(dian)池可以(yi)大中(zhong)小(xiao)并舉(ju)，大到百(bai)萬(wan)千瓦的中(zhong)型電(dian)站，小(xiao)到只供一戶用(yong)的太(tai)陽能電(dian)池組，這是其(qi)它電(dian)源無(wu)法比(bi)(bi)擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太陽能(neng)交流發(fa)電(dian)系(xi)統是由太陽電(dian)池板、充電(dian)控制器(qi)、逆(ni)變器(qi)和蓄電(dian)池共同組成；太陽能(neng)直流發(fa)電(dian)系(xi)統則不包括逆(ni)變器(qi)。為了使(shi)太陽能(neng)發(fa)電(dian)系(xi)統能(neng)為負載提供足(zu)夠(gou)的(de)電(dian)源，就要根據用電(dian)器(qi)的(de)功率，合理(li)選擇各部件(jian)。下面以100W輸出功率，每天使(shi)用6個小時為例，介紹一(yi)下計算方(fang)法：

1、首先應計算出(chu)(chu)每天消耗的瓦時(shi)數（包括逆變器的損耗）：若(ruo)逆變器的轉換效率為(wei)90%，則當輸出(chu)(chu)功率為(wei)100W時(shi)，則實際需要輸出(chu)(chu)功率應為(wei)100W/90%=111W；若(ruo)按每天使用5小(xiao)時(shi)，則輸出(chu)(chu)功率為(wei)111W*5小(xiao)時(shi)=555Wh。

2、計(ji)算太陽能電池(chi)板：按(an)每日有效(xiao)日照(zhao)時間(jian)為6小時計(ji)算，再考慮到(dao)充(chong)電效(xiao)率(lv)(lv)和充(chong)電過(guo)程中的(de)損耗，太陽能電池(chi)板的(de)輸(shu)出功率(lv)(lv)應為555Wh/6h/70%=130W。其(qi)中70%是充(chong)電過(guo)程中，太陽能電池(chi)板的(de)實際使用功率(lv)(lv)。

三、發電效率

單(dan)晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)的光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換效率最高的達到24%，這(zhe)是目(mu)前(qian)所有種類(lei)的太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換效率最高的。但(dan)(dan)是單(dan)晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的制作(zuo)成(cheng)本很大(da)，以致于(yu)它還不能(neng)(neng)被大(da)量(liang)廣(guang)泛和普遍(bian)地(di)使用(yong)。多晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)從制作(zuo)成(cheng)本上來講，比(bi)單(dan)晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)要(yao)便宜一些(xie)，但(dan)(dan)是多晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換效率則(ze)要(yao)降低不少，此外，多晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的使用(yong)壽命也要(yao)比(bi)單(dan)晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)短。因此，從性能(neng)(neng)價格比(bi)來講，單(dan)晶硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(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(ke)以達到的光電轉化率為18%。