一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一(yi)種(zhong)對光(guang)有(you)響應(ying)并(bing)能將(jiang)光(guang)能轉換成(cheng)電力的器件。能產生光(guang)伏效應(ying)的材料有(you)許(xu)多(duo)(duo)種(zhong)，如：單晶(jing)(jing)硅(gui)，多(duo)(duo)晶(jing)(jing)硅(gui)，非晶(jing)(jing)硅(gui)，砷化鎵，硒銦(yin)銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶(jing)(jing)體(ti)(ti)硅(gui)為例描述光(guang)發電過(guo)程。P型晶(jing)(jing)體(ti)(ti)硅(gui)經過(guo)摻雜磷可得N型硅(gui)，形成(cheng)P-N結。

當(dang)光線照射太陽電(dian)(dian)池表(biao)面時，一(yi)(yi)部(bu)分光子被硅材料吸收;光子的(de)(de)能(neng)量(liang)傳遞給了(le)硅原子，使電(dian)(dian)子發生了(le)躍遷，成(cheng)為自由電(dian)(dian)子在P-N結兩側集聚形(xing)成(cheng)了(le)電(dian)(dian)位差(cha)，當(dang)外部(bu)接通電(dian)(dian)路時，在該(gai)電(dian)(dian)壓的(de)(de)作(zuo)用下，將(jiang)會有(you)電(dian)(dian)流流過(guo)外部(bu)電(dian)(dian)路產(chan)生一(yi)(yi)定的(de)(de)輸(shu)出功率。這個過(guo)程(cheng)的(de)(de)的(de)(de)實(shi)質是(shi)：光子能(neng)量(liang)轉(zhuan)換成(cheng)電(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)過(guo)程(cheng)。

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太(tai)陽能(neng)發電有兩種方式，一種是(shi)光—熱—電轉(zhuan)換方式，另一種是(shi)光—電直接(jie)轉(zhuan)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(huan)成工質的(de)(de)蒸氣，再驅動汽輪機發(fa)電(dian)(dian)。前(qian)一個過程(cheng)(cheng)是(shi)(shi)光—熱(re)轉(zhuan)換(huan)過程(cheng)(cheng)；后一個過程(cheng)(cheng)是(shi)(shi)熱(re)—電(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)過程(cheng)(cheng)，與普通(tong)的(de)(de)火(huo)力發(fa)電(dian)(dian)一樣。太陽(yang)能熱(re)發(fa)電(dian)(dian)的(de)(de)缺(que)點是(shi)(shi)效(xiao)率很低而成本(ben)很高，估計它的(de)(de)投資至少(shao)要比普通(tong)火(huo)電(dian)(dian)站(zhan)貴5～10倍。一座1000MW的(de)(de)太陽(yang)能熱(re)電(dian)(dian)站(zhan)需(xu)要投資20～25億美(mei)元(yuan)，平(ping)均(jun)1kW的(de)(de)投資為2000～2500美(mei)元(yuan)。因此，適用小規模特(te)殊的(de)(de)場合，而大規模利用在(zai)經濟上很不(bu)合算，還不(bu)能與普通(tong)的(de)(de)火(huo)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，太陽能電池就可以一次投資而長期(qi)使(shi)用；與火力(li)發(fa)電(dian)(dian)、核能發(fa)電(dian)(dian)相比，太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池不會(hui)引起環境污染；太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池可以大中(zhong)小(xiao)并舉(ju)，大到百萬千(qian)瓦的(de)中(zhong)型電(dian)(dian)站，小(xiao)到只供一戶用的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池組，這是其它電(dian)(dian)源無法(fa)比擬的(de)。

二、太陽能電池板功率計算方法

太(tai)陽(yang)能(neng)交流發電(dian)(dian)系統是由太(tai)陽(yang)電(dian)(dian)池板、充電(dian)(dian)控制器、逆變(bian)器和蓄電(dian)(dian)池共(gong)同組(zu)成；太(tai)陽(yang)能(neng)直流發電(dian)(dian)系統則(ze)不包括逆變(bian)器。為了(le)使太(tai)陽(yang)能(neng)發電(dian)(dian)系統能(neng)為負載提供足夠的(de)(de)電(dian)(dian)源，就要根(gen)據用電(dian)(dian)器的(de)(de)功(gong)率，合(he)理選擇各部件。下面以(yi)100W輸(shu)出(chu)功(gong)率，每天使用6個小(xiao)時為例，介紹(shao)一下計算方法：

1、首先應計算出(chu)(chu)每(mei)天消耗的瓦時數（包括逆(ni)變器的損耗）：若逆(ni)變器的轉換效率(lv)為90%，則(ze)(ze)(ze)當輸出(chu)(chu)功率(lv)為100W時，則(ze)(ze)(ze)實際(ji)需要輸出(chu)(chu)功率(lv)應為100W/90%=111W；若按每(mei)天使(shi)用5小時，則(ze)(ze)(ze)輸出(chu)(chu)功率(lv)為111W*5小時=555Wh。

2、計(ji)算(suan)太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池板：按每日有效(xiao)(xiao)日照時(shi)間為(wei)6小時(shi)計(ji)算(suan)，再考慮到充電(dian)效(xiao)(xiao)率和充電(dian)過(guo)程(cheng)中的(de)損耗(hao)，太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池板的(de)輸出功率應為(wei)555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電(dian)過(guo)程(cheng)中，太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池板的(de)實際使(shi)用功率。

三、發電效率

單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)的(de)光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)最高(gao)的(de)達到(dao)24%，這是目前所有種類的(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)中光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)最高(gao)的(de)。但是單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)制作成(cheng)本(ben)很大，以致于它還不能(neng)被大量(liang)廣(guang)泛和(he)普(pu)遍地使(shi)用(yong)。多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)從(cong)制作成(cheng)本(ben)上來(lai)講，比(bi)(bi)單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)要(yao)便宜一些，但是多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)光(guang)電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換(huan)(huan)效(xiao)率(lv)則要(yao)降低不少，此(ci)外(wai)，多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽命也要(yao)比(bi)(bi)單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)短。因此(ci)，從(cong)性能(neng)價格比(bi)(bi)來(lai)講，單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(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，可以達到的光電轉化(hua)率為18%。