一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種對光有(you)響應并能將光能轉換成電(dian)力(li)的(de)器(qi)件。能產生(sheng)光伏效應的(de)材(cai)料有(you)許多種，如：單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)，多晶(jing)(jing)硅(gui)，非晶(jing)(jing)硅(gui)，砷化鎵，硒銦銅等。它們(men)的(de)發(fa)電(dian)原理基本相同，現以晶(jing)(jing)體(ti)硅(gui)為例描述光發(fa)電(dian)過(guo)(guo)程。P型晶(jing)(jing)體(ti)硅(gui)經過(guo)(guo)摻雜磷可得N型硅(gui)，形(xing)成P-N結(jie)。

當(dang)光線(xian)照射(she)太(tai)陽電(dian)(dian)池表面時，一部分(fen)光子(zi)被(bei)硅(gui)(gui)材料(liao)吸收;光子(zi)的(de)能量(liang)傳遞給(gei)了硅(gui)(gui)原子(zi)，使電(dian)(dian)子(zi)發生了躍(yue)遷，成為自(zi)由電(dian)(dian)子(zi)在P-N結(jie)兩(liang)側(ce)集(ji)聚(ju)形成了電(dian)(dian)位差，當(dang)外部接通電(dian)(dian)路(lu)(lu)時，在該電(dian)(dian)壓的(de)作用下，將會(hui)有電(dian)(dian)流流過外部電(dian)(dian)路(lu)(lu)產生一定的(de)輸出功率。這個(ge)過程的(de)的(de)實質是：光子(zi)能量(liang)轉換成電(dian)(dian)能的(de)過程。

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太(tai)陽能發電有兩(liang)種方式，一(yi)(yi)種是光—熱—電轉換方式，另一(yi)(yi)種是光—電直(zhi)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(huan)成(cheng)工質的(de)(de)蒸氣(qi)，再驅動汽輪(lun)機發電(dian)(dian)。前一(yi)個過(guo)程是光—熱(re)(re)轉換(huan)過(guo)程；后一(yi)個過(guo)程是熱(re)(re)—電(dian)(dian)轉換(huan)過(guo)程，與普(pu)(pu)通(tong)的(de)(de)火(huo)力發電(dian)(dian)一(yi)樣(yang)。太陽(yang)能熱(re)(re)發電(dian)(dian)的(de)(de)缺點是效率很(hen)低而成(cheng)本很(hen)高，估計它的(de)(de)投(tou)資至少(shao)要比普(pu)(pu)通(tong)火(huo)電(dian)(dian)站(zhan)貴5～10倍。一(yi)座1000MW的(de)(de)太陽(yang)能熱(re)(re)電(dian)(dian)站(zhan)需(xu)要投(tou)資20～25億美元(yuan)，平(ping)均(jun)1kW的(de)(de)投(tou)資為2000～2500美元(yuan)。因(yin)此，適用(yong)小規模特殊的(de)(de)場合，而大規模利用(yong)在經濟(ji)上(shang)很(hen)不(bu)合算(suan)，還不(bu)能與普(pu)(pu)通(tong)的(de)(de)火(huo)電(dian)(dian)站(zhan)或(huo)核電(dian)(dian)站(zhan)相競(jing)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(yi)次投資而長期使用(yong)；與火(huo)力發(fa)電(dian)(dian)、核能發(fa)電(dian)(dian)相比(bi)，太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)不會引起環(huan)境污染(ran)；太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)可以(yi)大中(zhong)小并舉，大到百萬千瓦(wa)的中(zhong)型(xing)電(dian)(dian)站，小到只(zhi)供一(yi)戶用(yong)的太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)組，這(zhe)是(shi)其它電(dian)(dian)源無法比(bi)擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太陽(yang)能(neng)交流發電(dian)系統是由(you)太陽(yang)電(dian)池板、充電(dian)控制器(qi)、逆變器(qi)和(he)蓄電(dian)池共同組(zu)成；太陽(yang)能(neng)直流發電(dian)系統則不包括(kuo)逆變器(qi)。為了(le)使(shi)太陽(yang)能(neng)發電(dian)系統能(neng)為負載提供足夠的電(dian)源，就(jiu)要根據用(yong)電(dian)器(qi)的功率(lv)，合理選擇各部件。下面(mian)以100W輸出功率(lv)，每天使(shi)用(yong)6個(ge)小時為例，介紹一下計算方法：

1、首先(xian)應計算出每天消耗的(de)(de)瓦時(shi)數(shu)（包括逆變(bian)器(qi)(qi)的(de)(de)損耗）：若(ruo)逆變(bian)器(qi)(qi)的(de)(de)轉(zhuan)換效率為90%，則當輸(shu)出功率為100W時(shi)，則實際需要(yao)輸(shu)出功率應為100W/90%=111W；若(ruo)按每天使用5小時(shi)，則輸(shu)出功率為111W*5小時(shi)=555Wh。

2、計(ji)(ji)算太陽能電池(chi)板：按每日有(you)效日照(zhao)時間為6小時計(ji)(ji)算，再考慮(lv)到(dao)充電效率和充電過程中的損(sun)耗，太陽能電池(chi)板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池(chi)板的實際使(shi)用(yong)功率。

三、發電效率

單晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)最(zui)高(gao)的(de)(de)達到24%，這是目(mu)前所有(you)種(zhong)類的(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)中光(guang)電(dian)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)最(zui)高(gao)的(de)(de)。但是單晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)制(zhi)(zhi)作成本(ben)很(hen)大，以致于它還不能(neng)(neng)(neng)(neng)被大量廣泛和普(pu)遍地使用。多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)從制(zhi)(zhi)作成本(ben)上(shang)來講，比單晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)要便宜(yi)一(yi)些，但是多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)則要降低不少，此外，多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)使用壽命也要比單晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)(chi)短(duan)。因此，從性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)價(jia)格比來講，單晶(jing)硅(gui)(gui)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)(neng)電(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(dao)的光(guang)電轉化率為18%。