一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種對光(guang)有(you)響應(ying)并能將光(guang)能轉換(huan)成(cheng)電(dian)(dian)力的器件。能產生光(guang)伏(fu)效應(ying)的材料有(you)許多種，如：單晶(jing)硅(gui)，多晶(jing)硅(gui)，非晶(jing)硅(gui)，砷化鎵，硒銦銅(tong)等。它(ta)們的發電(dian)(dian)原理基(ji)本相同，現以晶(jing)體硅(gui)為例描述光(guang)發電(dian)(dian)過程(cheng)。P型(xing)晶(jing)體硅(gui)經過摻(chan)雜磷可得N型(xing)硅(gui)，形成(cheng)P-N結。

當(dang)(dang)光線照射太陽電(dian)池(chi)表面(mian)時，一部分光子(zi)(zi)(zi)被硅材(cai)料吸收;光子(zi)(zi)(zi)的(de)能量傳(chuan)遞給了硅原子(zi)(zi)(zi)，使電(dian)子(zi)(zi)(zi)發(fa)生了躍遷，成(cheng)為自由電(dian)子(zi)(zi)(zi)在P-N結兩側集聚形成(cheng)了電(dian)位差，當(dang)(dang)外部接通電(dian)路時，在該電(dian)壓的(de)作用下，將會有電(dian)流流過(guo)外部電(dian)路產(chan)生一定的(de)輸出功(gong)率。這個過(guo)程(cheng)(cheng)的(de)的(de)實質是：光子(zi)(zi)(zi)能量轉(zhuan)換(huan)成(cheng)電(dian)能的(de)過(guo)程(cheng)(cheng)。

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太(tai)陽能(neng)發(fa)電有兩種方(fang)式，一種是光—熱—電轉換方(fang)式，另一種是光—電直接轉換方(fang)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(cheng)工質的(de)蒸氣，再驅動(dong)汽輪機發(fa)電(dian)(dian)(dian)。前(qian)一個(ge)過程是光—熱(re)轉(zhuan)換過程；后一個(ge)過程是熱(re)—電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換過程，與普通的(de)火(huo)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)一樣。太陽能(neng)(neng)(neng)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)的(de)缺點是效(xiao)率很低而成(cheng)本很高(gao)，估計(ji)它的(de)投(tou)資(zi)至少(shao)要(yao)比(bi)普通火(huo)電(dian)(dian)(dian)站貴5～10倍。一座(zuo)1000MW的(de)太陽能(neng)(neng)(neng)熱(re)電(dian)(dian)(dian)站需要(yao)投(tou)資(zi)20～25億美元(yuan)，平(ping)均1kW的(de)投(tou)資(zi)為2000～2500美元(yuan)。因(yin)此(ci)，適用(yong)小規模特殊的(de)場合(he)，而大規模利用(yong)在經濟上(shang)很不合(he)算，還不能(neng)(neng)(neng)與普通的(de)火(huo)電(dian)(dian)(dian)站或核電(dian)(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(ke)以一(yi)次投(tou)資而長(chang)期使用；與火力(li)發電、核能(neng)發電相(xiang)比，太陽(yang)(yang)能(neng)電池不會引起環境污(wu)染；太陽(yang)(yang)能(neng)電池可(ke)以大中(zhong)小(xiao)并舉(ju)，大到百(bai)萬千(qian)瓦的(de)(de)中(zhong)型(xing)電站，小(xiao)到只供一(yi)戶用的(de)(de)太陽(yang)(yang)能(neng)電池組，這(zhe)是其它電源無法比擬的(de)(de)。

二、太陽能電池板功率計算方法

太陽(yang)能交流發(fa)電(dian)系(xi)(xi)統是由太陽(yang)電(dian)池板(ban)、充電(dian)控制(zhi)器(qi)(qi)、逆變(bian)器(qi)(qi)和(he)蓄電(dian)池共同組成(cheng)；太陽(yang)能直流發(fa)電(dian)系(xi)(xi)統則(ze)不包括(kuo)逆變(bian)器(qi)(qi)。為了使(shi)太陽(yang)能發(fa)電(dian)系(xi)(xi)統能為負載提供足(zu)夠的(de)電(dian)源，就要根據用電(dian)器(qi)(qi)的(de)功率，合理選擇各部件。下(xia)面以100W輸出功率，每天使(shi)用6個小時為例，介紹一下(xia)計算方法：

1、首(shou)先應計算出(chu)(chu)每(mei)天消(xiao)耗的瓦時數（包括逆變器的損耗）：若逆變器的轉換效率為(wei)90%，則(ze)當輸(shu)(shu)出(chu)(chu)功率為(wei)100W時，則(ze)實際需要輸(shu)(shu)出(chu)(chu)功率應為(wei)100W/90%=111W；若按每(mei)天使用(yong)5小(xiao)(xiao)時，則(ze)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)功率為(wei)111W*5小(xiao)(xiao)時=555Wh。

2、計算(suan)太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)：按每日有效日照時間為(wei)6小時計算(suan)，再考慮到充電(dian)效率和充電(dian)過程(cheng)(cheng)中(zhong)的損耗，太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)的輸出功(gong)率應為(wei)555Wh/6h/70%=130W。其中(zhong)70%是充電(dian)過程(cheng)(cheng)中(zhong)，太陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)的實際使用功(gong)率。

三、發電效率

單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)光(guang)電(dian)轉換效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)最(zui)高的(de)(de)達到24%，這是目前所(suo)有種類的(de)(de)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)中(zhong)光(guang)電(dian)轉換效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)最(zui)高的(de)(de)。但是單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)制作成本很(hen)大，以(yi)致(zhi)于它還(huan)不(bu)(bu)能(neng)(neng)(neng)被大量廣泛和普遍地使用(yong)。多(duo)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)從(cong)(cong)制作成本上(shang)來講，比單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)要便宜一些，但是多(duo)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)光(guang)電(dian)轉換效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)則要降低(di)不(bu)(bu)少，此(ci)(ci)外，多(duo)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命也要比單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(chi)短(duan)。因(yin)此(ci)(ci)，從(cong)(cong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)價格比來講，單(dan)晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)池(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，可以達到(dao)的光電轉化率(lv)為18%。