一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一(yi)種對光(guang)有響(xiang)應并能將光(guang)能轉(zhuan)換成(cheng)電力的(de)器件。能產生光(guang)伏效應的(de)材(cai)料有許(xu)多種，如(ru)：單晶(jing)硅(gui)，多晶(jing)硅(gui)，非晶(jing)硅(gui)，砷(shen)化(hua)鎵(jia)，硒銦銅等。它(ta)們的(de)發電原理基本相同，現以(yi)晶(jing)體(ti)硅(gui)為例描述(shu)光(guang)發電過程。P型晶(jing)體(ti)硅(gui)經過摻雜磷可得N型硅(gui)，形成(cheng)P-N結。

當(dang)光(guang)(guang)線照射太陽電(dian)(dian)(dian)(dian)池表面(mian)時(shi)，一部分光(guang)(guang)子(zi)(zi)被(bei)硅(gui)材料吸收(shou);光(guang)(guang)子(zi)(zi)的(de)能量(liang)傳遞給了硅(gui)原(yuan)子(zi)(zi)，使電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)發(fa)生了躍遷，成為自由電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)在P-N結(jie)兩側集聚形(xing)成了電(dian)(dian)(dian)(dian)位差，當(dang)外部接(jie)通電(dian)(dian)(dian)(dian)路時(shi)，在該電(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)作用下，將會有電(dian)(dian)(dian)(dian)流流過(guo)(guo)外部電(dian)(dian)(dian)(dian)路產生一定的(de)輸出(chu)功率。這個(ge)過(guo)(guo)程的(de)的(de)實(shi)質是：光(guang)(guang)子(zi)(zi)能量(liang)轉換(huan)成電(dian)(dian)(dian)(dian)能的(de)過(guo)(guo)程。

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太陽(yang)能發電有(you)兩(liang)種方(fang)(fang)式(shi)，一種是光(guang)—熱—電轉換方(fang)(fang)式(shi)，另一種是光(guang)—電直接轉換方(fang)(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成工質的(de)蒸(zheng)氣，再驅動汽輪機(ji)發電(dian)(dian)(dian)。前一(yi)(yi)個過(guo)程(cheng)是(shi)光—熱(re)轉(zhuan)換過(guo)程(cheng)；后一(yi)(yi)個過(guo)程(cheng)是(shi)熱(re)—電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)換過(guo)程(cheng)，與(yu)普通(tong)的(de)火力發電(dian)(dian)(dian)一(yi)(yi)樣。太陽能熱(re)發電(dian)(dian)(dian)的(de)缺點是(shi)效(xiao)率很低而(er)成本(ben)很高，估計它的(de)投(tou)資(zi)(zi)至少(shao)要(yao)比普通(tong)火電(dian)(dian)(dian)站(zhan)貴5～10倍。一(yi)(yi)座1000MW的(de)太陽能熱(re)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)需(xu)要(yao)投(tou)資(zi)(zi)20～25億(yi)美元，平均1kW的(de)投(tou)資(zi)(zi)為2000～2500美元。因此，適用小規模特殊(shu)的(de)場(chang)合(he)，而(er)大規模利用在經濟上很不合(he)算，還不能與(yu)普通(tong)的(de)火電(dian)(dian)(dian)站(zhan)或核電(dian)(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(yi)(yi)次投資而長期使用；與火力發電、核能(neng)發電相比，太(tai)陽能(neng)電池不會引(yin)起環(huan)境污(wu)染；太(tai)陽能(neng)電池可以(yi)大中(zhong)小(xiao)并舉，大到百(bai)萬千瓦的中(zhong)型電站，小(xiao)到只供一(yi)(yi)戶(hu)用的太(tai)陽能(neng)電池組，這是其它電源無法比擬的。

二、太陽能電池板功率計算方法

太(tai)陽(yang)能交流發電(dian)(dian)系統是(shi)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)同組成(cheng)；太(tai)陽(yang)能直流發電(dian)(dian)系統則不包括逆變(bian)器。為(wei)了使太(tai)陽(yang)能發電(dian)(dian)系統能為(wei)負(fu)載提供足夠的(de)(de)電(dian)(dian)源(yuan)，就要根據用(yong)電(dian)(dian)器的(de)(de)功率(lv)，合理選擇各部件(jian)。下面(mian)以(yi)100W輸出功率(lv)，每天使用(yong)6個小時(shi)為(wei)例，介紹(shao)一下計(ji)算方法：

1、首先應計算出每(mei)天消耗的瓦時數（包(bao)括逆(ni)變器的損耗）：若逆(ni)變器的轉換(huan)效(xiao)率為(wei)(wei)90%，則當輸出功率為(wei)(wei)100W時，則實際(ji)需要輸出功率應為(wei)(wei)100W/90%=111W；若按每(mei)天使用5小時，則輸出功率為(wei)(wei)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)日照時間(jian)為6小時計(ji)算(suan)，再考(kao)慮到(dao)充(chong)電(dian)效(xiao)率和充(chong)電(dian)過程中的(de)損耗(hao)，太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池板的(de)輸出(chu)功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充(chong)電(dian)過程中，太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池板的(de)實際(ji)使用(yong)功率。

三、發電效率

單晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)的(de)(de)光(guang)(guang)電(dian)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)最高(gao)(gao)的(de)(de)達到24%，這是(shi)目前所有種類(lei)的(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)中(zhong)光(guang)(guang)電(dian)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)最高(gao)(gao)的(de)(de)。但是(shi)單晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)制作成本很大(da)，以致于它(ta)還不能(neng)被大(da)量廣泛和普(pu)遍地(di)使用(yong)。多晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)從制作成本上來講，比單晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)要(yao)便宜一些，但是(shi)多晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)光(guang)(guang)電(dian)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)則要(yao)降低不少，此外，多晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)使用(yong)壽命也(ye)要(yao)比單晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)短。因此，從性能(neng)價格比來講，單晶(jing)(jing)硅(gui)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(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(ke)以達到(dao)的光電轉化(hua)率(lv)為18%。