一、光伏太陽能電池板原理

太陽能電池是一種對光有響應(ying)并能將光能轉換成電(dian)力的器件。能產生光伏效應(ying)的材料(liao)有許多種，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。它們的發(fa)電(dian)原理基本相同(tong)，現以晶(jing)(jing)體硅(gui)為(wei)例描述(shu)光發(fa)電(dian)過程(cheng)。P型晶(jing)(jing)體硅(gui)經過摻雜磷可得(de)N型硅(gui)，形(xing)成P-N結。

當光線(xian)照射太陽(yang)電(dian)池(chi)表面時，一(yi)部分光子(zi)(zi)(zi)被硅(gui)材料吸收;光子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)能量(liang)傳(chuan)遞給了硅(gui)原子(zi)(zi)(zi)，使電(dian)子(zi)(zi)(zi)發生(sheng)了躍遷，成(cheng)(cheng)為(wei)自由電(dian)子(zi)(zi)(zi)在P-N結兩側(ce)集聚形成(cheng)(cheng)了電(dian)位(wei)差(cha)，當外(wai)部接通電(dian)路(lu)時，在該電(dian)壓的(de)(de)作用下，將會有電(dian)流流過外(wai)部電(dian)路(lu)產生(sheng)一(yi)定的(de)(de)輸出功(gong)率。這個過程的(de)(de)的(de)(de)實質是：光子(zi)(zi)(zi)能量(liang)轉換成(cheng)(cheng)電(dian)能的(de)(de)過程。

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太(tai)陽能(neng)發電(dian)有(you)兩種(zhong)方式(shi)，一(yi)種(zhong)是(shi)(shi)光(guang)—熱(re)—電(dian)轉換(huan)方式(shi)，另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)(shi)光(guang)—電(dian)直接轉換(huan)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(huan)(huan)成工質(zhi)的(de)(de)蒸氣(qi)，再(zai)驅動汽輪機(ji)發電(dian)(dian)。前一個(ge)過程(cheng)是(shi)光—熱(re)(re)(re)轉換(huan)(huan)過程(cheng)；后一個(ge)過程(cheng)是(shi)熱(re)(re)(re)—電(dian)(dian)轉換(huan)(huan)過程(cheng)，與普通(tong)的(de)(de)火力發電(dian)(dian)一樣(yang)。太(tai)(tai)陽(yang)能熱(re)(re)(re)發電(dian)(dian)的(de)(de)缺點是(shi)效率很低而(er)成本(ben)很高(gao)，估計(ji)它的(de)(de)投(tou)資(zi)至少要(yao)比(bi)普通(tong)火電(dian)(dian)站(zhan)貴5～10倍。一座1000MW的(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)能熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)站(zhan)需(xu)要(yao)投(tou)資(zi)20～25億美元，平均1kW的(de)(de)投(tou)資(zi)為2000～2500美元。因(yin)此(ci)，適(shi)用(yong)小規模特殊的(de)(de)場(chang)合(he)，而(er)大(da)規模利用(yong)在(zai)經濟上很不合(he)算，還不能與普通(tong)的(de)(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(ke)以一次(ci)投資而長期使用；與火力發電、核(he)能(neng)發電相比，太(tai)陽能(neng)電池(chi)(chi)不會引起(qi)環(huan)境污(wu)染(ran)；太(tai)陽能(neng)電池(chi)(chi)可(ke)以大中(zhong)小并舉，大到(dao)百萬(wan)千瓦的(de)中(zhong)型電站，小到(dao)只供一戶用的(de)太(tai)陽能(neng)電池(chi)(chi)組(zu)，這是(shi)其它電源無法比擬的(de)。

二、太陽能電池板功率計算方法

太(tai)陽(yang)能(neng)交流(liu)發(fa)電(dian)(dian)系統(tong)是由太(tai)陽(yang)電(dian)(dian)池板(ban)、充(chong)電(dian)(dian)控制器、逆變(bian)器和蓄電(dian)(dian)池共同組成；太(tai)陽(yang)能(neng)直流(liu)發(fa)電(dian)(dian)系統(tong)則不(bu)包括逆變(bian)器。為了(le)使(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)(dian)系統(tong)能(neng)為負載提(ti)供(gong)足夠的電(dian)(dian)源，就要(yao)根據(ju)用電(dian)(dian)器的功率(lv)，合(he)理選擇各部件。下面以100W輸出功率(lv)，每天使(shi)用6個小時為例，介紹(shao)一(yi)下計算方法：

1、首先應(ying)計算(suan)出每(mei)天消耗的(de)瓦(wa)時(shi)數（包(bao)括(kuo)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)損(sun)耗）：若逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)轉換(huan)效率(lv)(lv)為90%，則(ze)當(dang)輸出功率(lv)(lv)為100W時(shi)，則(ze)實際(ji)需要輸出功率(lv)(lv)應(ying)為100W/90%=111W；若按每(mei)天使用5小時(shi)，則(ze)輸出功率(lv)(lv)為111W*5小時(shi)=555Wh。

2、計算太陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池板：按每日(ri)有(you)效日(ri)照時(shi)間(jian)為6小時(shi)計算，再考慮到充(chong)電(dian)(dian)(dian)效率(lv)和充(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中(zhong)的(de)損耗，太陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池板的(de)輸出功率(lv)應為555Wh/6h/70%=130W。其中(zhong)70%是充(chong)電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中(zhong)，太陽(yang)(yang)能電(dian)(dian)(dian)池板的(de)實際使用功率(lv)。

三、發電效率

單晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)的(de)(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)轉換效率最(zui)高的(de)(de)(de)達到(dao)24%，這是(shi)目前所有種類(lei)的(de)(de)(de)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)中光(guang)電(dian)(dian)轉換效率最(zui)高的(de)(de)(de)。但(dan)是(shi)單晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)制(zhi)作(zuo)成本很大，以致于它還(huan)不能(neng)被大量廣泛和(he)普遍地(di)使用。多晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)從(cong)制(zhi)作(zuo)成本上來(lai)講，比(bi)單晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)要(yao)便(bian)宜一些，但(dan)是(shi)多晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)轉換效率則要(yao)降低不少，此(ci)外，多晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)使用壽命(ming)也(ye)要(yao)比(bi)單晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)短。因此(ci)，從(cong)性能(neng)價格比(bi)來(lai)講，單晶(jing)硅(gui)太(tai)(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)還(huan)略(lve)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(da)到(dao)的光電轉化率(lv)為18%。