太陽能電池板發(fā)電原理

    鋰電世界  太陽能電池是一種對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過程。 P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。

    當(dāng)光線照射太陽能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

    太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

    （1） 光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，適用小規(guī)模特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。

    （2） 光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)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(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)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(yōu)點(diǎn).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使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。

    功率計(jì)算

    太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個(gè)小時(shí)為例，介紹一下計(jì)算方法：

    1.首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時(shí)數(shù)(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)輸出功率為100W時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為100W/90%=111W；若按每天使用5小時(shí)，則輸出功率為111W*5小時(shí)=555Wh。

    2.計(jì)算太陽能電池板：按每日有效日照時(shí)間為6小時(shí)計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實(shí)際使用功率。

    發(fā)電效率

    單晶硅太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率最高的達(dá)到24%,這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的。但是單晶硅太陽能電池的制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。多晶硅太陽能電池從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。因此，從性能價(jià)格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。

    研究者發(fā)現(xiàn)有一些化合物半導(dǎo)體材料適于作太陽能光電轉(zhuǎn)化薄膜。例如CdS,CdTe；Ⅲ-V化合物半導(dǎo)體：GaAs,AIPInP等；用這些半導(dǎo)體制作的薄膜太陽能電池表現(xiàn)出很好光電轉(zhuǎn)化效率。具有梯度能帶間隙多元的半導(dǎo)體材料，可以擴(kuò)大太陽能吸收光譜范圍，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。使薄膜太陽能電池大量實(shí)際的應(yīng)用呈現(xiàn)廣闊的前景。在這些多元的半導(dǎo)體材料中Cu(In,Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽光吸收材料。以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅明顯地高的薄膜太陽能電池,可以達(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18%。