太陽能電池板的工作原理

太陽能電池板（Solarpanel）是由一個或多個太陽能電池片組成成為太陽能電池板。太陽能電池是具有把光轉換成電特性的一種半導體器件，它可以把照射在其表面的太陽能輻射能轉換成直流電，太陽能電池板是光伏發電系統/產品中的最基本的組件，也是太陽能光伏發電系統中的核心部分。它的最大作用是將太陽能轉化為電能貯存到蓄電池中。

太陽能（Solar Energy）：

太陽是一個巨大的能源，它以光輻射的形式每秒鐘向太空發射約3.8×10MW能量，有22億分之一投射到地球上。太陽光被大氣層反射、吸收之後，還有70%透射到地面。儘管如此，地球上一年中接受到的太陽能仍然高達1.8×10^18kW·h。

自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光晒乾物件，並作為保存食物的方法，如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。

太陽能電池板 Solar panel

分類：

晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。

非晶硅電池板：薄膜太陽能電池、有機太陽能電池。

化學染料電池板：染料敏化太陽能電池。

（1）單晶硅太陽能電池

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，最高的達到24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但製作成本很大，以致於它還不能被普遍地使用。由於單晶硅一般採用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達15年，最高可達25年。

（2）多晶硅太陽能電池

多晶硅太陽電池的製作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池)。從製作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料製造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。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。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。

（3）非晶硅太陽能電池

非晶硅太陽電池是1976年出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的製作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為10%左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。

（4）多元化合物太陽電池

多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料製成的太陽電池。各國研究的品種繁多，大多數尚未工業化生產，主要有以下幾種：a)硫化鎘太陽能電池b)砷化鎵太陽能電池c)銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽能電池)

Cu(In,Ga)Se2是一種性能優良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導帶與價帶之間的能級差）多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜範圍，進而提高光電轉化效率。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅薄膜太陽能電池明顯提高的薄膜太陽能電池。可以達到的光電轉化率為18%，而且，此類薄膜太陽能電池到目前為止，未發現有光輻射引致性能衰退效應（SWE），其光電轉化效率比商用的薄膜太陽能電池板提高約50~75%，在薄膜太陽能電池中屬於世界的最高水平的光電轉化效率。

發電原理

太陽電池是一種對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。

當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的的實質是：光子能量轉換成電能的過程。

一、太陽能發電方式太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。

（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成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計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，適用小規模特殊的場合，而大規模利用在經濟上很不合算，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於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體，當太陽光照到光電二極體上時，光電二極體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並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，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染；太陽能電池可以大中小並舉，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

功率計算

太陽能交流發電系統是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；

太陽能直流發電系統則不包括逆變器。為了使太陽能發電系統能為負載提供足夠的電源，就要根據用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：

1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為100W/90%=111W；若按每天使用5小時，則輸出功率為111W*5小時=555Wh。

2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，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為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。

發電效率

單晶硅太陽能的光電轉換效率最高的達到24%,這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的。但是單晶硅太陽能電池的製作成本很大，以致於它還不能被大量廣泛和普遍地使用。多晶硅太陽能電池從製作成本上來講，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，從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。

研究者發現有一些化合物半導體材料適於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；用這些半導體製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範圍，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,可以達到的光電轉化率為18%。

測試方法

由於太陽能組件的輸出功率取決於太陽輻照度和太陽能電池溫度等因素，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（STC）進行，標準條件定義為：

大氣質量AM1.5， 光照強度1000W/m2，溫度25℃。

（2）開路電壓：用500W的鹵鎢燈，0～250V的交流變壓器，光強設定為3.8~4.0萬LUX，燈與測試平台的距離大約為15-20CM，直接測試值為開路電壓；

（3）在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬儀測定。影響太陽能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點：

1）負載阻抗

2）日照強度

3）溫度

4）陰影

一般壽命

太陽能電池板的使用壽命由電池片，鋼化玻璃，EVA，TPT等的材質決定，一般會用好一點材料的廠家做出來的電池板使用壽命可以達到25年，但隨著環境的影響，太陽能電池板的材料會隨著時間的變化而老化。一般情況下用到20年功率會衰減30%，用到25年功率會衰減70%。

運營人員：圓夢生態農業