太陽(yáng)能電池板的工作原理

太陽(yáng)電池是一種對(duì)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：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч瑁?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(guò)程。

P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽(yáng)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(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。

太陽(yáng)能電池板什么能轉(zhuǎn)換成什么能

第一種：光能—電能的轉(zhuǎn)換

太陽(yáng)能電池板不是光能-化學(xué)能-電能 ，而是是太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能。

太陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能電池上，就產(chǎn)生光生電壓，就是光生伏打效應(yīng)。如果這時(shí)在太陽(yáng)能電池兩端接上負(fù)載就會(huì)產(chǎn)生光生電流，于是產(chǎn)生了電能。把太陽(yáng)能發(fā)電稱為光伏發(fā)電。

光伏（PV or photovoltaic）是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)（photovoltaic power system）的簡(jiǎn)稱。是一種利用太陽(yáng)電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。

太陽(yáng)能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常說(shuō)的太陽(yáng)能發(fā)電指的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，簡(jiǎn)稱“光電”。光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，因而發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠、穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)除了無(wú)污染排放外，還具有建設(shè)周期短和可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)。

光伏照明就是用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)照明。獨(dú)立光伏照明系統(tǒng)一般使用蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備，白天將太陽(yáng)能電池輸出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，夜間為照明負(fù)載供電。這樣的獨(dú)立光伏照明系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)、沙漠、邊疆哨所等電網(wǎng)仍未覆蓋的區(qū)域有很高的實(shí)用價(jià)值。太陽(yáng)能電池是光伏照明系統(tǒng)的輸入電源，為整個(gè)系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。在白天光照條件下，太陽(yáng)能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對(duì)蓄電池充電；天黑后，太陽(yáng)能電池停止工作，輸出端開路，蓄電池將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能輸出到照明負(fù)載。

智能控制器的電源由蓄電池供給。系統(tǒng)各部分容量的選取配合，需要綜合考慮成本、效率和可靠性。太陽(yáng)能電池是整個(gè)系統(tǒng)中最昂貴的部分，它的容量選取影響著整個(gè)系統(tǒng)的成本。相比較而言，蓄電池價(jià)格較為低廉，因此可以選取較大容量的蓄電池，盡可能充分利用太陽(yáng)能電池所發(fā)出的功率。另外，在與照明負(fù)載配合時(shí)，應(yīng)該考慮到連續(xù)陰天的情況，對(duì)系統(tǒng)容量留出一定裕度。

第二種：光—熱—電轉(zhuǎn)換

光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)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(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽(yáng)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(yáng)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(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)。

太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)化效率

一、轉(zhuǎn)化效率的定義

抽象地說(shuō)：轉(zhuǎn)化效率就是電池的輸出功率占入射光功率百分?jǐn)?shù)！

具體地說(shuō)：采用一定功率密度的太陽(yáng)光照射電池，電池吸收光子以后會(huì)激發(fā)材料產(chǎn)生載流子，對(duì)電池性能有貢獻(xiàn)的載流子最終要被電極收集，自然在收集的同時(shí)會(huì)伴有電流、電壓特性，也就是對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出功率，那么，用產(chǎn)生的這個(gè)功率除以入射光的功率就是轉(zhuǎn)換效率了！

二、理論公式

效率=（開路電壓*短路電流*填充因子）/入射光功率密度=電池輸出功率密度/入射光功率密度

三、影響太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率的因素

1）太陽(yáng)能光強(qiáng)

太陽(yáng)能電池就是把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電的一種器件，在一般的情況下（注意條件），太陽(yáng)能電池的效率隨光強(qiáng)增加而增加的。再進(jìn)一步說(shuō)就是太陽(yáng)能電池效率和安裝地的綜合氣候條件有關(guān)系。

2）電池的材料

不同的材料對(duì)光的吸收系數(shù)不同，禁帶寬度也不同，量子效率自然也不同，電池效率自然也不同了。一般來(lái)說(shuō)，單晶硅/多晶硅對(duì)光的系數(shù)系數(shù)遠(yuǎn)小于非晶硅的，所以非晶硅太陽(yáng)能電池厚度僅僅有單晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可較好的吸收太陽(yáng)光。另外理論上講GaAs太陽(yáng)能電池的極限效率要大于其他太陽(yáng)能電池的極限效率，因?yàn)镚aAs太陽(yáng)電池的禁帶寬度在1.4ev，和地面太陽(yáng)光光譜能量的最值最為接近。

3）工藝水平

不同的工藝水平，電池的效率自然也不同，看看各個(gè)廠子就很明白了，為什么原材料幾乎都一樣，做出來(lái)的電池效率卻差別很大，原因就在這。工藝水平自然和設(shè)備水平有著重要的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)設(shè)備越是先進(jìn)工藝就越優(yōu)秀，電池效率就越高（工藝是設(shè)備的產(chǎn)物，沒(méi)有設(shè)備工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)，都是空想）。

太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換率怎么算

太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率是根據(jù)光照與光效來(lái)判定的。不同成分的太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換效率也是不一樣的，目前太陽(yáng)能電池板多分為多晶硅與單晶硅兩種。

硅的制取順序是：二氧化硅礦石--〉工業(yè)硅--〉多晶硅--〉單晶硅。單晶硅是用多晶硅經(jīng)單晶爐拉制而成的，也有用區(qū)熔法制取單晶硅的。但是區(qū)熔單晶硅的位錯(cuò)密度較大。所以半導(dǎo)體器件多用拉制的單晶硅作原始材料。

單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高。多晶硅電池成本低，但轉(zhuǎn)換效率略低于單晶硅太陽(yáng)能電池。

在光資源充足的狀況下，多晶硅的光轉(zhuǎn)換效率在6%-10%，單晶硅的光轉(zhuǎn)換效率在15%以上。

先在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下測(cè)試被測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓電流：

1、標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)是指： AM1.5， 1000W/平方米， 組件溫度：25度， 最好是用太陽(yáng)能光伏專用測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。

2、要測(cè)試的參數(shù)： Pw， Vop， Iop， Voc， Isc.

3、將該被太陽(yáng)能電池板的功率除以該太陽(yáng)能電池板的面積再除以1000，則得出效率。

假設(shè)：該太陽(yáng)能電池板的功率為5W，面積為：0.03平方米，

則它的效率為：5/0.03/1000=0.167=16.7%；

也就是它將平方米1000W 太陽(yáng)光能量的16.7%轉(zhuǎn)換成了電能。