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光伏太陽能電池板原理 家用太陽能電池板功率計算方法

摘要:太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”,是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照到,瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏,簡稱光伏。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。下面和小編來看看太陽能電池的相關(guān)知識吧。

一、光伏太陽能電池板原理

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(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,在該電壓的作用下,將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實(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)動汽輪機(jī)發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程;后一個過程是熱—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,是一個半導(dǎo)體光電二極管,當(dāng)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(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(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。

二、太陽能電池板功率計算方法

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個小時為例,介紹一下計算方法:

1、首先應(yīng)計算出每天消耗的瓦時數(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,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,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(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。

三、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%。

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