太陽能電池板特性及工作原理

2020-11-22 電子發燒友

太陽能電池板特性及工作原理

姚遠香 發表於 2019-04-24 16:25:04

　　太陽能電池板（Solar panel）是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能的裝置，大部分太陽能電池板的主要材料為「矽」，但因製作成本較大，以至於它普遍地使用還有一定的局限。相對於普通電池和可循環充電電池來說，太陽能電池屬於更節能環保的綠色產品。

　　太陽能電池板特性

　　太陽能電池板是太陽能發電系統中最重要的部件之一，作用是將太陽的光能轉化為電能後，輸出直流電存入蓄電池中。其轉換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價值的重要因素。採用36片或72片多晶矽太陽能電池進行串聯以形成12V和24V各種類型的組件。該組件可用於各種戶用光伏系統、獨立光伏電站和併網光伏電站等。

　　電池片採用高效率（16.5%以上）的單晶矽太陽能片封裝，保證太陽能電池板發電功率充足。玻璃採用低鐵鋼化絨面玻璃（又稱為白玻璃），在太陽電池光譜響應的波長範圍內透光率達91%以上，對於大於1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。EVA採用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優質EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連接劑。具有較高的透光率和抗老化能力。TPT太陽電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對陽光起反射作用，因此對組件的效率略有提高，並因其具有較高的紅外發射率，還可降低組件的工作溫度，也有利於提高組件的效率。邊框所採用的鋁合金邊框具有高強度，抗機械衝擊能力強。也是太陽能發電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。

　　太陽能電池板的工作原理

　　通常應用的太陽電池是一種能將光能直接轉換成電能的半導體器件。它的基本構造是由半導體的P-N結組成。本章主要以最常見的矽P-N結太陽電池為例，詳細討論光能轉換成電能的情況。

　　眾所周知，具有大量能夠自由移動的帶電粒子，容易傳導電流的物體，稱為導體。一般金屬都是導體。例如，銅的電導率在106/（Ω.cm）左右，如果在1cmx 1cm x 1cm的銅立方體的兩個對應面上加1V的電壓，則這兩個面之間將流過106A的電流。

　　另一個極端是極不容易傳導電流的物體，稱為絕緣體，如陶瓷、雲母、油脂、橡膠等。例如，石英（ SiO2）的電導率在10-16/（Ω.cm）左右。

　　導電性能介於導體和絕緣體兩者之間的是半導體，其電導率在10-4～104/（Ω.cm）之間;而且半導體還可以通過加人少量雜質使其電導率在上述範圍內變化;足夠純淨的半導體，其電導率會隨溫度的上升而急劇增加。這些是最容易識別的半導體的特性。

　　半導體可以是元素，如矽（Si）、鍺（Ge）硒（Se）等;也可以是化合物，如硫化鎘（Cds）、砷化鎵（GaAs）等;還可以是合金，如Ga，AL1～XAs，其中x為0~1之間的任意數。許多有機化合物也是半導體。

　　半導體的許多電學特性可以用種簡單的模型來解釋，矽的原子序數是14，所以原子核外面有14個電子，其中，內層的10個電子被原子核緊密地束縛住，而外層的4個電子受到原子核的束縛較小，如果得到足夠的能量，就能使其脫離原子核的束縛而成為自由電子，並同時在原來的位置留出一個空穴。電子帶負電，空穴帶正電。矽原子核外層的這4個電子又稱為價電子。

　　在矽晶體中每個原子周圍有4個相鄰原子，並和每一個相鄰原子共有2個價電子，形成穩定的8原子殼層。從矽的原子中分離出一個電子需要1.12eV的能量，該能量稱為矽的禁帶寬度。被分離出來的電子是自由的傳導電子，它能自由移動並傳送電流。一個電子從原子中逸出後，留下了一個空位，稱為空穴。從相鄰原子來的電子可以填補這個空穴，於是造成空穴從一個位置移到了一個新的位置，從而形成了電流。電子的流動所產生的電流與帶正電的空穴向相反方向運動時產生的電流是等效的。

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