太陽能電池板

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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「硅」，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。

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目錄

基本信息

• 中文名 :太陽能電池板
• 外文名 ;Solar panel
• 主要材料 ；硅」
• 能 源 ;太陽能
• 是否可再生 ：可再生
• 污染指數 ：低

材料分類

當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場占有率在90%以上,而且在今後相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術封鎖、市場壟斷的狀況。多晶硅的需求主要來自於半導體和太陽能電池。按純度要求不同，分為電子級和太陽能級。其中，用於電子級多晶硅占55%左右，太陽能級多晶硅占45%，隨着光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高於半導體多晶硅的發展，預計到2008年太陽能多晶硅的需求量將超過電子級多晶硅。 1994年全世界太陽能電池的總產量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年裡就增長了17倍。

晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。

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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。

柔性太陽能電池

單晶硅

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為18%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，使用壽命可達25年。

多晶硅

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16%左右。 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。

非晶硅

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，隨着時間的延長，其轉換效率衰減。

多元化合物

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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。

柔性電池

柔性薄膜太陽能電池是相對於常規太陽能電池來區分的。

常規太陽能電池一般是兩層玻璃中間是EVA材料和電池片的結構，這樣的組件重量較重，安裝的時候需要支架，不易移動。

柔性薄膜太陽能電池不需要採用玻璃背板和蓋板，重量比雙層玻璃的太陽能電池片組件輕80%，採用pvc背板和ETFE薄膜蓋板的柔性電池片甚至可以任意彎曲，方便攜帶。安裝的時候也不需要特殊的支架，可以方便安裝在屋頂，和帳篷頂上使用。

缺點是光電的轉換效率要比常規的晶硅組件低。

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，使電子發生了躍遷，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；後一個過程是熱—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管，當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

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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，以至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%.

新型開發

新型塗層

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美國倫斯勒理工學院研究人員2008年開發出一種新型塗層，將其覆蓋在太陽能電池板上能使後者的陽光吸收率提高到96.2%，而普通太陽能電池板的陽光吸收率僅為70%左右。

新塗層主要解決了兩個技術難題，一是幫助太陽能電池板吸收幾乎全部的太陽光譜，二是使太陽能電池板吸收來自更大角度的太陽光，從而提高了太陽能電池板吸收太陽光的效率。

普通太陽能電池板通常只能吸收部分太陽光譜，而且通常只在吸收直射的太陽光時工作效率較高，因此很多太陽能裝置都配備自動調整系統，以保證太陽能電池板始終與太陽保持最有利於吸收能量的角度。

植物材料

2013年2月18日，日本一個研究小組卻以木漿為原料，研發出一種新型太陽能電池板，這種「紙糊的」太陽能電池環保、廉價且超薄可彎曲，將來可能大有用武之地。

為了保證透光率，通常太陽能電池板使用透明的玻璃或塑料。大阪大學產業科學研究所副教授能木雅也率領的研究小組以木漿中的植物纖維為原料，通過壓縮加工，成功研發出厚度僅有15納米的透明材料，並以此為基板，將光電轉換有機材料和配線用壓力嵌入，從而製成紙質太陽能電池。

據稱，「紙糊的」太陽能電池光電轉換效率只有3%，遠不及一般發電用太陽能電池10%至20%的轉換率，但和玻璃基板太陽能電池差不多，而且便攜易用，製造簡單，成本極低，開發者希望幾年後能實用。

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結構組成

1） 鋼化玻璃

其作用為保護髮電主體（如電池片），透光其選用是有要求的， 1.透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理

2） EVA

用來粘結固定鋼化玻璃和發電主體（如電池片），透明EVA材質的優劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發電質量除了EVA本身的質量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達標，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠，都會引起EVA提早老化，影響組件壽命。

3）電池片

主要作用就是發電，發電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優劣。晶體硅太陽能電池片,設備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉換效率也高，在室外陽光下發電比較適宜；薄膜太陽能電池，相對設備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉化效率相對晶體硅電池片一半多點，但弱光效應非常好，在普通燈光下也能發電，如計算器上的太陽能電池。

4）EVA

作用如上，主要粘結封裝發電主體和背板

5） 背板

作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質必須耐老化，大部分組件廠家都質保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求。）

6）鋁合金

保護層壓件，起一定的密封、支撐作用

7） 接線盒

保護整個發電系統，起到電流中轉站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串，防止燒壞整個系統。接線盒中最關鍵的是二極管的選用，根據組件內電池片的類型不同，對應的二極管也不相同

8） 硅膠 密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處。有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠，國內普遍使用硅膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。