光伏系统知识第一章光伏系统组成-北极星太阳能光伏网

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一、概述

太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源。我们不但可以充分利用太阳辐射能量的光热效应(如太阳能真空管集热、槽式光热发电、碟式高温发电、太阳能海水淡化等等)，还可以充分利用其光电效应开发各种各样的太阳能光电产品。尽管光电转换效率只有百分之十几，近几年却得到了快速的发展。未来五年内，光伏行业必将突破瓶颈、大刀阔斧、突飞猛进，其应用前景十分的广阔壮丽。投身于光电事业，前途远大，可以说大得无边无际。投身于光伏事业，是在为绿色环保并可持续发展做着贡献;投身于光伏事业，是在为人类健康、明亮、美好的未来添砖铺瓦;投身于光电事业，是无比光荣的，我们应该为自己的勤奋工作而自豪。

二、太阳能电池的工作原理

那么电是怎么来的呢?为什么半导体PN结经太阳光一照就有电呢?科学家们将这种光照生电的现象叫做“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。光伏效应的核心原理就是PN结的“空穴导电”。空穴代表着正电荷，正电荷的移动就形成了电流，这个电流就叫“光生电流”它与光电池板的面积、，光照度、光电池板表面温度等因素有关。实验证明，光生电流的大小，受光电池板安装角度偏差的影响也是非常大的而且变化迅速，在相同实验条件下，光伏电压对安装角度的偏差变化则反应迟钝，受其影响很小。电池的驱动能力的大小也即电动势的大小与电流是直接相关的，虽然电动势是以“伏特”为单位来表示的，但其“实力”是由内部电流的强弱决定的，实践中我们经常能遇到这样的情况，一节(块)电池的电压还很高，但是电流特别小，电压再高也是虚的。那什么是电流呢?电流就是电子的定向移动。回路中电流的方向永远与电子流动的方向相反。

对太阳能电池来说，光生电流的方向就是“空穴”移动的方向，也就是电子流的反方向。光生电流决定了太阳能电池的发电效率，因此光电产品和光伏工程特别要注意光电池组件板的安装角度。角度偏差一点点，光生电流都会下降很多。光生电流的产生，表面上看是“空穴导电”形成的，但实质上还是电子的“定向填充空穴”形成的。那么“空穴移动”和电子“填充空穴”又是怎么回事呢?先看看太阳能电池的制做材料单晶硅的内部结构。单晶硅内部的分子结构是四价电子结晶形态。硅原子靠这四价电子相互间形成强劲有力的离子键从而即相互吸引、又相互排斥，所有的硅原子都形成有规则的排列，横看成一，竖看成列，纵看成行，美丽而神奇。原子间的空格也叫晶格，是自由电子活动的空间。

P型半导体就是在美丽的四价单晶硅中掺杂了三价的硼原子，结果，某一个硼原子取代了硅原子，混在晶格中，但因为硼原子周围只有三个电子，必定有一对离子键因失配而呈现“空缺”(缺少一价电子相配)，这就存在了一种不稳定或者说不平衡的趋势，“空穴”的形象化比喻由此而来，“空穴”时时表现出使晶格趋于稳定的态势。这就是P型半导体的特性。再说说N型半导体。与P型半导体相类似，单晶硅在高温高压下形成结晶态之前，在纯硅当中掺杂了五价的磷原子，结晶形成后，某一个磷原子占据了硅原子的位置混在晶格中，结果必定有一价电子找不到配对、无家可归因而成为不安定因素。N型半导体就形成了。现在要做一件好事，就是把P型半导体与N型半导体贴合在一起。结果在接触面上就形成了很薄很薄的半导体膜层，这个膜层被科学家称为PN结，PN结是一个内建电场，具有单向导电性，即加上正向电场就导通，加上反向电场就截止。

PN结是半导体器件技术和电子科学发展的最关键之基础。目前实验室内的PN结可以细微到纳米级。这意味着超大规模集成电路的开发应用会来一次历史性的飞跃，带给我们的好处是最高档的PC机可以制做得很轻、很薄、很小巧。太阳能电池的外表面——向阳的一面是富空穴的P型半导体，紧贴下面的就是富电子的N型半导体。在太阳光子的激发下，N区的自由电子异常活跃，终于冲破PN结的阻挡，逐次开始填充P区中的空穴。有意思的是，这些空穴由下向上逐次被电子填充，就好象空穴由上而下在悄悄移动。这就是“空穴的移动”，这个移动是虚拟移动，晶格中的每个原子都在各自的位置上纹丝不动，动的只是与正电荷相配对的电子而已。太阳能电池的电动势由此而生。但是，空穴的虚拟移动和电子的实际定向移动还都只是带有电荷的载流子向电池上下两面的聚集，只能形成电动势，还不能形成电流。要形成电流还得怎么样?还要在电池的两端加上导线使其构成回路才行。

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