光伏系統中電池板效率分析

秦一偉

摘 要 文章首先對光伏電池板的工作原理以及主要類型做出說明，而后進一步展開對于等效電路的分析，給出電池板的轉換效率分析，對于加深該領域的認識有著一定的積極價值。

【關鍵詞】光伏 電池板 效率

對于能源需求的不斷攀升，以及相關領域技術的日漸成熟，都推動著光伏系統應用的深入。對于以光能作為主要來源的光伏發電系統而言，電池板是其中的核心組件，電池板的能源轉換效率，直接關系到整個光伏系統的工作效率，因此不容忽視。

1 光伏電池板的原理與分類

光伏電池板作為一種可以將光能轉換成為電能的重要裝置，是里光伏效應原理在實際工作中的應用體現。所謂光伏效應，即半導體PN結的光生伏特效應，具體而言，就是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象，進一步從兩個層面加以體現，其一在于由光子向電子的轉化，同時這也是光能量向電能量的轉化過程；其二，則是電壓的形成，只有形成電壓，才能形成電能的流動，才能讓電能實現其自身的價值。

對于光伏電池板而言，其表面覆蓋著一層類似于金屬薄膜的半導體薄片，當這層薄片受到陽光照射的時候，會從光照中吸收能量。這些被吸收的太陽光一部分轉化成為熱能，而另一部分則會產生空穴對。生成于PN結附近的載流子進入空間電荷區，在內部電場的作用下，電子流與空穴流分別進入N區和P區，導致N區與P區分別儲存了過剩的電子和空穴，二者在PN結附近形成光生電場，進一步促生電動勢，形成電流。

光伏電池板可以依據結晶狀態大體劃分為兩個大類，即結晶系薄膜式以及非結晶系薄膜式，其中前者又可以進一步分為單結晶型和多結晶型兩種。而依據制作材料則可以將光伏電池板分為硅太陽能電池、有機半導體電池、納米晶太陽能電池等，當前在社會上比較橫行的技術當屬硅太陽能電池，并且在這一個分支之下，單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池都比較常見，對應的技術也更為成熟。當前市場上的單晶硅電池，主要有刻槽埋柵電極單晶硅電池以及平面單晶硅電池兩種，通常轉化效率都能夠保持在20%以上水平。而多晶硅太陽能電池中的硅含量較少，因此成本也更低，轉換效率相對于單晶硅池而言有所下降，但是與非晶體硅電池相比仍然具有明顯優勢。至于非晶體硅薄膜光伏電池，雖然其轉換效率偏低，但是由于其成本低廉，因此在市場上也還占據著一席之地。

2 光伏電池板轉換效率測量原理

上文中已經述及，光伏電池板的工作，是在光照作用之下，使得PN結兩端產生光生電壓，從而實現光電能量的轉化。在一定光照強度下與溫度下，光伏電池的最大輸出功率Pm是隨著光照強度而不斷變化的一個因變量。光伏電池板的光譜效應，與其結構和材料性能以及深結表面光學特性以及其他因素有關，隨著環境溫度，電池厚度和輻射損傷而變化。則等效電路參見圖1。

在這樣的電路環境下，電壓通過A/D轉換電路和LCD1602加以實現，則有功率計算式（1）：

進一步建立起光功率計算模型如圖2。

圖2中，光源P距離電池板距離d，電池板規格為a×b，電池板的電功率為P1，對應的P點在電池板上對應的光功率密度為P0，電池板上任意一點M的光功率密度為Pi，則有式（2）：

上式中A為光源常數。據此進一步獲取到中心點光功率密度Pd，參見式（3）：

而對應點M的光功率密度則見式（4）：

則對于a×b面積上電池板的總光功率，可以用式（5）表示：

則可以用電池板的電功率為P1與Pt的比值來表示光伏電池板的轉化效率，并且通過對這一數據的考察，確定電池板的整體狀態。

3 結論

對于光伏電池板轉換效率的測定，有著諸多方法，不同方法有著不同的適用范圍，對應的誤差也因為算法本身的特征而確定。實際工作中需要不斷改進，才能獲取更為精確的計算結果，推動光伏事業的發展。

參考文獻

[1]王鵬.改善有機太陽能電池光電轉換效率的研究[D].長春：吉林大學，2013.

作者單位

青海大學 青海省西寧市 810016