光伏系統(tǒng)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(tǒng)應用的深入。對于以光能作為主要來源的光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)。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(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，進一步從兩個層面加以體現(xiàn)，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(xiàn)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(chǎn)生空穴對。生成于PN結附近的載流子進入空間電荷區(qū)，在內部電場的作用下，電子流與空穴流分別進入N區(qū)和P區(qū)，導致N區(qū)與P區(qū)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(jù)結晶狀態(tài)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(jù)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(yōu)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(jù)著一席之地。

2 光伏電池板轉換效率測量原理

上文中已經(jīng)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(chǎn)生光生電壓，從而實現(xiàn)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(huán)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(huán)境下，電壓通過A/D轉換電路和LCD1602加以實現(xiàn)，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(guī)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(shù)。據(jù)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(shù)據(jù)的考察，確定電池板的整體狀態(tài)。

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(yè)的發(fā)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