太 陽 能 發 電 介 紹 (光電能)

目 錄 1.太陽光電發電原理 2.太陽能電池之優、缺點 3.太陽能電池分類 4.最大追蹤功率法則 5.太陽能電池的製程 目 錄 1.太陽光電發電原理 2.太陽能電池之優、缺點 3.太陽能電池分類 4.最大追蹤功率法則 5.太陽能電池的製程 6.太陽能光電發電系統 7.應用範圍 8.台灣的太陽能產業

太陽能電池發展史

1.太陽光電池發電原理 太陽能電池是一種經由太陽光照射後，將光的能量轉換成電能 光電元件，此種光電元件稱為太陽能電池（Solar Cell），又稱之為光伏電池（Photovoltaic，簡稱PV）。 太陽能電池主要功能是將光能轉換成電能，這種現象稱為光伏效應。

1.太陽光電池發電原理(續) e- e- 太陽電池發電原理架構圖

太陽電池效率的限制 單能隙(單接面)太陽電池的限制 (可達之one-sun最高效率約31%)。

2.太陽能電池之優、缺點 優點 (1)不受地點限制 (2)無污染性 (3)永久性 缺點 (1)能量密度低 (2)裝置成本過高 (3)穩定性差 (4)需大面積土地 (5)氣候變化影響太陽光能量密度

3.太陽能電池分類 太陽能電池分類 單晶系太陽電池 結晶系太陽電池 矽半導體 多晶系太陽電池 非晶系太陽電池 太陽能電池 III-V族太陽 化合物半導體 II-VI族太陽 電池 有機材料 太陽能電池分類

太 陽 電 池 的 效 率 要判別一個太陽電池性能的好壞，最重要的就是轉換效率(h)，轉換效率定義為 其中Pin 為太陽光入射功率，Pm為最大輸出功率， Im 與Vm 分別為在最大輸出功率時的電流與電壓。

太 陽 電 池 的 效 率 目前各種太陽電池的最高效率 單晶矽：24.7% 多晶矽：19.8% 非晶矽：14.5% GaAs：25.7% CIGS：18.8% 多接面串疊型(InGaP/GaAs//InGaAs, multijunction tandem cell)：33.3%

3.太陽能電池分類(續) 不同材料之太陽能電池比較

3.太陽能電池分類(續) 單晶矽太陽電池

3.太陽能電池分類(續) 多晶矽太陽電池

3.太陽能電池分類(續) 非晶矽太陽電池

4.最大追蹤功率法則 (太陽能板控制系統) 最大功率追蹤法:電壓迴授法。 工作原理:事先量測作為參考。 優點:最為簡單。 缺點:系統無法自動追蹤到新的最大功率點。

最大功率追蹤法:功率迴授法。 工作原理:與電壓迴授相似，增加了輸出功率對電 壓變化率的判斷。 優點:減少能量損耗及提升整體效率。 缺點:與電壓迴授法相比，計算量較大。

最大功率追蹤法:擾動與觀察法。 工作原理:週期性的增減負載，並觀察電壓與功 率變化，再決定增減載。 優點:原理與架構皆簡單。 缺點:在最大功率點附近擺動，有功率損失。

最大功率追蹤法:增量電導法。 工作原理:利用太陽能光電板的dI/dV 與I/V 間的 關係來達到最大功率點。 優點:比擾動法，減少了擺動的功率損失。 缺點:量測精密度要高，實際使用時誤差大。

最大功率追蹤法:直線近似法。 工作原理:利用dP/dI=0 並以一直線來近似太陽能 光電板的最大功率點。 優點:實現容易、架構簡單。 缺點:光電板及元件老化時會失去準確度。

最大功率追蹤法:實際量測法 工作原理:以一額外太陽能光電板的參數，作為 整系統之等效參考。 優點:可避免太陽能光電板及元件老化。 缺點:需額外太陽能光電板，成本提高。

5.太陽能電池的製程 單晶矽太陽電池的製程步驟 拉晶 修角 切片 蝕刻及拋光 清洗 擴散 網印或蒸鍍

太陽能電池的材料與製造 最原始的材料乃為一種含二氧化矽(SiO2)純度相當高的石英岩 (quartzite) 砂。將它和一些含有碳，但碳的組成不同的材料放在爐子裡，其化學反應是經過數個步驟提煉出來的矽純度約為98%，稱為冶煉級 (metallurgical grade) 的矽。 冶煉級的矽被搗碎成粉末，和hydrogen chloride (HCl) 氣體產生反應，形成trichlorosilane (SiHCl3) 。經過部分蒸餾法的處理，然後和氫氣反應產生所謂電子級(electronic grade 或EG) 的矽 但為了節省成本，太陽電池使用太陽級solar grade (SOG) 的矽，為一般製作晶圓片之後的廢料，其純度較電子級的矽為低

標準太陽電池製程步驟

提升太陽能轉換效率方法 1.電極作成手指狀(Finger)，以增加入射光的面積(圖一)。 2.表面製成金字塔型的組織(Pyramid Texture)結構，並加入抗反射層，以減少光的反射量。 將金屬電極埋入基板中，以減少串聯電阻(圖二) 。 3.金屬與矽的接合處，有大量的缺陷，此易造成逆向飽和電流降低效率，因此製成(圖三) ，減少實際電極與矽的接觸面積。 4. 點接觸式太陽電池(Point Contact Cells) (圖四)，此電池的特點為電極均做在同一面，如此可增加入射光的面積，且易於焊線。

5.太陽能光電發電系統 太陽光電系統構件及特色 太陽光電發電系統（PV system）主要是由太陽電池組列、電力調節器（Power Conditioner，即包括直/交流轉換器（Inverter）、系統控制器及併聯保護裝置等、配線箱、蓄電池等所構成。

太陽光電發電系統型式 獨立型(Stand-Alone)太陽光電系統 市電併聯型(Grid- Connected)太陽光電系統

6.太陽能光電發電系統(續) 獨立型(Stand-Alone)太陽光電系統 適用對象：通訊、農林漁牧業用電、緊急防災用電、 離島、高山 電力調節器 負載 太陽能模組 蓄電池控制器 蓄電池

6.太陽能光電發電系統(續) 市電併聯型(Grid- Connected)太陽光電系統 適用對象：一般家庭民生用電、工業用電 配電網 太陽能模組 電力調節器 負載

(Backup PV Power System) 混合型太陽光電系統

7.應用範圍 太陽能電池的使用愈來愈普遍 1.電訊及通訊：無線電力、無線通訊 2.備載電力：災害補救 3.戶外定位監視系統:電子式公車站牌 4.農業：灌溉及抽水等動力系統 5.交通：電動車、充電系統、道路照明系統及交通 號誌 6.家用發電系統：從 20W 至 4kW，視需要量與經濟 情況而定

應用範圍(續) 發電量:3.6KW 資料來源:清雲科技大學2006綠色研討會

應用範圍(續) 發電量:100KW 資料來源:清雲科技大學2006綠色研討會

應用範圍(續) 發電量:150KW以上 資料來源:清雲科技大學2006綠色研討會

應用範圍(續)

台灣太陽能產業供應鏈

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