太 陽 能 發 電 介 紹太 陽 能 發 電 介 紹(( 光電能光電能 ))

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

•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

太陽電池發電原理架構圖

1.太陽光電池發電原理( 續 )

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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%)。多能隙 ( 多接面 ) 太陽電池的限制 ( 可達之 one-sun最高效率約 69%)。熱力學的限制 ( 可達之 one-sun最高效率約 85%)。

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

2.太陽能電池之優、缺點

太陽能電池

矽半導體

III-V族太陽電池

II-VI族太陽電池

非晶系太陽電池

結晶系太陽電池

單晶系太陽電池

多晶系太陽電池

化合物半導體

3.太陽能電池分類

太陽能電池分類

有機材料

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%

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

3.太陽能電池分類( 續 )

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。

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。

太陽光電系統構件及特色

5. 太陽能光電發電系統

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

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

6. 太陽能光電發電系統 ( 續 )

太陽能模組

蓄電池

蓄電池控制器 電力調節器 負載

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

6. 太陽能光電發電系統 ( 續 )

太陽能模組 電力調節器

負載

配電網

混合型太陽光電系統

(Backu

p P

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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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