光伏系统中电池板效率分析

秦一伟

摘 要 文章首先对光伏电池板的工作原理以及主要类型做出说明，而后进一步展开对于等效电路的分析，给出电池板的转换效率分析，对于加深该领域的认识有着一定的积极价值。

【关键词】光伏 电池板 效率

对于能源需求的不断攀升，以及相关领域技术的日渐成熟，都推动着光伏系统应用的深入。对于以光能作为主要来源的光伏发电系统而言，电池板是其中的核心组件，电池板的能源转换效率，直接关系到整个光伏系统的工作效率，因此不容忽视。

1 光伏电池板的原理与分类

光伏電池板作为一种可以将光能转换成为电能的重要装置，是里光伏效应原理在实际工作中的应用体现。所谓光伏效应，即半导体PN结的光生伏特效应，具体而言，就是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象，进一步从两个层面加以体现，其一在于由光子向电子的转化，同时这也是光能量向电能量的转化过程；其二，则是电压的形成，只有形成电压，才能形成电能的流动，才能让电能实现其自身的价值。

对于光伏电池板而言，其表面覆盖着一层类似于金属薄膜的半导体薄片，当这层薄片受到阳光照射的时候，会从光照中吸收能量。这些被吸收的太阳光一部分转化成为热能，而另一部分则会产生空穴对。生成于PN结附近的载流子进入空间电荷区，在内部电场的作用下，电子流与空穴流分别进入N区和P区，导致N区与P区分别储存了过剩的电子和空穴，二者在PN结附近形成光生电场，进一步促生电动势，形成电流。

光伏电池板可以依据结晶状态大体划分为两个大类，即结晶系薄膜式以及非结晶系薄膜式，其中前者又可以进一步分为单结晶型和多结晶型两种。而依据制作材料则可以将光伏电池板分为硅太阳能电池、有机半导体电池、纳米晶太阳能电池等，当前在社会上比较横行的技术当属硅太阳能电池，并且在这一个分支之下，单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池都比较常见，对应的技术也更为成熟。当前市场上的单晶硅电池，主要有刻槽埋栅电极单晶硅电池以及平面单晶硅电池两种，通常转化效率都能够保持在20%以上水平。而多晶硅太阳能电池中的硅含量较少，因此成本也更低，转换效率相对于单晶硅池而言有所下降，但是与非晶体硅电池相比仍然具有明显优势。至于非晶体硅薄膜光伏电池，虽然其转换效率偏低，但是由于其成本低廉，因此在市场上也还占据着一席之地。

2 光伏电池板转换效率测量原理

上文中已经述及，光伏电池板的工作，是在光照作用之下，使得PN结两端产生光生电压，从而实现光电能量的转化。在一定光照强度下与温度下，光伏电池的最大输出功率Pm是随着光照强度而不断变化的一个因变量。光伏电池板的光谱效应，与其结构和材料性能以及深结表面光学特性以及其他因素有关，随着环境温度，电池厚度和辐射损伤而变化。则等效电路参见图1。

在这样的电路环境下，电压通过A/D转换电路和LCD1602加以实现，则有功率计算式（1）：

进一步建立起光功率计算模型如图2。

图2中，光源P距离电池板距离d，电池板规格为a×b，电池板的电功率为P1，对应的P点在电池板上对应的光功率密度为P0，电池板上任意一点M的光功率密度为Pi，则有式（2）：

上式中A为光源常数。据此进一步获取到中心点光功率密度Pd，参见式（3）：

而对应点M的光功率密度则见式（4）：

则对于a×b面积上电池板的总光功率，可以用式（5）表示：

则可以用电池板的电功率为P1与Pt的比值来表示光伏电池板的转化效率，并且通过对这一数据的考察，确定电池板的整体状态。

3 结论

对于光伏电池板转换效率的测定，有着诸多方法，不同方法有着不同的适用范围，对应的误差也因为算法本身的特征而确定。实际工作中需要不断改进，才能获取更为精确的计算结果，推动光伏事业的发展。

参考文献

[1]王鹏.改善有机太阳能电池光电转换效率的研究[D].长春：吉林大学，2013.

作者单位

青海大学 青海省西宁市 810016