光伏學是一門利用太陽能電池將太陽光直接轉化為電能的一種技術。早在1839 年,法國人埃德蒙 貝克勒爾19 歲時,在他父親的實驗室里第一次論證(證實了)了光電池的設計。然而,對于這種效用的理解和開發(fā)依賴于一些20 世紀的重要的科學和技術的發(fā)展。一個是量子力學的發(fā)展,它是20 世紀最主要的智力成就之一。另一個是半導體技術的發(fā)展,它對電子學革命以及微芯片的擴散起著重要的作用。
將太陽光轉換為電能需要兩個條件:一是陽光,它是最基礎的能量來源,二是太陽能電池,通過完美地內(nèi)在過程將陽光轉化為電能。
本次總結將以這兩個方面作為闡述重點。
第一章 光伏發(fā)電原理
1.1、太陽光及其輻照度
太陽是一個氣體高溫球體,它的熱量來源于內(nèi)部的核聚變反應。它的內(nèi)部溫度高達20,000,000K。來自于太陽內(nèi)部的劇烈輻射的能量被接近于它表面的氫離子層吸收。能量的轉移是通過這種方式進行的,首先能量通過光學屏障(氫離子)轉移,然后在太陽最外層表面再輻射,這就是我們看到的光球了。
盡管太陽表面的光是連續(xù)的,但是由于地球上大氣層的吸收和散射,到達地球表面的光是不同的。天氣晴朗時,太陽光直射通過大氣層的距離最短,到達地球表面的輻照度是最大的。
太陽在頭正上方φ 角時,光程大約是1/cosφ 。這光程通常稱做大氣質(zhì)量。因此大氣質(zhì)量=1/cosφ 。當φ =0 時,大氣質(zhì)量等于1 或AM1 的輻照度。當φ =60時,大氣質(zhì)量等于2 或AM2 的輻照度。AM1.5 是光伏行業(yè)的標準輻照度(相當于太陽光的角度48.2o)在任何地方大氣質(zhì)量都可以通過下面公式估算出來:
式中h 是垂直物體的高度,s 是物體陰影的長度,如圖1.1 所示。
圖1-1 大氣質(zhì)量
1.5AM 光譜,總的能量密度接近970W/m2。這個光譜或1000W/m2 的歸一化光譜是目前用于光伏行業(yè)的標準光譜。后者接近于地球表面獲得的最大能量值。相當于歸一化光譜的能量和光通量通過乘以1000/970 獲得。