電流-電壓特性曲線方程式課件

太陽光電技術(shù)

與

系統(tǒng)應(yīng)用太陽光電技術(shù)

與

系統(tǒng)應(yīng)用1太陽是地球能源之母太陽是地球上所有能源的源頭，目前已知的能源幾乎都直接或間接來自太陽。石油、煤、天然氣、水力、太陽能、風(fēng)力、光合作用、海洋能等等，核能、地?zé)岢?。太陽光照射整個(gè)地球表面1小時(shí)內(nèi)的能量(~5

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J)，約可供全人類使用1年(2005)。太陽還可以繼續(xù)發(fā)光至少50億年以上。

太陽能是免費(fèi)、取之不盡、用之不竭之潔淨(jìng)能源，但必須找到有效的使用法。太陽是地球能源之母太陽是地球上所有能源的源頭，目前已知的能源2地球的污染日愈嚴(yán)重，溫室效應(yīng)不容小觀

1997年京都議定書於2005年2月16日正式生效，要求工業(yè)國家降低CO2排放量，發(fā)展再生能源，降低碳的排放是必然的趨勢

平均傳統(tǒng)能源發(fā)電之CO2排放量530噸/GWh

太陽光電發(fā)電製造之CO2排放量僅5噸/GWh地球的污染日愈嚴(yán)重，溫室效應(yīng)不容小觀1997年京都議定書3溫室效應(yīng)所帶來的氣溫變化(一)溫室效應(yīng)的來源：

溫室效應(yīng)所帶來的氣溫變化(一)溫室效應(yīng)的來源：4溫室效應(yīng)所帶來的氣溫變化(二)溫室氣體(GHG)源(SOURCE)匯(SINK)對氣候的影響

(IMPACT)二氧化碳(CO2)1)燃料2)改變土地的使用（砍伐森林）1)被海洋吸收2)植物的光合作用吸收紅外線輻射，影響大氣平流層中O3的濃度甲烷(CH4)1)生物體的燃燒2)腸道發(fā)酵作用3)水稻1)和OH起化學(xué)作用2)被土壤內(nèi)的微生物吸取吸收紅外線輻射，影響對流層中O3及OH的濃度，影響平流層中O3和H2O的濃度，產(chǎn)生CO2

一氧化二氮(N2O)1)生物體的燃燒2)燃料3)化肥1)被土壤吸取2)在大氣平流層中被光線分解與及和O起化學(xué)作用吸收紅外線輻射，影響大氣平流層中O3的濃度氯氟碳化合物(CFCs)工業(yè)生產(chǎn)在對流層中不易被分解，但在平流層中會被光線分解和跟O產(chǎn)生化學(xué)作用吸收紅外線輻射，影響平流層中O3的濃度二氧化硫(SO2)1)火山活動(dòng)2)煤及生物體的燃燒1)乾和濕沉降2)與OH產(chǎn)生化學(xué)作用形成懸浮粒子而散射太陽輻射

臭氧(O3)光線令O2產(chǎn)生光化作用與NOx，ClOx及HOx等化合物的催化反應(yīng)。吸收紫外光及紅外線輻射一氧化碳(CO)1)植物排放2)人工排放（交通運(yùn)輸和工業(yè)）1)被土壤吸取2)和OH起化學(xué)作用影響平流層中O3和OH的循環(huán)，產(chǎn)生CO2

（資料來源：IPCC,2001)

溫室效應(yīng)所帶來的氣溫變化(二)溫室氣體(GHG)源(SO5溫室效應(yīng)所帶來的氣溫變化(三)(1855－1995全球平均地球表面溫度的變化年平均值)

(資料來源：WMO,1996)溫室效應(yīng)所帶來的氣溫變化(三)(1855－1995全球平均地6氣溫上升所帶來的傷害這種溫度快速升溫情況，而全球氣候和生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生劇烈的變化，包括：1.海平面的上升。根據(jù)氣候變化政府間專家委員會(IPCC）2001年的評估報(bào)告，到2100年氣溫可能再上升1.4至5.8度,在未來的預(yù)測上，海平面也因此大約會上升18公分到1公尺之間，平均的海平面將上升了45公分。2.全球氣候變遷，暴雨或乾旱，氣候變的異常，例如熱浪、寒流、颱風(fēng)、水災(zāi)或旱災(zāi)等造更多損害。3.土地沙漠化，生態(tài)環(huán)境改變，動(dòng)植物生態(tài)發(fā)生變化大規(guī)模的遷移等。

氣溫上升所帶來的傷害這種溫度快速升溫情況，而全球氣候和生態(tài)環(huán)7京都議定書為落實(shí)溫室氣體排放管制工作，1997年12月於日本京都舉行聯(lián)合國氣候變化綱要公約第三次締約國大會，通過了具有約束效力的京都議定書（KyotoProtocol），以規(guī)範(fàn)工業(yè)國家未來之溫室氣體減量責(zé)任。140個(gè)國家批準(zhǔn)了溫室氣體減量的國際條約，已開發(fā)國家領(lǐng)先減量(共有25國)，在2008到2012年間將六種溫室氣體(主要以二氧化碳為主要)，減至比1990基準(zhǔn)年再少5.2%。京都議定書為落實(shí)溫室氣體排放管制工作，1997年12月於日本8京都議定書對我國的影響1.我國為二氧化碳高排放量國：

我國二氧化碳排放量佔(zhàn)全球1%，全球排名第22。2.我國二氧化碳排放量成長快速：

我國的二氧化碳排放量由1992年到2002年間成長快速，根據(jù)環(huán)保署的資料，預(yù)估至2020年二氧化碳之排放總量，將由1990年之121百萬公噸提升至461百萬公噸，成長約3.81倍，將與京都議定書規(guī)劃之減量目標(biāo)背道而馳。

京都議定書對我國的影響1.我國為二氧化碳高排放量國：9人類必須對能源與環(huán)保應(yīng)該覺醒石油儲藏量剩下1兆338億桶(Barrel)，尚可使用約43年天然氣儲藏量剩下146兆立方公尺，尚可使用約62年鈾儲藏量剩下395萬噸，尚可使用約64年煤儲藏量剩下9,842億噸，尚可使用約230年全世界至少有20億人口，目前仍無電可用！不必等到石油耗盡，能源的價(jià)格將會飆漲到大家都無法承受！目前地球的平均溫度比20年前高了0.2℃以上1997年「京都環(huán)境會議」，制訂各工業(yè)國家CO2排放減量標(biāo)準(zhǔn)(2005/2/16開始實(shí)施)各國皆訂定達(dá)成再生能源比例12%~15%之目標(biāo)人類必須對能源與環(huán)保應(yīng)該覺醒石油儲藏量剩下1兆338億桶(B10能源種類石油煤炭天然氣太陽能風(fēng)力小水力地?zé)崮苌|(zhì)能能源化石能源新能源再生能源能源新利用燃料電池電動(dòng)機(jī)車淨(jìng)煤技術(shù)潔淨(jìng)能源能源種類石油太陽能能源化石能源新能源再生能源能源新利用燃料電11臺灣民眾應(yīng)該覺醒！我國98%以上的能源仰賴進(jìn)口水力的投資風(fēng)險(xiǎn)高且已近飽和政府非常家園政策，反核意識高漲發(fā)展使用符合環(huán)保、循環(huán)再生，並取之不盡之再生能源已是刻不容緩我國訂定再生能源比例之目標(biāo)為10%@20102010年再生能源發(fā)電裝置總?cè)萘磕繕?biāo):513.9萬瓩，其中風(fēng)力:215.9萬瓩、水力:216.8萬瓩、太陽光電:2.1萬瓩、地?zé)?5.0萬瓩、生質(zhì)能:74.1萬瓩臺灣民眾應(yīng)該覺醒！我國98%以上的能源仰賴進(jìn)口12風(fēng)力發(fā)電(一)全球風(fēng)力發(fā)電總裝置容量已近25,000MW，年發(fā)電量逾500億度，估計(jì)約可供應(yīng)全球1,400萬戶家庭之用電。全球風(fēng)力發(fā)電裝置容量成長圖

風(fēng)力發(fā)電(一)全球風(fēng)力發(fā)電總裝置容量已近25,000MW，13風(fēng)力發(fā)電(二)VestasV47-660風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)1.葉片 8.油溫冷卻器15.轉(zhuǎn)向控制2.葉輪輪轂 9.萬向接軸 16.齒輪箱支撐桿3.葉片軸承 10.主發(fā)電機(jī)17.轉(zhuǎn)向齒輪盤4.主傳動(dòng)軸 11.維修用小吊車18.轉(zhuǎn)向齒輪5.副發(fā)電機(jī) 12.旋角控制桿19.塔頂控制單元6.齒輪箱 13.機(jī)組座架20.油壓控制單元7.碟式煞車 14.塔架風(fēng)力發(fā)電(二)VestasV47-660風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)1.14太陽光電(一)太陽光電於最近幾年之成長快速，近三年全球市場每年成長近40%，於2000年之銷售量為287MW，至2001年則為390MW。國家19941995199619971998199920002001美國25.6438.8538.8553.053.760.874.79100.3日本16.5016.4021.2035.049.280.0128.60171.2歐洲21.7020.1018.8029.333.540.060.6686.4其他5.606.359.759.418.720.523.4232.6合計(jì)69.4477.6088.60125.8154.9201.3287.65390.5主要國家歷年太陽電池市場銷售量(單位：MW)

太陽光電(一)太陽光電於最近幾年之成長快速，近三年全球市場每15太陽光電(二)拋物線槽式發(fā)電系統(tǒng)集中塔式發(fā)電系統(tǒng)太陽光電(二)拋物線槽式集中塔式16生質(zhì)能發(fā)電(一)目前生質(zhì)能為全球第四大能源，僅次於化石能源，供應(yīng)全球15%的初級能源需求，約占世界所有再生能源應(yīng)用的2/3。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，至1997年止生質(zhì)能在歐盟的總產(chǎn)量為占再生能源的63.6%；生質(zhì)能發(fā)電量則占再生能源的29%。包括：1.木材與林業(yè)廢棄物如木屑等。

2.農(nóng)作物與農(nóng)業(yè)廢棄物如黃豆、玉米、稻殼、蔗渣等。

3.畜牧業(yè)廢棄物如動(dòng)物屍體、廢水處理所產(chǎn)生的沼氣。

4.垃圾與垃圾掩埋場與下水道污泥處理廠所產(chǎn)生的沼氣

5.工業(yè)有機(jī)廢棄物如有機(jī)污泥、廢塑橡膠、廢紙、黑液。生質(zhì)能發(fā)電(一)目前生質(zhì)能為全球第四大能源，僅次於化石能源，17生質(zhì)能發(fā)電(二)來源轉(zhuǎn)換核心技術(shù)利用廢塑膠廢橡膠石油焦油(污)泥都市垃圾農(nóng)產(chǎn)廢棄物生質(zhì)作物前處理氣化/裂解燃?xì)鉁Q(jìng)化/純化發(fā)電燃?xì)庖鏆鉁u輪機(jī)複循環(huán)發(fā)電燃料電池外燃式引擎固態(tài)衍生燃料熱利用鍋爐(混燒)焚化爐工業(yè)爐生質(zhì)能發(fā)電(二)來源轉(zhuǎn)換核心技術(shù)利用廢塑膠廢橡膠石油18地?zé)岚l(fā)電地?zé)岬挠猛旧鯊V，諸如發(fā)電、工業(yè)利用、農(nóng)業(yè)利用等，但以能源使用觀點(diǎn)而言，則以利用於發(fā)電上的使用範(fàn)圍最高。國外對地?zé)岚l(fā)電之大量開發(fā)應(yīng)用始於1960年代，發(fā)展至2000年為止，全世界已有二十餘國共建置約250多座地?zé)岚l(fā)電廠，總裝置容量將近8,000MW。資料來源：物理趣談100則牛頓文庫

地?zé)岚l(fā)電地?zé)岬挠猛旧鯊V，諸如發(fā)電、工業(yè)利用、農(nóng)業(yè)利用等，但以19水力發(fā)電水力發(fā)電是再生能源，對環(huán)境衝擊較小。臺電公司推動(dòng)相關(guān)開發(fā)規(guī)劃中，裝置容量共27.45萬千瓩，目前民間業(yè)者進(jìn)行中之水力發(fā)電裝置容量共計(jì)6.83萬千瓩。水力發(fā)電水力發(fā)電是再生能源，對環(huán)境衝擊較小。臺電公司推動(dòng)相關(guān)20太陽光電重要發(fā)展歷程1954年BellLabs發(fā)展出矽太陽電池(Chapin等人，轉(zhuǎn)換效率約4.5%)1956年第一個(gè)太陽電池製作成功1958年開始太空應(yīng)用(GaAs)1970年開始太陽光發(fā)電系統(tǒng)地面應(yīng)用(Si)(能源危機(jī))1976年Carlson製作出第一個(gè)非晶薄膜太陽電池1980年消費(fèi)性薄膜太陽電池應(yīng)用(a-Si,CdS/CdTe)1990年與公用電力併聯(lián)之太陽光發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)成熟(Grid-ConnectedPVSystem,Si)(電力電子技術(shù))1992年起歐美、日各國推動(dòng)PV補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)2000年建材一體型太陽電池應(yīng)用(BIPV)太陽光電重要發(fā)展歷程1954年BellLabs發(fā)展出矽太陽21不同太陽電池材料對應(yīng)太陽光譜波長圖不同太陽電池材料對應(yīng)太陽光譜波長圖22太陽能發(fā)電原理太陽能發(fā)電原理23太陽能電池材料(一)太陽電池種類半導(dǎo)體材料市場模組發(fā)電轉(zhuǎn)換效率矽(硅)silicon目前太陽光電系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛晶矽Crystalline單晶矽SingleCrystalline12~20%多晶矽PolyCrystalline10~18%非晶矽AmorphousSi、SiC、SiGe、SiH、SiO6~9%多化合物Compound應(yīng)用於太空及聚光型太陽光電系統(tǒng)單晶SingleCrystallineGaAs、InP18~30%多晶PolyCrystallineCdS、CdTe、CuInse10~12%奈米及有機(jī)Nano&Organic應(yīng)用於有機(jī)太陽電池，屬研發(fā)階段TiO21%以下資料來源：太陽光電資訊網(wǎng)太陽能電池材料(一)太陽電池種類半導(dǎo)體材料市場模組發(fā)矽(硅)24太陽能電池材料(二)單晶矽又稱為單結(jié)晶、晶圓型。製程貴，發(fā)電量佳，礙於晶圓型式，多半截圓型或圓弧造型，舖設(shè)時(shí)面積上無法達(dá)到最大利用及吸收。多晶矽又稱為多結(jié)晶。製程上較便宜，發(fā)電量略遜單晶矽，可截為正方形，舖設(shè)時(shí)可達(dá)到最大面積利用及吸收。其晶狀分佈，具有藝術(shù)效果，可為建築物外觀加分。另外，雖其結(jié)理易造成碎裂，但晶體可再利用做為項(xiàng)鍊等裝飾品。非晶矽(可撓式)成本便宜，發(fā)電率較差，且容易造成裂質(zhì)化。但由於可直接鍍在玻璃及塑膠上面，與建築物可做最佳結(jié)合。除可做太陽光電系統(tǒng)發(fā)電用，室內(nèi)型民生消費(fèi)品也常見其應(yīng)用，如：電子計(jì)算機(jī)、搖頭娃娃、玩具等。太陽能電池材料(二)單晶矽25材料之比較材料理論轉(zhuǎn)換效率實(shí)際轉(zhuǎn)換效率耐用性成本用途單晶矽25-30%34%集光型24%(實(shí)驗(yàn)室級)14-17%(商業(yè)用)佳高太空電力中央發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立電源少數(shù)民生用品多晶矽20%17.7%(實(shí)驗(yàn)室)11-14%(商業(yè)用)佳中獨(dú)立電源少數(shù)民生用品III-V族GaAs-lnP等35%27.8%(實(shí)驗(yàn)室)佳極高太空電力薄膜太陽電池非晶矽15%13.5%(實(shí)驗(yàn)室)5-7%(商業(yè)用)

低獨(dú)立電源少數(shù)民生用品III-V族17-18%15.8%(實(shí)驗(yàn)室)佳低獨(dú)立電源少數(shù)民生用品材料之比較材料理論轉(zhuǎn)實(shí)際轉(zhuǎn)換效率耐用性成本用途單晶矽25-326常見太陽能電池模板資料來源：太陽光電資訊網(wǎng)常見太陽能電池模板資料來源：太陽光電資訊網(wǎng)27太陽能電池模組基本結(jié)構(gòu)+-太陽電池模板接線太陽電池模板結(jié)構(gòu)正面強(qiáng)化玻璃EVATedlarTM(Dupont）)EVAPolyesterTedlarTM(Dupont）)背面太陽電池模板外觀太陽能電池模組基本結(jié)構(gòu)+-太陽電池模板接線太陽電池模板結(jié)構(gòu)正28太陽電池模板之規(guī)格範(fàn)例太陽電池模板之規(guī)格範(fàn)例29太陽能電池模板製作過程(一)1.清洗蝕刻2.磷擴(kuò)散P-typewaferP-typewafer太陽能電池模板製作過程(一)1.清洗蝕刻P-typewa30太陽能電池模板製作過程(二)3.鍍抗反射層4.網(wǎng)印5.燒結(jié)太陽能電池模板製作過程(二)3.鍍抗反31太陽光電能之電氣特性太陽光電能之電氣特性太陽光電能之電氣特性太陽光電能之電氣特性太陽光電能之電氣特性太陽光電能之電氣特性32太陽能電池之等效電路模型太陽能電池，基本上是一p-n接面二極體，在上、下面皆有引出電極網(wǎng)，因此有接觸電阻效應(yīng)。電極與接面間存在漏電流，因其具有非線性之特性，故通常將它視為一個(gè)電流源。太陽能電池之等效電路模型太陽能電池，基本上是一p-n接面二極33電流-電壓特性曲線方程式電流-電壓特性曲線方程式，在忽略並聯(lián)電阻的情形下的方程式：

：太陽能電池輸出電流：太陽能電池輸出電壓

：光所產(chǎn)生的電流

：太陽能電池的飽和電流

：為矽內(nèi)部電阻與電極部電阻等之串聯(lián)電阻

：載子電荷量：介電常數(shù)（1~2之間）

：波滋曼常數(shù)

：凱氏溫度為太陽能電池所處的溫度電流-電壓特性曲線方程式電流-電壓特性曲線方程式，在忽略並聯(lián)34太陽能電池Ｉ－Ｖ特性曲線分析太陽能電池之輸出電流-電壓特性曲線，是藉由變更外部電阻來測定光電流與光電壓而成的。

Voc：開路電壓Isc：短路電流Pm：最大輸出功率值Vm：最大輸出功率時(shí)之電壓Im：最大輸出功率時(shí)之電流

*太陽電池開路、短路時(shí)皆不會燒毀VocVmImIscPm電流源電壓源太陽能電池Ｉ－Ｖ特性曲線分析太陽能電池之輸出電流-電壓特性曲35照度對太陽板之影響不同日照量下的特性曲線圖。不同日照量下的特性曲線圖

。照度對太陽板之影響不同日照量下的特性曲線圖。不36溫度對太陽板之影響不同溫度下的特性曲線圖。不同溫度下的特性曲線