昨天介紹友達的太陽能概念筆電(http://www.wretch.cc/blog/KisPlay/1506462), 有幾位網友來信想知道太陽能發電原理, 所以小弟就來聊一下太陽能相關的資訊供大家參考, 如果有錯誤也請大家指正~

先來說說為何綠色能源開發是如此的重要. 據估狗來的訊息, 石油剩餘開採年限約40年, 石油每年佔世界能源總消耗量約40%, 為能源首要之冠. 其次為天然氣與煤礦, 每年佔世界能源總消耗量各約25%, 天然氣尚可開採約60年, 煤炭則還可開採230年. 再者為鈾, 每年佔世界能源總消耗量約7%, 還可開採約70年. 最後水每年佔世界能源總消耗量約3%. 因此, 各國競相積極開發綠色能源, 例如:太陽能、地熱、風力、火力、水利發電…, 其中太陽能是取之不盡、用之不竭, 且無污染, 能高度自由利用的能源, 為最佳選擇.

根據不知哪裡來的計算, 太陽輻射能每秒鐘到達地球地面的能量約80萬千瓦, 如果能把地球表面0.1%的太陽能轉為電能, 轉換率為5%時, 則每年發電量可達5.6x1012萬千瓦, 相當於目前世界上能耗的40倍.

接著, 繼續聊一下太陽能電池. 太陽能板材料主要以半導體材料為主(P-N type), 主要在純矽中摻入三價的硼原子, 因硼原子缺少一個價電子和矽原子產生鏈結, 就會形成電洞, 即P型半導體. 同樣摻入五個價電子的磷原子, 磷原子會和鄰近的矽原子形成共價鍵, 此時會多出一個自由電子, 即N型半導體.

太陽能發電原理, 簡單說就是光照射到材料上所造成的「光起電力」行為, 利用太陽電池上的矽晶吸收0.4μm~1.1μm波長的太陽光, 透過P型半導體與N型半導體使其產生電子(負極)與電洞(正極), 同時分離電子與電洞產生壓降, 再經由導線傳輸到負載, 以達成發電.
太陽能發電原理概述

接下來, 來聊一下太陽能電池, 大致上可分晶圓與薄膜兩大型. 目前主流的太陽能電池為單晶矽, 據官方提供資料, 轉換效能約17%. 至於次世代的薄膜太陽能, 據了解, 將會是未來開發的重點方向. 單晶矽與薄膜式太陽能電池主要差異在於室內轉換效能, 單晶矽太陽能電池在室內使用時, 轉換效能將衰減到室外的十分之一, 但薄膜式太陽能電池, 室內與室外的轉換效能差異並不大. 主要因素在於光譜, 室外光為全波段, 室內光缺少了紅外線光譜, 單晶矽太陽能少了紅外線光譜時, 轉換效能就大為退化, 但薄膜式太陽能並不會有此問題, 因此室內與室外的轉換效能差異並不大. 但目前薄膜式太陽能電池轉換效能只有約5%, 且生產成本仍高於單晶矽, 因此目前太陽能電池主流仍為單晶矽的天下.
太陽能發電原理概述

最後把太陽能發電模組分解如下圖所示, 外框一般為鋁框, 內層為強化玻璃, 以免外力撞擊導致太陽能cell破裂, 在太陽能cell與強化玻璃、背板(熱真空層)之間各有一層PET材質保護膜, 避免水氣滲透, 太陽能電力則透過接線盒輸出.
太陽能發電原理概述

林林總總說了一堆, 也不知道各位大大有沒有了解, 不過不懂也沒關係, 只要知道太陽能是目前最乾淨的能源之一即可. 或許在日照日數很長與土地眾多的第三世界, 可以靠著這個發電技術, 成為第二個中東的富裕國家也說不定.
太陽能發電原理概述